Вязкость смазочных материалов

ВЯЗКОСТЬ — со­про­тив­ле­ние жид­ко­сти течь под дей­стви­ем при­ло­жен­ных сил, в том чис­ле и сил тя­же­сти. На­при­мер, во­да име­ет вяз­кость ни­же, чем мед и те­чет бо­лее лег­ко. Вяз­кость свя­за­ на с по­ня­ти­ем си­лы сдви­га; вяз­кость мо­жет рас­смат­ри­вать­ся как спо­соб­ность сло­ев жид­ко­сти пре­пят­ство­вать сдви­гу од­но­го слоя от­но­си­тель­но дру­го­го, или сдви­гу слоя жид­ко­сти от­но­си­тель­но твер­дой по­верх­но­сти, при их вза­им­ном дви­же­нии. Со­про­тив­ле­ние дви­же­нию де­та­ли в мас­ле свя­за­но с по­верх­ност­ным тре­ни­ем меж­ду жид­ко­стью и твер­дым те­лом и на­пря­мую за­ви­сит от вяз­ко­сти (ино­гда го­во­рят: «мас­ло тя­нет­ся»). Раз­ли­ча­ют вяз­ко­сти: Ки­не­ма­ти­че­ская — ме­ра сте­пе­ни, с ко­то­рой ко­ли­че­ство дви­же­ния пе­ре­да­ет­ся через жид­кость. Она из­ме­ря­ет­ся в сток­сах, и Ди­на­ми­че­ская — от­но­ше­ние уси­лия, на­ла­га­е­мо­го на жид­кость к сте­пе­ни ее де­фор­ма­ции. Она равна ки­не­ма­ти­че­ской вяз­ко­сти, ум­но­жен­ной на плот­ность жид­ко­сти. Из­ме­ря­ет­ся в Пас­каль в се­кун­ду или пу­а­зах.

Вяз­кость мас­ла, в том чис­ле и мо­тор­но­го, яв­ля­ет­ся са­мой глав­ной ха­рак­те­ри­сти­кой сма­зоч­но­го ма­те­ри­а­ла. От вяз­ко­сти на­пря­мую за­ви­сит тол­щи­на и несу­щая спо­соб­ность мас­ля­ной плен­ки или «мас­ля­но­го кли­на» меж­ду тру­щи­ми­ся де­та­ля­ми. Чем вы­ше вяз­кость мас­ла, тем тол­ще и тем боль­шие на­груз­ки мо­жет вы­дер­жать об­ра­зу­ю­ща­я­ся при вза­им­ном дви­же­нии де­та­лей мас­ля­ная плен­ка. Чем тол­ще плен­ка, тем ре­же тру­щи­е­ся де­та­ли при­хо­дят в кон­такт друг с дру­гом, и тем мень­ше из­нос этих де­та­лей. А чем мень­ше из­нос, тем доль­ше слу­жат эти де­та­ли. Не слу­чай­но, на эти­кет­ке (лей­б­ле) лю­бо­го мо­тор­но­го мас­ла са­мым круп­ным шриф­том вы­де­ля­ет­ся имен­но эта фор­му­ла —SAExW-yz.

Клас­си­фи­ка­ция мо­тор­ных ма­сел по вяз­ко­сти ос­но­ва­на на стан­дар­те SAE J300.

cP — сан­ти­пу­аз, со­тая часть пу­а­за;

cSt — сан­ти­стокс, со­тая часть сток­са

Со­глас­но это­му стан­дар­ту, все мо­тор­ные мас­ла де­лят­ся на две груп­пы се­зон­ных или «неза­гу­щен­ных» ма­сел —зим­ние мас­лаи лет­ние.

Зим­ние мас­ла име­ют в обо­зна­че­нии циф­ры от 0 до 25 и ла­тин­скую бук­ву W (от англ. Winter). Лет­ние мас­ла обо­зна­ча­ют­ся циф­ра­ми от 20 до 60.С уве­ли­че­ние зна­че­ния циф­ры вяз­кость уве­ли­чи­ва­ет­ся. Т.е. са­мым жид­ким мас­лом бу­дет мас­ло с вяз­ко­стью 0W, са­мым же гу­стым — SAE 60. Кро­ме то­го, су­ще­ству­ют «за­гу­щен­ные» мас­ла, на­при­мер SAE 15W-40. Их еще на­зы­ва­ют все­се­зон­ны­ми мас­ла­ми. Все­се­зон­ные мас­ла при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах име­ют вяз­кость зим­не­го мас­ла ( в на­шем при­ме­ре это бу­дет SAE 15W), а при вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах — вяз­кость лет­не­го ( в на­шем при­ме­ре SAE 40).

