Температурные характеристики и классификация моторных масел

Особого внимания заслуживают температурные характеристики моторных масел. Ведь с каждым годом отечественный и зарубежный автопром создает все более совершенные двигатели. И тепловая нагрузка, которую они испытывают, тоже увеличивается. Машины дорожают, и их владельцы предъявляют все большие требования к качеству автомасел.

Моторное масло и его функции

Масло выполняет несколько функций. Создавая защитную пленку между находящимися в постоянном трении частями, оно продлевает сроки их использования, позволяет не допустить выброс газа из камеры сгорания за счет заполнения пустот между деталями цилиндро-поршневой группы, осуществляет защиту отдельных частей двигателя от коррозии, вымывает из области трения продукты износа и тем самым предотвращает появление отложений. Моторное масло используется в очень напряженных, по сравнению с другими средствами для смазки, условиях.

Разные части двигателя автомобиля имеют различные условия смазки, поэтому на одну и ту же часть автомасла действуют разные механические и температурные нагрузки. Такое повышенное внимание обусловлено тем, что, используя качественный смазочный материал, в состав которого входят специальные добавки, улучшающие те или иные его показатели (присадки), можно, во-первых, продлить период между заменой масла, а во-вторых, значительно улучшить работу двигателя.

Классификация смазочного материала — это предмет изучения различных институтов, лабораторий на предприятиях и ассоциаций предприятий. Каждые из них разработали свои критерии оценки определенных свойств масел, по которым их относят к той или иной категории. Рассмотрим некоторые из них.

Классификация масел по происхождению, времени применения и вязкости

В зависимости от происхождения выделяют следующие виды:

• минеральное;
• полусинтетическое;
• синтетическое.

Минеральные — получают в процессе перегонки нефтепродуктов. Самый недорогой вид моторного масла. У него есть ряд недостатков — не может работать при пониженных температурах, потому что сильно густеет, вступает в реакцию с воздухом и может дать осадок. Полусинтетические — это средний вариант по ценовой политике и по своим характеристикам.

Хотя можно отметить, что по свойствам полусинтетика все же ближе к синтетическим маслам. Синтетическое — вещество, от начала и до конца созданное в лаборатории, с заранее заложенными при помощи различных присадок качествами. По времени применения все автомасла можно разделить на три группы:

• зимние (используются при температуре ниже 2 °С);
• летние (используются в диапазоне от 0 °С и выше);
• всесезонные (более подробно рассмотрим ниже).

Спецификация моторных масел, основанная на отношении разных его видов к разным категориям вязкости, разработана Американской ассоциацией автомобильных инженеров. Заключительный вариант SAE J300 напечатан в 1999 году. Критерии этого деления масел:

• кинематическая вязкость;
• прокачиваемость;
• вязкость при повышенной температуре.

Кинематическая вязкость — показывает отношение масел, которое обусловлено сезоном использования, к определенному классу вязкости. Вычисляется при 100 градусах и небольших скоростях сдвига. Особенности запуска определяют способность оказывать сопротивление при запуске непрогретого двигателя и скорость, с которой достигаются пусковые обороты. Выявляются при низких значениях температуры от -10 до -35 °С в зависимости от класса вязкости и повышенной до 105 с-1 скорости сдвига, в повторяющих работу подшипниках коленчатого вала при холодном пуске, условиях.

Прокачиваемость — показывает, насколько быстро вещество поступает к парам трения при холодном запуске и возможность выхода двигателя из строя из-за проворота вкладышей при холодном запуске. Определение проводится при низких, от -15 до -40 °С, показателях температуры и зависит от класса вязкости и небольших, около 10 с-1, скоростях сдвига. Так, при общей оценке этого параметра создаются условия течения вещества в поддоне к маслоприемнику и в маслоприемнике насоса при запуске холодного двигателя.

