Масла температура замерзания: При какой температуре замерзает моторное масло?

By alexxlab No comments

Содержание

Технические характеристики моторных масел: свойства, вязкость

Характеристики моторных масел регламентируют стандарты международного уровня.

Вязкость моторного масла

Характеристика определяет способность жидкого материала сопротивляться течению за счет внутреннего трения. Значение рассчитывают при разных условиях, поэтому различают два ее типа:

  • кинематическая вязкость показывает способность материала сопротивляться течению под действием силы тяжести. Измеряется в стоксах (Ст) или в квадратных миллиметрах в секунду (мм2/с). Чаще всего характеристику определяют для температур 40 и 100 °С;
  • динамическая вязкость определяет отношение силы к скорости сдвига. Характеристика показывает способность моторного масла к течению при разных температурах, измеряется в сантипуазах (Сп) или в (Н·с/см2).

Индекс вязкости

Вязкость смазочных материалов меняется обратно пропорционально температуре. При нагревании масла показатель снижается, а при охлаждении – увеличивается. В продуктах разных марок изменение характеристики происходит с различной скоростью. Для измерения динамики существует специальное понятие – индекс вязкости. Чем выше его значение, тем меньше вязкостные свойства материала зависят от температуры. Продукты с большим индексом обеспечивают надежную защиту двигателя в разных климатических условиях. Масла с низким значением показателя эксплуатируются в узком диапазоне температур, так как при нагревании материалы утрачивают смазывающую способность, а при охлаждении быстро густеют.

Температура застывания

Показатель определяют в момент увеличения вязкости масла вплоть до потери текучести. В лабораторных условиях температурой застывания считают нижний предел, при котором жидкость в пробирке под наклоном 45 градусов не стекает в течение 1 минуты и остается неподвижной. Низкотемпературные характеристики масла напрямую зависят от состава, от качества компонентов. В продуктах переработки нефти вязкость возрастает при кристаллизации парафинов нормального строения. Поэтому основа проходит тщательную очистку или химическую модификацию для разветвления структуры компонентов и снижения температуры застывания. Синтетические масла имеют более однородный и прогнозируемый состав, что снижает порог кристаллизации и обеспечивает материалу стабильные свойства на морозе.

Температура вспышки

Величина этой характеристики зависит от вида и количества легколетучих фракций в составе масла. Температура вспышки косвенно указывает на потери масла на угар, испарение через вентиляционную систему картера. Параметр также позволяет оценить риск самопроизвольного воспламенения или взрыва материала при экстремальном нагревании.

Щелочное число (Total Base Number, TBN)

Общая щелочность моторного масла зависит от характеристик диспергирующих и моющих присадок, от антиокислительных свойств материала. Параметр указывает на стойкость продукта к окислению при высоких температурах и давлении в присутствии химически активных сред. От щелочного числа также зависит скорость образования отложений, величина межсервисного интервала. Характеристика определяется в (мг КОН/г). Значения щелочного числа варьируются в широком диапазоне. Выбор зависит от типа топлива, а точнее, от содержания серы, которая является главным окисляющим агентом. Например, в двигателях, работающих на мазуте, требуется высокая степень защиты, поэтому выбирают масло с показателем щелочности до 40 мг КОН/г. Моторы легковых авто работают с материалами 7–15 мг КОН/г.

Зольность

Сульфатная зола образуется при сгорании смазочного материала. Базовые масла очищаются и являются практически беззольными, но присадки вносят в состав нежелательные примеси, такие как магний, кальций, фосфор, цинк и другие. В процессе сгорания веществ на поверхности деталей двигателя образуются отложения, которые способствуют преждевременному воспламенению топливной смеси, то есть повышают детонацию. Зола также загрязняет каталитические нейтрализаторы выхлопных газов, сажевые фильтры. Соответственно, чем ниже показатель, тем меньше отложений на деталях.

