Как рассчитывается температурный коэффициент вязкости масла

Как рассчитывается температурный коэффициент вязкости масла

Если вам нужна помощь в подборе моторного масла, вы хотите приобрести моторное масло или любые другие запчасти для грузовиков Hyundai, Hino, Isuzu, Fuso, Kia, звоните к нам в Автотягу. Мы на связи ежедневно с 9 до 20.

Присоединяйтесь к нам

Вязкость масла — это основная характеристика, по которой выбирают смазочную жидкость автовладельцы и все, кто связан с этой темой. Она может быть кинематической, динамической, условной и удельной.

Все о вязкости моторного масла тут >>>
«>

Как рассчитывается температурный коэффициент вязкости масла

Вязкость масла – это внутреннее сопротивление смещению слоев масла под воздействием сторонней силы. Простым языком, вязкость масла – это способность сохранять текучесть, оставаясь при этом на внутренних поверхностях мотора. А если совсем просто, то это скорость с которой течет масло (жидкость): медленно течет, значит высокая вязкость, быстро — значит низкая.

Кинематическая вязкость масла — это время, необходимое для вытекания определенного объема масла через отверстие определенного размера под воздействием силы тяжести. Измеряется кинематическая вязкость в метрах квадратных на секунду (по системе СИ), либо в Стоксах. При этом 1 Стокс равен 0,0001 м2/с. Это нужно для лабораторий и исследователей.

Динамическая вязкость масла измеряется, как отношение силы, достаточной для смещения определенного слоя масла на единицу длины, к площади этого слоя масла.динамическая вязкость масла – это произведение кинематической вязкости масла на его плотность. Динамическая вязкость (или, как ее еще иногда называют – абсолютная вязкость) измеряется по системе СИ в Паскаль-секундах, а в нефтеперерабатывающей промышленности используют единицу измерения Пуаз (сантипуаз). При этом 1 сантипуаз равен 1 миллиПаскаль-секунде.

Индекс вязкости масла – достаточно сложный показатель, который характеризует динамическую зависимость вязкости моторного масла от текущей температуры. Чем меньше меняется вязкость в определенном диапазоне температур – тем выше индекс вязкости.

Наиболее важным из параметров автомасла считается его вязкость.

Так как, вязкость является наиболее важным, и в тоже время переменным параметром, существует классификация разработанная Американской ассоциацией автомобильных инженеров (SAE). Эта классификация дает диапазон температур, в котором работа двигателя является безопасной, при условии, что производитель мотора допустил моторное масло с такими параметрами к использованию в этом двигателе.

5W-30 или 10W-30, что это?

После аббревиатуры SAE мы видим несколько чисел, разделенных буквой W и тире, например 5W-30 (для всесезонного масла, которое, как правило и используют все автолюбители). Не вдаваясь в физику и сложную терминологию (это есть ниже), расшифровать эту надпись можно так:

5W – это низкотемпературная вязкость, которая означает, что холодный запуск двигателя возможен при температуре не ниже -35°С (т.е. от цифры перед W нужно отнять 40). Это та минимальная температура этого автомасла, при которой масляный насос двигателя сможет прокачать масло по системе, не допустив при этом сухого трения внутренних деталей. На работу прогретого двигателя этот параметр никак не влияет.

Если отнять от этой же цифры 35 (в данном случае – это -30°С), то мы получим минимальную температуру «проворачиваемости» двигателя. Очевидно, что с понижением температуры масло становится гуще и стартеру все сложнее становится провернуть мотор при холодном запуске. Но это усредненный параметр, реальная картина очень сильно зависит от самого двигателя, а потому очень важно при выборе вязкости не отступать от рекомендаций производителя Вашего авто.

Все, больше первая цифра перед W ровным счетом ничего не означает, и на работу прогретого двигателя ровным счетом никак не влияет. Так что если Вы живете в регионе, где температура воздуха зимой редко опускается ниже -20°С – Вам по этому параметру подойдет практически любое масло из продающихся на рынке. Другой вопрос, в каком состоянии Ваши стартер и аккумулятор, если они уже слегка подуставшие, им безусловно легче будет завести мотор при -20°С на масле 0W-30, чем если это будет 15W-40.

Гораздо интереснее второе число в обозначении – высокотемпературная вязкость (в данном случае это 30). Его нельзя так просто, как первое, перевести на понятный автолюбителю язык, ибо это сборный показатель, указывающий на минимальную и максимальную вязкость масла при рабочих температурах 100-150°С. Чем больше это число, тем выше вязкость моторного масла при высоких температурах. Хорошо это, или плохо именно для Вашего мотора – знает только производитель автомобиля.

Что такое вязкость моторного масла и как выбрать масло по вязкости?