За­гу­щен­ные мас­ла

Сей­час неза­гу­щен­ные мо­тор­ные мас­ла ис­поль­зу­ют­ся весь­ма ред­ко и в ос­нов­ном как гид­рав­ли­че­ские и транс­мис­си­он­ные жид­ко­сти во вне­до­рож­ной тех­ни­ке. Ав­то­про­из­во­ди­те­ли и поль­зо­ва­те­ли дав­но пе­ре­шли на ЗАГУЩЕННЫЕ или ВСЕСЕЗОННЫЕ мас­ла, ко­то­рые при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах име­ют невы­со­кую вяз­кость, поз­во­ля­ю­щую бо­лее лег­кие за­пус­ки при хо­лод­ной по­го­де, а при вы­со­ких ра­бо­чих тем­пе­ра­ту­рах об­ла­да­ют вяз­ко­стью гу­стых лет­них ма­сел, со­хра­ня­ю­щих проч­ную и тол­стую мас­ля­ную плен­ку меж­ду со­пря­жен­ны­ми де­та­ля­ми. Та­кие мас­ла, в об­щем, име­ют фор­му­лу xW-y, где х — од­но из «зим­них», а у — од­но из «лет­них» зна­че­ний. Та­ким об­ра­зом, фор­му­ла, на­при­мер, SAE 5W-40 обо­зна­ча­ет, что дан­ное мас­ло при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах име­ет вяз­кость «зим­не­го» се­зон­но­го мас­ла SAE 5W,  а при вы­со­ких — вяз­кость «лет­не­го» неза­гу­щен­но­го SAE 40.

За­гу­щен­ные мас­ла име­ют ряд пре­иму­ществ пе­ред неза­гу­щен­ны­ми:

• они до­пус­ка­ют круг­ло­го­дич­ное при­ме­не­ние с ис­клю­че­ни­ем се­зон­ных за­мен;
• их «угар» зна­чи­тель­но мень­ше, чем у неза­гу­щен­ных;
• в ус­ло­ви­ях хо­лод­но­го пус­ка за­гу­щен­ные мас­ла обес­пе­чи­ва­ют мень­ше из­нос и пр.

По­лу­ча­ют за­гу­щен­ные мас­ла вве­де­ни­ем в «зим­нее» мас­ло при­са­док, на­зы­ва­е­мых мо­ди­фи­ка­то­ра­ми (или улуч­ши­те­ля­ми) ин­дек­са вяз­ко­сти. Это, как пра­ви­ло, огром­ные ор­га­ни­че­ские мо­ле­ку­лы, име­ю­щие про­стран­ствен­ную струк­ту­ру, по­хо­жую на мо­ток ни­ток. При низ­ких тем­пе­ра­ту­рах эти «мот­ки» плот­но скру­че­ны и не ме­ша­ют (или по­чти не ме­ша­ют) мас­лу течь, со­хра­няя его жид­ким (по­движ­ным), а при вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах «мот­ки» рас­пус­ка­ют­ся, как бы пре­вра­ща­ясьв клуб­ки или ком­ки, за­ни­мая в про­стран­стве боль­ше ме­ста и ме­шая мас­лу течь, как бы за­гу­щая его.