Стандарты и спецификации

SAE J300

Классификация вязкостно-температурных свойств смазывающих материалов SAE J300 разработана американским обществом автомобильных инженеров Society of Automotive Engineers. Система делит масла на два типа: летние и зимние (маркировка W – winter). Для материалов, предназначенных для эксплуатации при низких температурах, дополнительно регламентируют предел прокачиваемости (тест MRV – Mini Rotary Viscometer) и проворачиваемости (CCS – Cold Cranking Simulator) коленвала. Для летних сортов определяют прочность на сдвиг при экстремальном нагревании (тест HTHS – High Temperature High Shear Rate). Класс вязкости по SAE J300 указывает на диапазон температур эксплуатации конкретной марки моторного масла. Обозначение всесезонных сортов сочетает два показателя: зимний и летний. Например, 5W-40.

Классы вязкости зимних моторных масел SAE J300










 

Низкотемпературная вязкость

Высокотемпературная вязкость

Класс

вязкости

SAE

CCS, МПа-с. Max, при темп.,°С

MRV, МПа-с, Max, при темп.,°С

Кинематическая вязкость, мм2/с при 100 °С

HTHS, МПа-с. Min при 150 °С и 10Л6 с-1,

 

 

 

Min

Max

0W

3250 при -30

30000 при -35

3,8

5W

3500 при -25

30000 при -30

3,8

10W

3500 при -20

30000 при -25

4,1

15W

3500 при -15

30000 при -20

5,6

20W

4500 при -10

30000 при -15

5,6

25W

6000 при -5

30000 при -10

9,3

Классы вязкости летних моторных масел SAE J300














Класс вязкости SAE

Высокотемпературная вязкость

Кинематическая вязкость, мм2/с при 100 °С

HTHS, МПа-с. Min при 150 °С и 10Л6 с-1,

Min

Max

8

4,0

6,1

1,7

12

5,0

7,1

2,0

16

6,1

8,2

2,3

20

6,9

9,3

2,6

30

9,3

12,5

2,9

40

12,5

16,3

2,9*

40

12,5

16,3

3,7**

50

16,3

21,9

3,7

60

21,9

26,1

3,7

* Для классов 10W40, 5W40, 10W40.

** Для классов 15W40, 20W40, 25W40, 40.

API

Классификация разработана специалистами American Petroleum Institute (API) совместно с American Society for Testing and Materials (ASTM) и Society of Automobile Engineers (SAE). Система опирается на эксплуатационные характеристики моторных масел и устанавливает стандарты для бензиновых, дизельных, двухтактных моторов и трансмиссий. По API смазочные материалы делятся на три категории:

  • S – Service (spark ignition). Категория включает масла для бензиновых двигателей легковых автомобилей;
  • C – Commercial (compression ignition). В нее включена продукция для дизельных двигателей;
  • EC – Energy Conserving. Категория описывает энергосберегающие масла.

Классификация материалов внутри категорий начинается с буквы А (SA, SB, SC…) и далее в алфавитном порядке. Каждая последующая марка может использоваться в двигателях, для которых рекомендованы предыдущие. Категории с SA до SG являются устаревшими. Знак SH маркируют только в качестве дополнения к C. Начиная с SJ все категории действующие, а SN считается высшей на сегодняшний день. Марки масел с API CA до API CG-4 признаны устаревшими. Остальные категории действующие, высшей является API CK-4.

ILSAC

Классификация международного комитета по стандартизации и апробации моторных масел ILSAC (INTERNATIONAL LUBRICANTS STANDARDISATION AND APPROVAL COMMITTEE) – это результат совместного труда американской ассоциации American Automobile Manufacturers Association (AAMA) и японских специалистов Japan Automobile Manufacturers Association (JAMA). Стандарт устанавливает требования к смазочным материалам для бензиновых двигателей легковых автомобилей. Знак ILSAC получают масла с высокими показателями экономии топлива, энергосбережения, фильтруемости в условиях низких температур. Для продуктов характерна низкая испаряемость, стойкость к вспениванию и сдвигу, минимальное содержание фосфора. Категории моторных масел по ILSAC:

GF-1. Устаревшая спецификация с минимально допустимыми требованиями к качеству материалов для японских и американских автомобилей. Категория охватывает масла классов SAE: 0W-30, -40, -50, -60, 10W-30, -40, -50, -60 и 5W-30, -40, -50, -60. Спецификация соответствует EC-II и API SH;