Вязкость при повышенной температуре — показывает существующую реально вязкость продукта при работе современных двигателей в летнее время. Показывает износостойкие свойства масел, потери в процессе трения и влияние на способность двигателя экономно расходовать топливо. Определяется при 150 °С и больших, порядка 106 с-1, скоростях сдвига. Тем самым создаются условия схожие с нагружением подшипников коленчатого вала при работе с большими температурами.

Из этого следует, что спецификация SAE — это распределение масел по категориям вязкости. В настоящее время она состоит из 6 зимних и 5 летних классов продукта. В обозначении зимних категорий присутствует буква «W» от слова «Winter», что означает «Зима». Согласно этой спецификации, все моторные масла можно отнести к определенным классам вязкости, которые обозначаются следующим образом:

• зимняя категория вязкости — SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W;
• летняя категория вязкости — SAE 20, 30, 40, 50, 60;
• всесезонные масла есть в обеих категориях. К ним применяется двойная маркировка. Ниже приведена таблица, на которой можно отчетливо рассмотреть разницу температурных диапазонов различных видов масел.

Так, например, масло 5W30 имеет температурный режим от -25(-30) °С до +20(25) °С. Вещество, имеющее класс вязкости 5W40, попадает в диапазон от -25(-30) до +40 °С. А масло 5W20 имеет температурный диапазон от -25(-30) до +15(20) °С. Если возникают затруднения, поможет таблица.

Рекомендации по выбору масел

Несмотря на то, что стоимость синтетического масла значительно (в среднем на 20-30 %) выше, чем полусинтетического, и уж тем более минерального, применение его позволяет почувствовать существенную экономию. Большой температурный диапазон дает возможность отказаться от постоянной замены масла в начале каждого сезона, при этом обеспечивая, в случае регулярного использования, более долгую сохранность двигателя.

Кроме большего широкого температурного режима синтетические аналоги имеют лучшие характеристики и по другим параметрам: лучше вязкость, они меньше испаряются и больше сопротивляются окислению. Применяя синтетическое автомасло, нужно учитывать, что его относительно быстрое потемнение не является сигналом к срочной замене, а объясняется некоторыми особенностями его состава.

Что же касается класса вязкости, то при подборе зимнего автомасла следует руководствоваться рекомендациями завода-изготовителя автомобиля. Однако, если этой информации в инструкции нет (автомобиль ранних годов выпуска), то ориентироваться нужно на среднюю температуру, которая наблюдается зимой в районе, где будет эксплуатироваться автомобиль. Выбрать нужный режим поможет приведенная таблица.

Что касается летнего масла, то все производители рекомендуют использовать класс вязкости 40, потому что, помимо температуры на улице, следует учитывать нагрев самого двигателя. Если соблюдать приведенные выше рекомендации, можно застраховать себя и автомобиль от таких достаточно распространенных проблем, как повышенный износ и заклинивание в момент запуска. Связаны эти проблемы с использованием автомасла, не подходящего по вязкости к определенной температуре.

Кроме того, именно текучесть масла определяет временной промежуток, когда автомобиль работает в режиме «масляного голодания». Чем меньше этот промежуток, тем меньше износ узлов двигателя. Поэтому зимой в идеале применять масла W0. Хранить моторное масло рекомендуется в плотно закрывающейся таре. Нужно полностью исключить контакт с воздухом и особенно с водой. При попадании в емкость с маслом даже незначительного количества воды присадки могут образовать осадок.

В отличие от применения сезонных продуктов, замена которых должна осуществляться каждый сезон, всесезонные масла подлежат замене ежегодно (при небольшом пробеге). Необходимо помнить, что величина пробега, после которого требуется полная замена масла, у дизельных двигателей меньше бензиновых вдвое. Применение масел различных типов крайне нежелательно, даже при полной замене.

Смешивать два разных типа нельзя! Нежелательно также применение однотипных веществ разных производителей. Если необходимо провести замену типа масла или его производителя, нужно при помощи промывочных масел выполнить промывку системы. Эту же операцию рекомендуется провести, если на деталях двигателя появились отложения, вязкие и труднорастворимые.