В прин­ци­пе мож­но взять са­мое жид­кое «зим­нее» мас­ло SAE 0W, на­гру­зить его боль­шим ко­ли­че­ством «улуч­ши­те­ля» ин­дек­са вяз­ко­сти и по­лу­чить су­пер-все­се­зон­ное мас­ло на все слу­чае жиз­ни — SAE 0W-60. Это та­кое мас­ло, ко­то­рое поз­во­ли­ло бы за­во­дить­ся на мо­ро­зе -40 °С, и ехать через пу­сты­ню Ата­ка­ми при +60 °С. Од­на­ко ока­за­лось, что эти огром­ные мо­ле­ку­лы «улуч­ши­те­ля» раз­ру­ша­ют­ся (раз­ре­за­ют­ся, рас­ка­ты­ва­ют­ся и т.п.) в про­цес­се экс­плу­а­та­циии тем быст­рее, чем вы­ше их кон­цен­тра­ция. В ре­зуль­та­те, все­се­зон­ное мо­тор­ное мас­ло раз­жи­жа­ет­ся, так как его вяз­кость с умень­ше­ни­ем ко­ли­че­ства «улуч­ши­те­ля» стре­мит­ся к вяз­ко­сти ис­поль­зу­е­мо­го «зим­не­го» мас­ла. В мо­тор­ных мас­лах это яв­ле­ние — про­вал вяз­ко­сти — на­блю­да­ет­ся в са­мом на­ча­ле экс­плу­а­та­ции све­же­го мас­ла (1000-2000 км или 30-50 мо­то-ча­сов). За­тем в мас­ле на­чи­на­ют на­кап­ли­вать­ся про­дук­ты окис­ле­ния, за­гряз­не­нии, са­жаи т.п. и мо­тор­ное мас­ло на­чи­на­ет за­гу­щать­ся, но уже по со­всем дру­гой при­чине.

Ко­неч­но, хи­ми­ки и фор­му­ля­то­ры мо­тор­ных ма­сел стре­мят­ся по­лу­чить ве­ще­ства, ис­поль­зу­е­мые в ка­че­стве «улуч­ши­те­лей», как мож­но бо­лее устой­чи­вые к яв­ле­нию «сре­за». И до­стиг­ли на этом пу­ти неко­то­рых успе­хов. Од­на­ко, бо­лее устой­чи­вы­ми из них бу­дут те мас­ла, ко­то­рые со­дер­жат неболь­шие ко­ли­че­ства «улуч­ши­те­ля», на­при­мер SAE 15W-40, или SAE 5W-20. А мень­ше улуч­ши­те­ля тре­бу­ют те мас­ла, ко­то­рые из­го­тов­ле­ны из ба­зо­вых ма­сел с вы­со­ким при­род­ным ин­дек­сом вяз­ко­сти, на­при­мер из НТ ма­сел Petro-Canada. Та­кие же мас­ла, как SAE 5W-60, на­при­мер,у ме­ня вы­зы­ва­ют скеп­сис — они име­ют та­кие ха­рак­те­ри­сти­ки, по­ка не бы­ли в ра­бо­те. В ра­бо­те же они очень ско­ро ста­нут 5W-40, 5W-30 или еще жи­же, и со­от­вет­ствен­но не смо­гут за­щи­щать от из­но­са де­та­ли дви­га­те­ля при вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах экс­плу­а­та­ции. По­то­му что — тол­щи­на «мас­ля­ной» плен­ки меж­ду со­пря­жен­ны­ми дви­жу­щи­ми­ся де­та­ля­ми бу­дет пря­мо про­пор­цио­наль­ на гу­сто­те (или вяз­ко­сти) ис­поль­зу­е­мо­го мас­ла. Т.е. чем мас­ло гу­ще, тем тол­ще плен­ка меж­ду сма­зы­ва­е­мы­ми де­та­ля­ми, тем вы­ше на­груз­ки вы­дер­жи­ва­ет эта плен­ка, и тем мень­ше из­нос этих де­та­лей. Хо­тя, с дру­гой сто­ро­ны, чем гу­ще мас­ло, тем вы­ше тре­ние и тем боль­ше на­ до сжечь топ­ли­ва для со­вер­ше­ния нуж­ной ра­бо­ты. Од­на­ко вся на­ша жизнь — сплош­ной ком­про­мисс!

Вер­нем­ся к стан­дар­ту SAE J300.