Характеристики масла во многом зависят от его вязкости. Однако существует еще и такое понятие как индекс вязкости.

Чем отличаются эти параметры и как учитывать их при подборе моторного масла? Обо всём по порядку.

Что такое вязкость моторного масла

Вязкость — это способность масла оказывать сопротивление перемещению одной его части (или слоя) относительно другой. Соответственно, чем выше значение вязкости, тем гуще смазочный материал.

Широко распространено определение вязкости по стандарту SAE J300. Подробно о классификации SAE мы говорили в большом материале о том, как выбрать моторное масло.

один из основных показателей для моторного масла. Важно, чтобы оно оставалось жидким даже при низких температурах, могло протекать по масляным каналам и защищать детали двигателя от износа и трения. Однако в непрогретом моторе вязкость масла увеличивается, а его текучесть снижается.

• Прокачиваемость. Насос должен без проблем качать масло по системе. Особенно это актуально при низких температурах.
• Работа при высоких температурах. Масло не должно испаряться и расходоваться на угар.
• Защита двигателя от износа и перегрева во всех температурных диапазонах.
• Обеспечение минимальной силы трения между отдельными парами в двигателе.
• Уплотнение зазоров между деталями цилиндро-поршневой группы.

Первая цифра и буква означают динамическую вязкость, последнее число — кинематическую. В разговорной речи эти обозначения часто называют «вязкость на холодную» и «вязкость на горячую».

Что такое индекс вязкости

Индекс вязкости — это показатель, у которого нет единиц измерения: чем он выше, тем меньше вязкость масла зависит от температуры. Масло с высоким индексом вязкости быстрее поступает в зону трения при низких температурах, а при высоких — эффективнее снижает износ.

Низкий индекс вязкости означает затруднения во время запуска мотора в холодную погоду или снижение защиты деталей от износа при нагреве.

Стоит подчеркнуть: вязкость определяет текучесть жидкости в данный момент и при данных обстоятельствах. Индекс вязкости указывает на изменение вязкости при изменении температуры. Проще говоря: чем выше индекс вязкости, тем лучше, а вот вязкость нужно подбирать в соответствии с температурой внешней среды, при которой используется автомобиль.

Динамическая вязкость

Динамическая, или абсолютная, вязкость характеризует силу сопротивления маслянистой жидкости. Сила возникает во время движения двух слоёв масла, удалённых на расстояние в один сантиметр и движущихся со скоростью 1 см/с. Единица измерения силы — Па•с (мПа•с). обозначается английской аббревиатурой CCS. Тестирование отдельных образцов выполняется на специальном оборудовании — ротационном вискозиметре.

Степень вязкости показывает, при какой температуре можно запускать холодный двигатель. Рядом с цифровым значением стоит латинская буква W — первая буква слова winter («зима»).

В соответствии со стандартом SAE J300 динамическая вязкость всесезонных (и зимних) моторных масел определяется так:

• 0W — обеспечивает лёгкий запуск ДВС при температуре до —35 °С;
• 5W — при температуре до —30 °С;
• 10W — при температуре до —25 °С;
• 15W — при температуре до —20 °С;
• 20W — при температуре до —15 °С.

Для большинства регионов России масла со значением 10W и выше не могут быть рекомендованы как всесезонные. Это указано в допусках разных автопроизводителей для машин, предназначенных для российского рынка. Для России оптимальны масла с низкотемпературной характеристикой 0W или 5W.

Кинематическая вязкость

Кинематическая, или высокотемпературная вязкость — это величина, показывающая время, за которое некоторое количество жидкости проходит через отверстие определённого диаметра в специальном приборе — капиллярном вискозиметре.

Измеряется высокотемпературная вязкость в мм²/с. Альтернативная единица измерения — сантистокс (сСт). Есть следующая зависимость: 1 сСт = 1 мм²/c = 0,000001 м²/c.

Наиболее популярные классы кинематической вязкости по стандарту SAE — 20, 30, 40, 50 и 60.

Зависимость следующая: чем меньше класс, тем масло жиже. И наоборот, чем выше — тем больше вязкость. Лабораторные тесты проводят при трёх температурах: плюс 40 °С, плюс 100 °С и плюс 150 °С. Так можно увидеть динамику изменения вязкости в разных условиях: нормальных (плюс 40 °С/ плюс 100 °С) и критических (плюс 150 °С). Эти значения приняты за основные точки, хотя испытания проводятся и при других температурах.

При повышении температуры плотность вещества уменьшается, и это значит, что при постоянной динамической вязкости кинематическая будет увеличиваться. И наоборот: при снижении температуры кинематические коэффициенты снижаются.