Температура масла в двигателе-свойства и характеристики

При работе температура масла в двигателе нагревается во время работы, выдерживая значительные нагрузки, вызываемые работой его узлов и деталей. По этому, смазочные материалы должны быть высокого качества и соответствовать условиям эксплуатации. Чтобы не довести до температуры кипения моторного масла, необходимо знать, какую смазку необходимо применять.

Моторное масло и температура двигателя

Смазочная жидкость является важным компонентом для работы любого двигателя. Документом, определяющим классификацию и обозначение масел, применяемых на двигателях внутреннего сгорания, является межгосударственный стандарт ГОСТ 17479-85, с дополнениями 1999 года. Требования этого документа взаимосвязаны с международными стандартами SAE, API и ACEA, которые определяют параметры масел в зависимости от сезона и температуры окружающей среды. Стандарт SAE определяет вязкостно-температурные характеристики смазки. Стандарт API указывает на применение смазки, в зависимости от типа двигателя, срока его выпуска и технических параметров (например, с турбонадувом или без). Стандарт ACEA разработан европейскими производителями. Он похож на стандарт API, но имеет более жёсткие показатели.

На основании указанных документов, автомасло бывает бензиновое, дизельное и универсальное. Масляный раствор изготавливается из минерального масла с добавлением различных компонентов и присадок. В зависимости от добавок, масляная жидкость в машинный агрегат делится на: минеральную, синтетическую и полусинтетическую.

По своей структуре масляный раствор разделяется на три разновидности:

1. Зимняя. Особенностью является более жидкое состояние, что позволяет облегчить моторный пуск автомобиля. В теплое время года масляный раствор не пригоден для применения, так как в процессе эксплуатации его вязкость станет меньше нормативной. Функции по защите и смазке агрегатов будут сведены к минимуму. Имеет буквенно-цифровую маркировку.
2. Летняя. Применяется при температуре окружающей среды выше нуля градусов. Такая жидкость имеет высокий показатель вязкости и текучести. Не рекомендуется использование зимой, так как из-за высокой вязкости двигательный пуск автомобиля будет трудным. Имеет цифровую маркировку.
3. Всесезонная. Наиболее популярная разновидность жидкости у всех водителей. Может использоваться в любое время года при любых температурах окружающей среды. Имеет двойную маркировку.

Выбор масла оказывает прямое влияние на температуру двигателя. Рабочая температура силовой установки находится в пределах от 70 до 90 градусов в зимнее время. С повышением температуры до нулевой отметки, можно начинать движение при прогреве двигателя до 50-70 градусов. В летнее время узлы и агрегаты не нуждаются в прогреве. Начинать движение можно в естественных условиях. При рекомендуемом температурном режиме, мотор надежно запускается и работает, а наполнение цилиндров проводится в максимальном объеме. Некоторые виды пусковиков имеют нормальный рабочий режим при температуре от 100 до 110 градусов. В основном, это мотый агрегат воздушного охлаждения, например двухтактный движок.

Как устроена система смазки двигателя

Задача системы смазки – это хранение, транспортировка, очистка и подача масла к трущимся узлам двигателя с целью снизить трение сопряженных деталей, обеспечить плавный пуск двигателя и не допустить его перегрева. Выполнение задачи обеспечивает комплекс узлов и агрегатов, который включает:

1. Картер двигателя (поддон) со сливной горловиной.
2. Масляный насос.
3. Фильтр для очистки масла.
4. Радиатор для охлаждения масляной жидкости.
5. Редукционный клапан.
6. Датчик давления.
7. Датчик температуры.
8. Трубопроводы.