Стан­дарт го­во­рит, что ес­ли ка­кое-то мо­тор­ное мас­ло на вис­ко­зи­мет­ре CCSпри тем­пе­ра­ту­ре —20 °C име­ет вяз­кость ме­нее 7 000 сР, на вис­ко­зи­мет­ре MRVпри тем­пе­ра­ту­ре -25 °C име­ет вяз­кость ме­нее 60 000 сР, его ки­не­ма­ти­че­ская вяз­кость при 100 °C ле­жит в диа­па­зоне от 12.5 сСт до 16.3 сСт, а вяз­костьпри вы­со­ких ско­ро­стях сдви­га при тем­пе­ра­ту­ре 150 °C (HSHT) бо­лее 3.7 сР. (вы­де­ле­новтаб­ли­це жел­тым цве­том), то это мас­ло име­ет вяз­кость SAE 15W-40.

Или по-дру­го­му, ес­ли мас­ло име­ет вяз­кость SAE 15W-40, то оно на вис­ко­зи­мет­ре CCS при тем­пе­ра­ту­ре —20 °C долж­но иметь вяз­кость ме­нее 7 000 сР, на вис­ко­зи­мет­ре MRV при тем­пе­ра­ту­ре -25 °C иметь вяз­кость ме­нее 60 000 сР, иметь ки­не­ма­ти­че­скую вяз­кость при 100 °C в диа­па­зоне от 12.5 сСт до 16.3 сСт, а вяз­кость при вы­со­ких ско­ро­стях сдви­га при тем­пе­ра­ту­ре 150 °C (HSHT) долж­на быть бо­лее 3.7 сР.

Слож­но, не по­нят­но, что за вис­ко­зи­мет­ры, где их взять и как из­ме­рить … Как же быть бед­но­му кре­стья­ни­ну?

Из фор­му­лы вяз­ко­сти SAE мож­но по­лу­чить прак­ти­че­скую поль­зу —  уста­но­вить тем­пе­ра­тур­ный диа­па­зон при­ме­ни­мо­сти мо­тор­но­го мас­ла дан­ной вяз­ко­сти.

На се­го­дняш­ний день, ес­ли от «зим­ней» вяз­ко­сти дан­но­го все­се­зон­но­го мо­тор­но­го мас­ла от­нять 40, то по­лу­чим ми­ни­маль­ную тем­пе­ра­ту­ру га­ран­ти­ро­ван­но­го пус­ка. На­при­мер, у нас все­се­зон­ное мо­тор­ное мас­ло с вяз­ко­стью 5W-30. Ми­ни­маль­ной тем­пе­ра­ту­рой га­ран­ти­ро­ван­но­го пус­ка бу­дет: 5 — 40 = -35 °C.

Это зна­чит, что ес­ли на мас­ле дан­ной вяз­ко­сти при этой тем­пе­ра­ту­ре дви­га­тель за­пу­стит­ся, то он га­ран­ти­ро­ва­но по­лу­чит смаз­ку. Ни в ко­ем слу­чае не счи­тать это ми­ни­маль­ной тем­пе­ра­ту­рой, при ко­то­рой дви­га­тель обя­зан за­во­дить­ся. Про­цесс за­пус­ка дви­га­те­ля свя­зан с боль­шим ко­ли­че­ством фак­то­ров, ко­то­рые не име­ют от­но­ше­нияк мас­лу и его вяз­ко­сти. Это и за­ря­жен­ность ак­ку­му­ля­тор­ной ба­та­реи, это и тех­ни­че­ское со­сто­я­ние стар­те­ра, это и ре­гу­ли­ров­ка топ­лив­ной си­сте­мы и мно­го дру­гое. В кон­це кон­цов, это за­ви­сит от про­клад­ки меж­ду ру­лем и спин­кой си­де­нья. Но ес­ли дви­га­тель на этом мас­ле за­ве­дет­ся при этой тем­пе­ра­ту­ре, его де­та­ли га­ран­ти­ро­ва­но по­лу­чат смаз­ку. Это свя­за­но с тем, что мас­ло, преж­де чем по­па­дет к ме­стам смаз­ки, долж­но са­мо­сто­я­тель­но за­течь в при­ем­ник мас­ля­но­го на­со­са. И то­гда оно бу­дет до­став­ле­но к сма­зы­ва­е­мым уз­лам. По­нят­но, что ес­ли мо­тор­ное мас­ло при этой тем­пе­ра­ту­ре не бу­дет течь под дей­стви­ем сил тя­же­сти (бу­дет иметь слиш­ком вы­со­кую вяз­кость), то оно не по­па­дет в мас­ля­ный на­сос и к ме­стам смаз­ки. Дви­га­тель бу­дет ра­бо­тать « на сухую». И по­это­му мы го­во­рим, что ес­ли мо­тор­ное мас­ло име­ет вяз­кость SAE 5W-30, то ми­ни­маль­ной тем­пе­ра­ту­рой га­ран­ти­ро­ван­но­го пус­ка бу­дет тем­пе­ра­ту­ране ни­же -35 °C.