GF-2. Соответствует EC-II и API SJ. Категория включает все марки масел GF-1 и дополнительно 0W-20, 5W-20. Строгие ограничения по содержанию фосфора, улучшенные низкотемпературные свойства, стойкость к пенообразованию и образованию отложений;

GF-3. Соответствует EC-II и API SL. Улучшены противоизносные и противоокислительные свойства, снижена испаряемость, увеличены показатели экономии топлива, стабильности вязкостных свойств. Спецификация устанавливает строгие требования к долгосрочным последствиям влияния моторных масел на системы нейтрализации выхлопных газов;

GF-4. Соответствует API SM. Масла проходят испытания на топливную экономичность. Категория включает классы вязкости SAE: 0W-20, 5W-20, 5W-30, 10W-30. Улучшены моющие и противоизносные свойства, снижен риск образования отложений. Содержание фосфора – не более 0,08 %;

GF-5. Соответствуют API SM с жесткими требованиями к совместимости к системам катализаторов, к топливной экономичности, к испаряемости, к стойкости к образованию отложений. Спецификация устанавливает параметры совместимости с эластомерами, защиту систем турбонаддува, возможность применения биотоплива.

Знание основных характеристик необходимо для грамотного выбора моторного масла.

Расшифровка основных показателей характеристики моторного масла

Характеристики моторных масел показывают, как ведет себя масло в разных температурных и нагрузочных режимах, и тем самым помогают автовладельцу правильно подобрать смазывающую жидкость для двигателя. Так, при выборе полезно обращать внимание не только на маркировку (в частности, вязкость и допуски автопроизводителей), но и технические характеристики моторных масел, таких как кинематическая и динамическая вязкости, щелочное число, сульфатная зольность, испаряемость и прочие. Для большинства автовладельцев эти показатели не говорят совершенно ничего. А на самом деле в них скрыто качество масла, его поведение при нагрузках и другие эксплуатационные данные.

Так, вы подробно узнаете о следующих параметрах:

Основные характеристики моторных масел

Теперь перейдем непосредственно к физическим и химическим параметрам, которые характеризуют все моторные масла.

Вязкость — основное свойство, за счет которого определяется возможность использовать продукт в двигателях разных типов. Она может быть выражена в единицах вязкости кинематической, динамической, условной и удельной. Степень тягучести моторного материала определяется двумя показателями — кинематической и динамической вязкостями. Эти параметры наряду из сульфатной зольностью, щелочным числом и индексом вязкости составляют основные показатели качества моторных масел.

Кинематическая вязкость

График зависимость вязкости от температуры моторного масла

Кинематическая вязкость (высокотемпературная) — основной эксплуатационный параметр для всех видов масел. Это отношение динамической вязкости к плотности жидкости при той же температуре. Кинематическая вязкость не влияет на состояние масла, она определяет характеристики температурных данных. Данный показатель характеризует внутреннее трение состава или его сопротивление собственному течению. Описывает показатели текучести масла при рабочей температуре +100°С и +40°С. Единицы измерения — мм²/с (сантиСтокс, сСт).

Простыми словами, этот показатель показывает вязкость масла от температуры и позволяет оценить, насколько быстро оно будет густеть при снижении температуры. Ведь чем меньше масло меняет свою вязкость при изменении температуры тем выше качество масла.

Динамическая вязкость

Динамическая вязкость масла (абсолютная) показывает силу сопротивления масляной жидкости, возникающий во время движения двух слоев масла, удаленных друг от друга на расстоянии 1 см движущихся со скоростью 1 см/с. Динамическая вязкость — произведение кинематической вязкости масла на его плотность. Единицы измерения данной величины — Паскаль-секунды.

Проще говоря, она показывает влияние низкой температуры на сопротивление пуску двигателя. А чем меньше динамическая и кинематическая вязкость при низких температурах, тем легче будет смазочной системе прокачивать масло в мороз, а стартеру крутить маховик двигателя при холодном запуске. Большое значение также имеет индекс вязкости моторного масла.