Принцип работы системы смазки основан на подаче комбинированной подаче смазочной жидкости к трущимся деталям. Подача масла начинается после пуска двигателя. Насос закачивает масляную жидкость из картера двигателя и подает его в фильтр для смазки. После очистки, жидкость под давлением подается на кривошипно-шатунный и распределительный механизмы двигателя. Через шатуны масляный раствор подается в цилиндры двигателя. Разогретая масляная жидкость поступает в радиатор, где происходит его охлаждение. Из радиатора масляная жидкость сливается в поддон.

Остальные узлы силового агрегата смазываются после создания масляного облака. Оно получается в результате разбрызгивания смазки кривошипно-шатунным механизмом через зазоры и технологические отверстия. После смазки масляная жидкость поступает в поддон, перемешиваясь с маслом, поступившим из радиатора, и процесс подачи смазки начинается по-новому.

Функциональность смазочных жидкостей

Чтобы силовой агрегат функционировал устойчиво, необходимо правильно подобрать смазочный раствор. Его выбор проводится по параметрам, основными из которых являются:

1. Вязкость. Основной показатель любого масла. Означает способность масляной жидкости поддерживать должный уровень текучести, покрывая детали внутри двигателя. Степень вязкости зависит от температуры двигателя и своей собственной. С повышением температуры уровень вязкости падает.
2. Индекс вязкости. Величина, определяющая уровень вязкости смазочного раствора в зависимости от его температуры. Увеличение индекса вязкости увеличивает диапазон температур, в которых он может работать. Показатель является разным для каждого вида масла.
3. Температурное показание вспышки. Значение, которое определяет уровень легкокипящих фракций в масляной жидкости. У качественных масел вспышка происходит при температуре от +230 градусов и выше. Если масляный раствор не качественный, то маловязкие компоненты будут быстро выгорать и испаряться, а его расход будет увеличиваться.
4. Температурное показание кипения. Показатель, при котором масляная жидкость теряет свойство вязкости и смазочные показатели. Ее вскипание приведет к контакту трущихся деталей силовой установки и выходу ее из строя.
5. Температурное показание воспламенения. Величина критического нагрева масляной жидкости. Ее горение начинается при достижении ее температуры +260 градусов. Воспламенение грозит взрывом движка и травмами для пассажиров.
6. Летучесть. Масляный раствор начинает испарение при температуре +250 градусов. Определение летучести проводят способом НОК. При указанной температуре на протяжении одного часа необходимо провести кипение одного литра масла. Если через час останется 900 грамм жидкости, то уровень летучести составляет 10%. По международным стандартам, эта норма не должна превышать 15%.
7. Температурное показание застывания. Величина, определяющая уровень потери текучести масляной жидкостью. При достижении температуры застывания вязкость смазки резко возрастает или происходит процесс увеличения вязкости с застыванием парафина, в результате чего смазка затвердевает.
8. Щелочное значение ТВN. Число, которое определяет щелочные характеристики масла, полученные в результате добавления моющих и деградирующих присадок. Это показатель способности масляной жидкости к обезвреживанию вредных примесей и кислот, получаемых в результате работы силовой установки. Уменьшение щелочного показателя свидетельствует об уменьшении числа активных присадок, что может привести к коррозии внутренних деталей силовой установки.
9. Кислотное число ТАN. Показатель, который определяет присутствие в смазочной жидкости элементов окисления. Увеличение кислотного числа говорит о присутствии большого число продуктов окисления. Кислотное число определяют при отборе масла для проведения его анализа. Обычно, увеличенное кислотное значение связано с длительной эксплуатацией или высокой рабочей температурой силовой установки.

Рабочая температура масла в двигателе

Смазка, в зависимости от своих характеристик, может применяться в температурном диапазоне от — 50 до + 170 градусов. От температурного режима двигателя зависит рабочая температура масла в разогретом двигателе и сохранение ее вязкостно-технических параметров. Нормальный температурный режим двигателя составляет от + 80 до + 90 градусов. При таком прогреве, пусковой агрегат имеет максимальный коэффициент полезного действия. Масляная смазка прогревается на 10-15 градусов больше, чем охлаждающая жидкость. Поэтому, рабочая температура моторного масла в разогретом двигателе, находится в пределах от + 90 до + 105 градусов. Не рекомендуется превышать верхний показатель. Это грозит смазке потерей характеристик и быстрому износу трущихся деталей.