Ес­ли вни­ма­тель­ный чи­та­тель об­ра­тит­ся к стан­дар­ту SAE J300, то он мо­жет за­ме­тить, что этой ми­ни­маль­ной тем­пе­ра­ту­ре га­ран­ти­ро­ван­но­го пус­ка со­от­вет­ству­ет ди­на­ми­че­ская вяз­кость в 60 000 сР. Счи­та­ет­ся, что мас­ло при та­кой вяз­ко­сти еще те­чет, т.е. со­хра­ня­ет свой­ства жид­ко­сти. При немно­го бо­лее низ­кой тем­пе­ра­ту­ре, вяз­кость стре­ми­тель­но на­рас­та­ет и мас­ло уже не те­чет.В на­ро­де го­во­рят — «мас­ло за­мерз­ло». По­это­му вяз­костьв 60 000 сР счи­та­ет­ся гра­нич­нойв те­ку­че­сти мо­тор­ных ма­сел.

Но это в стан­дар­те. В ре­аль­но­сти, совре­мен­ные мо­тор­ные мас­ла при та­ких гра­нич­ных тем­пе­ра­ту­рах ча­сто име­ют вяз­кость за­мет­но мень­ше 60 000 сР. Эти дан­ные мож­но най­ти в опи­са­нии ха­рак­те­ри­стик про­дук­тов, где при­во­дит­ся вяз­кость при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах. На­при­мер, мо­тор­ное мас­ло Petro-Canada DURON Synthetic 5w-40 при тем­пе­ра­ту­ре -35 °C име­ет вяз­кость 23 320 сР и ВНИМАНИЕ! при -40 °C ( в стан­дар­те SAE J300 из­ме­ре­ния при та­кой тем­пе­ра­ту­ре для вяз­ко­сти 5W не про­из­во­дят­ся) — 47 864 сР! Ина­че го­во­ря, ре­аль­ное мас­ло име­ет ми­ни­маль­ную тем­пе­ра­ту­ру га­ран­ти­ро­ван­но­го пус­ка не -35 °C, как в стан­дар­те, а -40 °C, т.е. на 5 гра­ду­сов ни­же!

Что же ка­са­ет­ся мак­си­маль­ной тем­пе­ра­ту­ры ок­ру­жа­ю­ще­го воз­ду­ха для мас­ла дан­ной вяз­ко­сти, то она прак­ти­че­ски сов­па­да­ет со вто­рым чис­лом в фор­му­ле вяз­ко­сти SAE.Для мас­ла, взя­то­го в при­мер, в дан­ном слу­чае SAE 5W-30 мак­си­маль­ной тем­пе­ра­ту­рой ок­ру­жа­ю­ще­го воз­ду­ха бу­дет +30 °C. Од­на­ко, ес­ли это мо­тор­ное мас­ло син­те­ти­че­ское (т.е. име­ет боль­шой ин­декс вяз­ко­сти), то мак­си­маль­ную тем­пе­ра­ту­ру мож­но уве­ли­чить на 10 °C, в на­шем при­ме­ре до +40 °C.

