Вязкость — один из основных параметров моторного масла, которым руководствуются при подборе смазывающего материала для автомобиля. Однако под этим показателем скрывается намного большее, чем просто техническое выражение и обозначение. Рассмотрим,
что же представляет собой вязкость, от чего зависит, чем продиктованы ее изменения и многое другое.
Величина вязкости, ее температурная и эксплуатационная стабильность являются показателями качества моторного масла. Сегодня, как правило, чем новее модель автомобиля, тем менее вязкое масло рекомендует автопроизводитель. Еще недавно были распространенны величины по SAE 20W-50, 15W-40, однако уже сейчас они вытесняются более жидкими маслами 5W-30, 0W-30, 5W-20. Причин тому несколько: совершенствование конструкций двигателей, развитие технологий, разработка и применение новых составляющих в компаундировании смазывающих материалов, повышающиеся требования относительно экономичности автомобилей, экологии, экономии природных ресурсов (все большее применение находят синтетические и полусинтетические масла).
Использовать необходимо масло, рекомендуемое автопроизводителем, который, как правило, «адаптировал» свои требования, в том числе и к природно-климатической зоне поставки своих автомобилей. Смазывающий материал разрабатывается исходя из условий обеспечения надежной смазки, гидродинамического сопротивления масляной системы, степени нагрузок на масло, производительности насоса, быстроты заполнения зазоров, отвода теплоты, минимального расхода на угар и т.п. Применение другого по классу вязкости масла к поломке агрегата, может, и не приведет, однако способно нарушить его работу, повлиять на расход горючесмазочных материалов и ресурс двигателя.
Сегодня, исходя из требований компактности силового агрегата, конструкторы стараются с аналогичного по размеру и литровому объему двигателя снять большую мощность и достигнуть высшего крутящего момента. Увеличиваются и обороты двигателя. В то же время расстояние между сопряженными поверхностями постепенно сокращается, требуя использования более жидких моторных масел для надежного заполнения зазоров. Все это приводит к увеличению нагрузок на масляную пленку при достаточно небольшой ее толщине. На данный момент в ряду маловязких смазочных материалов зачастую представлены синтетические и полусинтетические моторные масла (0W-20, 0W-30, 5W-20, 5W-30, 10W-30), хотя ведущие производители масел достигают подобных вязкостей и в минеральных продуктах (например, 5W?30).
Говоря о вязкости, следует определить, что она выражает. В технической литературе формулировки немного отличаются, но сводятся к одному: это показатель, характеризующий сопротивляемость жидкости потоку или внутреннему трению. Вязкость зависит от температуры, поэтому эти характеристики нужно указывать совместно, т.е. вязкость при определенной температуре. Различают динамическую (мера сопротивления жидкости течению) и кинематическую (мера сопротивляемости жидкости течению под действием силы тяжести при определенной температуре) вязкость. Часто используется такой показатель, как индекс вязкости (ИВ). Это относительная безразмерная величина (иными словами, просто цифра), характеризующая степень изменения вязкости в зависимости от температуры. Чем выше ИВ, тем меньшая зависимость вязкости масла от температуры, тем более качественное масло.
На показатели вязкости моторного масла имеют влияние тип используемого для его приготовления базового масла (или масел) и загущающая присадка. От свойств этих компонентов зависит начальная (низкотемпературная) вязкость смазывающего материала, ее температурная и эксплуатационная стабильность. В качестве основы смазывающего материала могут выступать синтетические базовые масла, типичные минеральные (нефтяные), гидрокрекинговые минеральные (иногда моторные масла, полученные на гидрокрекинговой основе, приравнивают к синтетическим), а также смесь минеральных и синтетических. Главным показателем качества базового масла является индекс вязкости. Типично ИВ различных базовых масел имеет следующее значение: минеральные — 80-115 (масла II группы — 95-115 и выше), гидрокрекинговые -120-130 (но могут быть и выше 140), синтетические на базе полиальфаолефинов -127-130, синтетические на базе эфиров — 130-160, синтетические масла на основе полигликолей (PAG) — 200-260. Более высокие значения ИВ в конечных продуктах достигаются путем введения вязкостных присадок.
Качество моторного масла, а точнее, его вязкостно-температурные показатели, во многом зависят от основы. Присадками можно повысить его вязкостные свойства, даже при использовании не самых лучших базовых масел, однако под вопросом остается длительность их сохранения, особенно при высоких нагрузках. Во время работы присадки постепенно разрушаются и срабатываются, вследствие чего свойства моторного масла во многом определяются качеством базы. Чем выше изначальный ИВ базового масла, тем меньше можно добавлять вязкостно-загущающей присадки. Причем многие производители масел пытаются идти именно таким путем. К тому же продукты деструкции загустителей могут являться вероятными источниками отложений в двигателе. По данной причине все чаще в линейке компаний просматриваются маловязкие масла, такие как, например, 0W-30, 5W-30. В этих маслах зачастую содержится небольшое количество загущающей присадки или она вообще может не использоваться, а проблемы стабильности вязкости решаются применением особых присадок, заменяющих традиционные модификаторы вязкости.