Индекс вязкости

Скорость падения кинематической вязкости с ростом температуры характеризуется индексом вязкости масла. По индексу вязкости оценивают пригодность масел для данных условий работы. Чтобы определить индекс вязкости сопоставляют вязкость масла при различных температурах. Чем он выше, тем меньше вязкость зависит от температуры, а значит и лучше его качество. Если говорить в двух словах, то индекс вязкости показывает «степень разжижения» масла. Это безразмерная величина, т.е. не измеряется в каких-либо единицах — это просто цифра.

Чем ниже индекс вязкости моторного масла, тем сильнее масло разжижается, т.е. толщина масляной пленки становится очень маленькой (из-за чего возникает повышенный износ). Чем выше индекс вязкости моторного масла, тем меньше масло разжижается, т.е. обеспечивается необходимая для защиты трущихся поверхностей толщина масляной пленки.

При реальной работе моторного масла в двигателе, низкий индекс вязкости означает плохой запуск двигателя при низких температурах или плохая его защита от износа при высоких температурах.

Масла с высоким индексом обеспечивает работоспособность двигателя в более широком температурном диапазоне (окружающей среды). Следовательно обеспечивается более легкий пуск двигателя при низких температурах и достаточная толщина масляной пленки (а значит и защита двигателя от износа) при высоких температурах.

Высококачественные минеральные моторные масла обычно имеют индекс вязкости — 120-140, полусинтетические 130-150, синтетические 140-170. Это значение зависит от применения в составе углеводородов и очистной глубине фракций.

Тут нужен баланс, и при выборе стоит учитывать требования производителя мотора и состояние силового агрегата. Однако чем выше индекс вязкости — тем в более широком температурном диапазоне можно использовать масло.

Испаряемость

Испаряемость (еще может называться летучесть или угар) характеризует количество массы смазывающей жидкости, которая испарилась в течение одного часа при ее температуре +245,2°С и рабочем давлении 20 мм. рт. ст. (± 0,2). Соответствует стандарту ACEA. Измеряется в процентах от общей массы, [%]. Проводится с помощью специального аппарата Ноака по ASTM D5800; DIN 51581.

Чем выше вязкость масла, тем ниже у него показатель испаряемости по Ноак. Конкретные значения испаряемости зависят от типа базового масла, то есть, устанавливается производителем. Считается, что неплохая испаряемость находится в диапазоне до 14%, хотя встречаются в продаже и масла, испаряемость которых достигает 20%. У синтетических масел это значение, как правило, не превышает 8%.

В целом можно сказать, что чем ниже значение испаряемости по Ноак — тем меньше угар масла. Даже небольшая разница – в 2,5 … 3,5 единицы – способна отразиться на расходе масла. Более вязкий продукт угорает меньше. Особенно это актуально для минеральных масел.

Коксуемость

Простыми словами понятие коксуемость — это способность масла образовывать в своем объеме смолы и нагары, которые, как известно, являются вредными примесями в смазывающей жидкости. Коксуемость напрямую зависит от степени ее очистки. В том числе на это влияет, какое базовое масло было использовано изначально для создания готового продукта, а также технология производства.

Оптимальным показателем для масел с высоким уровнем вязкости является значение 0,7%. Если же масло имеет низкую вязкость, то соответствующее значение может находиться в пределах 0,1…0,15%.

Сульфатная зольность

Сульфатная зольность моторного масла (sulphate ash) — показатель наличия присадок в масле, которые включают органические соединения металлов. При эксплуатации смазки все присадки и добавки вырабатываются, — выгорают, образуя ту самую золу (шлаки и нагар), которая оседает на поршнях, клапанах, кольцах.

Сульфатная зольность масла ограничивает способность масла накапливать зольные соединения. Данное значение указывает, какое количество неорганических солей (золы), которые остаются после сгорания (испарения) масла. Это могут быть не только сульфаты (ими “пугают” автовладельцев, машины имеющие двигатели из алюминия, который “боится” серной кислоты). Измеряется зольность в процентах от общей массы состава, [% масс].