В последнее десятилетие в мировом автопроизводстве есть тенденция к снижению высокотемпературной вязкости при высокой скорости сдвига — HTHS. Использование масел с низким HTHS экономически и экологически оправдано: такие масла дают большую экономию топлива по сравнению с продуктами с более высокой вязкостью. Подробнее о показателе HTHS мы писали в отдельной статье.

Меньшая вязкость приводит к снижению сопротивления деталей мотора, к увеличению мощности, снижению износа в некоторых узлах двигателя. Кроме того, при использовании маловязких масел выброс СО₂ в атмосферу значительно меньше, чем у масел более высокой вязкости. Подробно об этом мы говорили в одном из прошлых материалов.

Стоит лишь отметить: если двигатель не спроектирован под маловязкие масла (с низким HTHS), использование таких продуктов в нём недопустимо. Поэтому ещё раз напомним: первоочередным фактором при выборе масла будут рекомендации завода-изготовителя авто. Полный чек-лист по выбору можете найти здесь.

Что будет, если неправильно выбрать вязкость

Слишком густое или недостаточно вязкое масло может вызвать износ деталей, что в итоге приведёт к дорогому ремонту или замене двигателя.

• Рабочая температура двигателя будет повышаться, поскольку тепло будет отводиться хуже. Однако при езде на невысоких оборотах и/или в холодную погоду это не критично.
• Интенсивная нагрузка и/или езда на высоких оборотах может спровоцировать износ отдельных деталей и самого двигателя.
• Высокая температура двигателя приводит к ускоренному окислению масла, из-за чего оно быстрее теряет свои свойства.

• Масляная защитная плёнка на поверхности деталей будет очень тонкой, и детали не получат должной защиты от механического износа и воздействия высоких температур.
• Большое количество масла будет уходить в угар— высокий расход расход.
• Возникает риск появления так называемого клина мотора, что грозит сложным и дорогим ремонтом.

Заключение

Вязкость — важный, но не единственный параметр выбора масла. Большую роль играют другие показатели: допуски автопроизводителя, лицензии по стандартам ACEA, API или ILSAC(подробнее о классификации можно узнать в нашем материале), тип базового масла (синтетика, полусинтетика, минералка), особенности конструкции двигателя.

Самая точная информация о том, какое масло необходимо для вашего двигателя, содержится в технической документации к автомобилю. Кроме того, выбрать нужный продукт поможет наш онлайн-подборщик.

Статьи

Плотностью р называется величина, определяемая отношением массы вещества к занимаемому им объему. Относительная плотность жидкости р4 определяется как отношение плотности жидкости при заданной температуре к плотности воды при 4С.

Обычно для масел используется показатель относительной плотности жидкости, т.е. отношение плотности масла при 20С к плотности воды при 4С.

Поскольку масса эталонного килограмма практически равна массе 1дм3 воды при 4С, значения плотности и относительной плотности практически совпадают.

С повышением температуры плотность масла снижается. Температурный коэффициент объемного расширения равен примерно 0,0006 С-1.

Изменения плотности и относительной плотности расчитываются по формуле Д.И. Менделеева.

Плотность обычных трансформаторных масел колеблется в пределах 800-890 кг/м3 и зависит от его химического состава.

Чем больше в масле полициклических ароматических и нафтеновых углеводородов, тем выше его плотность.

Молекулярная масса М трансформаторных масел колеблется в пределах 230-330 и зависит от их фракционного и химического состава.

При близком фракционном составе чем больше в масле ароматических углеводородов, тем меньше молекулярная масса и больше плотность, т.е. по мере углубления очистки масла (удаления полициклических ароматических углеводородов) снижается плотность и увеличивается его молекулярная масса.

Молекулярная масса масел определяется эбуллиоскопическим или криоскопическим методами. Оба метода основаны на законах о разбавленных растворах: первый- на измерении повышения температуры кипения чистого растворителя. а второй-на измерении понижения температуры кристаллизации чистого растворителя. Поскольку полициклические ароматические и нафтено-ароматические углеводороды склоны к ассоциации, молекулярную массу определяют при разной концентрации масла в растворителе и истинную молекулярную массу рассчитывают экстраполяцией к нулевой концентрации.

Показатель преломления характеризует изменение скорости света при заданных значенниях этих параметров является характеристикой вещества.

Удельная дисперсия у насыщенных-парафиновых и нафтеновых-углеводородов около 98-100, а у ароматических достигает 250.

Подобно плотности значение показателя преломления снижается при углублении очистки-снижении концентрации ароматических углеводородов. При близком фракционном составе и вязкости масел показатель преломления удовлетворительно характеризует содержание ароматических углеводородов.

Вязкость любой жидкости, в том числе масла, характеризует свойство ее оказывать сопротивление при перемещении одной части жидкости относительно другой.

В системе СИ за единицу динамической вязкости принимается Па * с (1 Па * с = 10 пз).