Моторные масла разделяют на летние, зимние, а также всесезонные. Подавляющее применение в автомобилестроении получают именно последние. Летние масла, обладая достаточной вязкостью для смазывания при высоких температурах, иногда не способны обеспечить безопасный и легкий запуск двигателя при низких. Маловязкие зимние, облегчая холодный пуск при низких температурах, обладают недостаточной вязкостью при высоких. Эти масла рекомендуется менять дважды в год, что усложняет и удорожает эксплуатацию техники.
Компромиссным вариантом является применение всесезонных моторных масел, в которых используют полимерные вязкостно-загущающие присадки. Благодаря им смазочный материал обладает достаточной вязкостью при высоких температурах (достигается за счет увеличения объема молекул «вязкостной» присадки при повышении температуры); при холодном же запуске двигателя густота моторного масла в основном определяется вязкостью базы. Помимо этого, загущенные всесезонные масла изменяют свою вязкость и в зависимости от скорости сдвига — скорости перемещения слоев масла (смазываемых деталей) относительно друг друга. С ее увеличением вязкость смазывающего материала временно снижается, со снижением — возрастает.
Значение вязкости, определяемое классическими методами, не позволяет полно оценить показатели смазывающего материала (например, в связи с использованием различных присадок). Поэтому в последнее время все чаще применяются показатели максимальной низкотемпературной вязкости проворачиваемости (имитация запуска холодного двигателя), вязкости прокачиваемости (характеризует возможность притока масла в масляный насос, перекачки по каналам системы и создания нужного давления при пуске двигателя), а также вязкости моторного масла при высокой температуре и высокой скорости на сдвиг (HTHS — High Temperature High Shear Rate), определяемые по специальным методикам и на спец. установках. Дополнительно также могут определяться такие показатели, как, например, вязкость при низкой температуре и скорости сдвига, фильтруемость масла при низкой температуре и другие.
Иногда в качестве преимущества продуктов с улучшенными низкотемпературными свойствами и чтобы убедить потребителей в необходимости применения менее вязких масел, производители масел приводят сравнение легкости запуска, прокачиваемости и скорости достижений удаленных точек смазывания различных по вязкости масел. Холодный запуск является весьма «болезненным» для двигателя, и чем ниже будет температура проворачиваемости масла, быстрее оно заполнит систему, зазоры и наступит жидкостный режим трения, тем выше будут начальные обороты двигателя, меньшие механические потери и износ деталей силового агрегата. Тем не менее, делая выбор между более вязким или жидким маслом, выходить за рамки допусков, оговоренных в руководстве по эксплуатации автомобиля, не следует.
В настоящее время в Украине по классам вязкости моторные масла разделяются в соответствии с общепринятой классификацией SAE, а также ГОСТ. Напрямую сравнивать их нельзя, поскольку разняться требования и принципы испытаний. По ГОСТу кинематическая вязкость зимних/всесезонных масел исследуется при температуре -18°С, летних/всесезонных — при 100°С. По SAE для зимних/всесезонных моторных масел определяются значения динамической вязкости при низких температурах, отличающихся на 5°С (имитация холодного пуска — от минус 35°С до минус 10; прокачиваемость — от минус 40°С до минус 15). Для летних/всесезонных — измеряются пределы кинематической вязкости при 100°С (единственный параметр, совпадающих с ГОСТовскими испытаниями) и динамической вязкости при высокой температуре и высокой скорости сдвига.
Поэтому можно говорить только о приблизительном соответствии классов масел по SAE и ГОСТ (см. табл. — сопоставление классов вязкости ГОСТ и SAE по кинематической вязкости при 100°С), а не их идентичности. Как видно из таблицы, иногда одному классу SAE соответствует два по ГОСТ, что обусловлено более широкими диапазонами вязкости классов по SAE при 100°С.
Несмотря на различия в требованиях, для обеих классификаций (ГОСТ, SAE) действует правило: чем меньше цифра в числителе с индексом «з» (ГОСТ) или перед буквой «W» (SAE), тем меньше вязкость масла при низкой температуре, и чем больше цифра, стоящая в знаменателе (ГОСТ) или после дефиса (SAE) — тем больше вязкость масла при высокой температуре.
В завершении, хочется отметить, что, безусловно, вязкость масла является важным показателем при подборе смазочного материала. Однако это лишь один из критериев выбора, который позволяет определить поведение масла при высоких и низких температурах, но не говорит о пригодности того или иного масла для конкретного автомобиля. Эксплуатационные характеристики моторного масла и возможность его применения для конкретного автомобиля оценивается по классификациям API, ACEA и т.д., а также специальным допускам автопроизводителей.
Подготовил Юрий Стороженко, autoExpert