В целом же, зольные отложения забивают сажевые фильтры и дизельных машин и катализаторы у бензиновых. Однако это справедливо в случае, если имеет место значительный расход масла двигателем. Стоит отметить, что наличие серной кислоты в масле гораздо критичнее, чем повышенная сульфатная зольность.

В составе полнозольных масел количество соответствующих добавок может немного превышать 1% (до 1,1%), у среднезольных — 0,6. ..0,9%, у малозольных — не превышать 0,5%. Соответственно, чем это значение ниже — тем лучше.

Малозольные масла, так называемые Low SAPS (имеют маркировку по ACEA C1, C2, C3 и C4). Являются лучшим вариантом для современного автотранспорта. Обычно применяют в машинах с системой нейтрализации выхлопных газов и авто работающих на природном газе (с ГБО). Критическими значениями зольности для бензиновых двигателей является значение 1,5%, для дизельных моторов — 1,8%, а для дизельных двигателей высокой мощности — 2%. Но стоит отметить, что малозольные масла не всегда являются малосеристыми, поскольку малая зольность достигается более низким щелочным числом.

Главным недостатком малозольного масла заключается в том, что даже одна заправка некачественным топливом способна «убить» все его свойства.

Полнозольные присадки, они же Full SAPA (с маркировкой ACEA A1/B1, A3/B3, A3/B4, A5/B5). Негативно влияют на фильтры DPF, а также имеющиеся трехступенчатые катализаторы. Такие масла не рекомендуется использовать в моторах, оборудованных экологическими системами Euro 4, Euro 5 и Euro 6.

Высокая сульфатная зольность обусловлена наличием в составе моторного масла моющих присадок, содержащих металлы. Такие компоненты необходимы для предотвращения нагаро- и лакообразования на поршнях и придания маслам способности нейтрализовывать кислоты, характеризуемой количественно щелочным числом.

Щелочное число

Данная величина характеризует, как долго масло может нейтрализовать вредные для него кислоты, которые вызывают коррозионный износ деталей двигателя и усиливают процессы образования различных углеродистых отложений. Для нейтрализации используется гидроксид калия — KOH. Соответственно щелочное число измеряется в мг КОН на грамм масла, [мг КОН/г]. Физически это означает, что количество гидроксида эквивалентно по своему действию пакету присадок. Так, если в документации указано, что общее щелочное число (TBN — Total Base Number) равно, например, 7,5, то это значит, что количество КОН составляет 7,5 мг на грамм масла.

Чем больше будет щелочное число — тем дольше масло сможет нейтрализовать действие кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива. То есть, им можно будет дольше пользоваться (хотя на этот показатель еще оказывают влияние другие параметры). Низкие моющие свойства — это плохо для масла, поскольку в таком случае на деталях будет образовываться несмываемый нагар.

Обратите внимание, что масла в которых минеральная основа с низким индексом вязкости, и большим содержанием серы, но высоким TBN в неблагоприятных условиях быстро сойдет на нет! Так что такую смазывающую жидкость не рекомендуется использовать в мощных современных моторах.

При работе масла в двигателе щелочное число неизбежно снижается, а нейтрализующие присадки срабатываются. Такое снижение имеет допустимые пределы, по достижении которых масло не сможет защищать от коррозии кислотными соединениями. Что касается оптимального значения щелочного числа, то раньше считалось, что для бензиновых двигателей оно будет равно примерно 8. ..9, а для дизельных — 11…14. Однако у современных смазочных составов щелочное число обычно ниже, вплоть до 7 и даже 6,1 мг КОН/г. Обратите внимание, что в современных двигателях нельзя использовать масла со щелочным числом 14 и выше.

Низкое щелочное число в современных маслах сделано искусственно в угоду действующим экологическим требованиям (ЕВРО-4 и ЕВРО-5). Так, при сжигании этих масел в двигателе образуется малое количество серы, что положительно сказывается на качестве выхлопных газов. Однако масло с низким щелочным числом зачастую недостаточно хорошо защищает детали двигателя от износа.

Грубо говоря, щелочное число занижено искусственно, поскольку долговечность двигателя принесены в угоду современным требованиям экологичности (например, в Германии действуют очень строгие допуски по экологии). К тому же, износ двигателя приводит к более частой смене машины конкретным автовладельцем на новую (потребительский интерес).