Обычно пользуются понятием кинематической вязкости, представляющей сбой отношение динамической вязкости к плотности; за единицу ее принимают в системе СИ 1 м2/с (1 м2/с=10 сСТ; мм2с=1 сСт).

Вязкость иногда выражают в других единицах-градусах Энглера (условная вязкость, ВУ). За рубежом пользуются градусами Сейболта и Редвуда.

В практике часто важно знать вязкость масла при низких температурах, экспериментальное определение которой сложно. С этой целью определяют вязкость при двух положительных температурах, соединяют значения их прямой на номограмме и экстраполируют до искомой температуры. Следует учитывать, что номограмма построена исходя из предположения, что в принятом интервале температур масло проявляет себя как ньютоновская жидкость.

При температурах, близких к температуре застывания, проявляется аномалия вязкости. Поэтому пользоваться номограммой можно до температур на 10-15С выше температуры застывания.

На практике широкое применение нашел «индекс вязкости» по Дину и Девису. Эти авторы предложили сравнивать вязкость испытуемого масла с вязкостью масляных дистиллятов, полученных из американских нефтей Пенсильванского и Мексиканского заливов. Индекс вязкости первого масла принимается за 100, а второго-за 0.

Все масла при 98,9С должны иметь одинаковую вязкость.

Плотность, показатель преломления и вязкость масел находятся в зависимости от химического и в первую очередь углеводородного состава масел при близком фракционном составе.

В этом отношении представляют интерес данные К.И. Зиминой и А.А. Симионова.

Дистиллят анастасиевской нефти разогнали на фракции 300-350 350-400С, разделили их хроматографией на силикагеле на насыщенную и ароматическую части и определии указанные показатели их.

Из этих данных следует, что насыщенная часть масла (сумма парафиновых и нафтеновых углеводородов) характеризуется по сравнению с ароматической дистиллята меньшими значениями плотности, показателя преломления, вязкости (за исключением легких ароматических углеводородов) и большими значениями индекса вязкости и молекулярной массы.

С «утяжелением» ароматических углеводородв монотонно повышаются плотность и показатель преломления, снижаются молекулярная масса и индекс вязкости.

Представляет интерес вопрос, отличаются ли по физическим параметрам углеводороды, входящие в состав каждой части-насыщенной и ароматической. Для решения этого вопроса эти части дистиллята анастасиевской нефти разделили каждую методом термической диффузии на 10 фракций.

Прежде всего следует отметить, что каждая часть хроматографического разделения. содержащая как насыщенные (парафиновые и нафтеновые), так и ароматические углеводороды, состоит из соединение, резко отличающихся по физическим параметрам.

Оказалось, что в части, состоящей только из парафиновых и нафтеновых углеводородов (насыщенная часть), содержатся полициклические нафтеновые углеводороды которые по своим физическим показателям мало отличаются от ароматических углеводородов.

Так, десятая фракция ТДР насыщенной части характеризуется большими плотностью, показателем преломления, вязкостью и меньшим индексом вязкости, чем первая фракция ТДР «легких» ароматических углеводородов. Индексы вязкости фракций первой (+160) и десятой (-110) ТДР насыщенных частей различаются на 270 единиц.

Таким образом, масло состоит из взаимного раствора очень большого числа углеводородов, резко различающихся по физическим показателям. Даже насыщенные углеводороды, выделенные из масла, содержат фракции. существенно различающиеся по плотности, показателю преломления. вязкости и индексу вязкости.

Температура вспышки трансформаторных масел определяется в закрытом тигле в аппарате Мартенс-Пенского.

Температурой вспышки называется температура, при которой пары масла, нагреваемого в стандартных условиях, вспыхивают при поднесении к ним пламени.

Температура вспышки для обычных товарных масел колеблется в пределах 130-170, а для арктического масла-от 90 до 115С и зависит от фракционного состава, наличия относительно низкокипящих фракций и в меньшей степени от химического состава.

Температуры вспышки масел находятся в зависимости от упругости их насыщенных паров.Чем ниже упругость паров, чем выше температура вспышки, тем лучше можно дегазировать и осушать масло перед заливом в высоковольное оборудование. Минимальная температура вспышки масел регламентируется не столько по противопожарным соображениям, сколько с точки зрения возможности глубокой их дегазации.

В отношении пожарной безопасности большую роль играет температура самовоспламенения; это температура, при которой масло при наличии воздуха загорается самопроизвольно без поднесения пламени. У трансформаторных масел эта температура около 350-400С.

У отечественных трансформаторных масел упругость насыщенных паров при 60С колеблется от 8 до 0,4 Па. У зарубежных масел, как правило, упругость паров ниже и составляет от 1,3 до 0,07 Па.