Изменения температуры масла в двигателе

Детали двигателя изготовлены с учетом их расширения при нагревании и возвращения к первоначальному состоянию по мере остывания двигателя. От того, какая температура масла в работающем двигателе, зависит работа силового агрегата. Чересчур низкое или высокое нагревание масла работающего движка влечет негативные последствия.

Низкой температурой смазки можно считать отметку в + 80 градусов. При таком показателе снижается эффективность силовой установки и уменьшение ее ресурса. Детали силового агрегата буду иметь незначительное расширение, что приведет к образованию зазоров между ними и уменьшению компрессии. При слабо прогретом пусковике влага способна конденсироваться и образовывать в смазке кислоты, которые будут влиять на износ узлов и агрегатов. Низкий градус может вызвать загустение и зависание смазки. Это повлияет на ее прохождение через фильтр, создает вакуум в системе смазки и трудности в работе силовой установки.

Высокое нагревание еще опасней, чем низкий показатель нагрева. Разогрев масляной жидкости выше + 105 градусов ведет к тому, что ее вязкость резко уменьшается и увеличивается текучесть. Под нагрузкой зазор между деталями почти исчезает, детали кривошипно-шатунного механизма вступают в контакт между собой.

При достижении температуры +125 градусов, смазка обретает высокую текучесть. Это позволяет ей проникать сквозь маслосъемные кольца и сгорать в цилиндре вместе с топливом. Уменьшается концентрация смазки и возрастает ее расход. Это недопустимо и ведет к изнашиванию узлов и агрегатов силовой установки.

Температура начала кипения моторного масла составляет + 250 градусов. При таком показателе у смазки почти отсутствует вязкость, она находится в разжиженном состоянии и хорошо испаряется. Защитная пленка между трущимися деталями отсутствует. Показателем того, что у масла началось закипание, является резкое повышение температуры, около 3-4 градусов ежеминутно.

Вязкостно-температурные характеристики

Согласно межгосударственного стандарта 17479.1-85, масла разделяются по вязкости, назначению и рабочим показателям. По вязкости смазки делятся на зимний и летний классы. Класс имеет цифровое обозначение, к зимнему классу добавляется буква «з».

По назначению масляные жидкости делятся на группы, определяющие эксплуатационный режим силовых агрегатов, с соответствующей маркировкой:

1. Нефорсированные моторы бензинового и дизельного типа. Маркируется буквой «А».
2. Малофорсированные моторы бензинового и дизельного типа. Маркируется буквой «Б1» — бензиновые, «Б2» — дизельные.
3. Среднефорсированные моторы бензинового и дизельного типа. Маркируется буквой «В1» — бензиновые, «В2» — дизельные.
4. Высокофорсированные моторы бензинового и дизельного типа, работающие в различных условиях. Маркируется буквой «Г1, Д1» — бензиновые, «Г2, Д2» — дизельные, «Е1, Е2»

Маркировка масла состоит из цифр и букв. Например, маркировка М-4з/6В1 обозначает: М – масло, 4 – класс вязкости, буква «з» — зимнее, 6 – класс вязкости летом, В1 – среднефорсированный бензиновый силовой агрегат. По характеристикам совпадает маслу SАЕ 10w/20.

Вязкостно-температурные характеристики масел по межгосударственному стандарту 17479.1-85 и соотношение с SАЕ, выложены в таблице:

Вывод

Изложенный материал показал, какие виды, и типы смазки существуют, и какая температура масла должна быть в работающем двигателе. Для автомобильного двигателя всегда необходимо подбирать качественную смазку. Это продлит его работу, а хозяина избавит от досрочного ремонта.