Мак­си­маль­ная тем­пе­ра­ту­ра ис­поль­зо­ва­ния мо­тор­но­го мас­ла дан­ной вяз­ко­сти свя­за­на с ми­ни­маль­ной тол­щи­ной мас­ля­ной плен­ки меж­ду тру­щи­ми­ся де­та­ля­ми. Го­ря­чее мас­ла из кар­те­ра, по­до­гре­ва­е­мо­го рас­ка­лен­ным ас­фаль­том, по­сту­па­ет к уз­лам смаз­ки, где от рас­ка­лен­ных де­та­лей и от дав­ле­ния на­гре­ва­ет­ся еще боль­ше. (Пом­ним —чем вы­ше тем­пе­ра­ту­ра мас­ла, тем ни­же его вяз­кость, тем тонь­ше «мас­ля­ный клин»).Мас­ля­ная плен­ка ис­тон­ча­ет­ся. В кон­це кон­цов, она мо­жет до­стиг­нуть ве­ли­чи­ны не обес­пе­чи­ва­ю­щей на­деж­ной за­щи­ты тру­щих­ся де­та­лей от из­но­са. По­это­му в ка­че­стве опор­ной точ­ки бе­рет­ся тем­пе­ра­ту­ра ок­ру­жа­ю­ще­го воз­ду­ха.

Но для про­сто­го по­тре­би­те­ля мо­тор­ных ма­сел та­кие дан­ные ча­ще все­го не до­ступ­ны. По­это­му да­вай­те не бу­дем рис­ко­вать, а бу­дем по­ка опи­рать­ся на стан­дарт SAE J300 и сле­ду­ю­щие из него ми­ни­маль­ные тем­пе­ра­ту­ры при­ме­ни­мо­сти мо­тор­ных ма­сел в за­ви­си­мо­сти от вяз­ко­сти.

Итак, ми­ни­маль­ной тем­пе­ра­ту­рой при­ме­ни­мо­сти мо­тор­но­го мас­ла бу­дет тем­пе­ра­ту­ра в гра­ду­сах Цель­сия, рав­ная чис­лу пе­ред бук­вой W в фор­му­ле вяз­ко­стипо SAE, ми­нус 40.

Итак, для вы­бран­но­го в ка­че­стве при­ме­ра мо­тор­но­го мас­ла с вяз­ко­стью SAE 5W-30 диа­па­зон его ис­поль­зо­ва­ния бу­дет от -35 до +30 °C. Ес­ли это мас­ло на син­те­ти­че­ской ос­но­ве, то от -35 до +40 °C.

Для тре­ни­ров­ки, оп­ре­де­ли­те тем­пе­ра­тур­ный диа­па­зон для ма­сел с вяз­ко­стью SAE 0W-40 (это обыч­но син­те­ти­ки), SAE 15W-30, SAE 25W-50 (от­ве­ты ни­же кур­си­вом)

SAE 0W-40 — от -40 до +50 °C; SAE 15W-30 — от -25 до +30 °C; SAE 25W-50 — от -15 до +50 °C.

Зная это мож­но оп­ре­де­лить, ка­кую вяз­кость все­се­зон­но­го мас­ла пред­по­чти­тель­но ис­поль­зо­вать в том или ином гео­гра­фи­че­ском ре­ги­оне. В ре­ги­о­нах с очень хо­лод­ны­ми зи­ма­ми и от­но­си­тель­но про­хлад­ным ле­том луч­ше ис­поль­зо­вать мас­ла с вяз­ко­стью SAE 0W-30, 0W-40, 5W-30, 5W-40. Для юж­ных рай­о­нов мож­но при­ме­нять мас­ла SAE 20W-40, 25W-50. Но ес­ли Вы со­би­ра­е­тесь участ­во­вать в рал­ли Па­риж-Да­кар на­вер­ное луч­ше бу­дет вы­брать се­зон­ное неза­гу­щен­ное мо­тор­ное мас­ло SAE 50 или SAE 60!

Как же быть в рай­о­нах с очень силь­ны­ми мо­ро­за­ми, на­при­мер Ма­га­дан или Вер­хо­янск, где -50 ÷ -55 °C не ред­кое яв­ле­ние.

Мо­тор­ных ма­сел, те­ку­щих при этих тем­пе­ра­ту­рах еще не изоб­ре­ли. В этом слу­чае са­мое про­стое ре­ше­ние — теп­лый га­раж. Или си­сте­мы пред­ва­ри­тель­но­го по­до­гре­ва дви­га­те­ля (толь­ко не па­яль­ная лам­па под кар­тер!). В не столь уж силь­ные мо­ро­зы хо­ро­шие ре­зуль­та­ты да­ет 100-ват­ная лам­поч­ка на ночь под укры­тый по­ло­гом мо­тор­ный от­сек.