А значит оптимальным ЩЧ не всегда должно быть максимальное или минимальное число.

Плотность

Под плотностью понимается густота и вязкость моторного масла. Определяется при температуре окружающей среды +20°С. Измеряется в кг/м³ (реже в г/см³). Она показывает отношение общей массы продукта к его объему и напрямую зависит от вязкости масла и коэффициента сжимаемости. Определяется базой масла и базовыми присадками, а так же сильно влияет на динамическую вязкость.

Если испарение масла будет высоким, то плотность будет увеличиваться. И наоборот, если масло имеет небольшую плотность, и одновременно с этим высокую температуру вспышки (то есть, низкое значение испаряемости), то можно судить о том, что масло сделано на качественном синтетическом базовом масле.

Чем выше плотность, тем хуже масло проходит по всем каналам и зазорам в двигателе, а из-за этого усложняется вращение коленчатого вала. Это приводит к его увеличенному износу, отложений, количества нагара и повышенному расходу топлива. Но и малая плотность смазки тоже плохо — из-за нее образуется тонкая и нестабильная защитная пленка, ее быстрое выгорание. Если двигатель чаще работает на холостых оборотах или в режиме старт-стоп, то лучше использовать менее плотную смазочную жидкость. А при длительном движении на больших скоростях — более плотную.

Поэтому, все производители масел придерживаются диапазона плотности выпускаемых ими масел в диапазоне 0,830….0,88 кг/м³, где только крайние диапазоны считаются высшим качеством. А вот плотность от 0,83 до 0,845 кг/м³ — это признак эстеров и ПАО в масле. А есл

Независимый низкотемпературный тест моторных масел

При выборе моторного масла для зимней эксплуатации следует обращать внимание на следующие технические характеристики, которые производители смазочных материалов обычно указывают в технических описаниях.

1. Температура замерзания (потери текучести) или Pour Point. Измеряется по ГОСТ 20287 или DIN ISO 3016 или ASTM D97. Этот параметр не имеет особого физического смысла для эксплуатации двигателя. Он указывается в целях хранения масла и указывает на то, что масло можно перелить из одной ёмкости в другую. Тем более что существуют специальные присадки – депрессоры, которые понижают температуру замерзания у минеральных масел. Добавив большое количество депрессорных присадок в минеральное гидрокрекинговое базовое масло можно добиться температуры замерзания готового масла даже ниже минус 40 С.

2. Динамическая вязкость при низкой температуре измеряемая при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS (Cold Cranking Simulator) по методам DIN 51 377 или ASTM D 2602. Этот важный параметр показывает насколько двигателю будет трудно провернуть холодное масло в цилиндро-поршневой группе. Измеряется в мПа*с. Чем ниже этот параметр, тем лучше. Граничные значения вязкости для разных классов масел определяет международный стандарт SAE J300.

Стандарт SAE J300 последняя редакция

3. Динамическая вязкость при низкой температуре измеряемая на миниротационном визкозиметре MRV (Mini Rotary Viscometer). Она измеряется при температуре на 5 С ниже, чем CCS и называется ещё «вязкостью прокачивания». Это показатель говорит о том, сможет ли загустевшее масло прокачать маслонасос двигателя и с какой скоростью холодное масло будет подано по маслоканалам к точкам смазки. Измеряется в мПа*с. Все три параметра – температура замерзания, динамическая вязкость CCS и динамическая вязкость MRV, чем меньше, тем лучше. Параметры CCS и MRV, участвуют в определения класса вязкости по SAE. Стандарт SAE определяет придельные значения вязкости при определённых температурах. Например масла вязкостью 5W-XX (20, 30, 40, 50) не должны иметь вязкость CCS при минус 30 С больше, чем 6600, а вязкость MRV не должна быть больше, чем 60000. Тогда это масло имеет право маркироваться, как 5W-XX.

В бытовых условиях можно так же оценить низкотемпературные свойства с помощью различных приспособлений. И если для многих регионов России морозы под 40 С это редкость, то для Якутии это будни. Вот пример таких испытаний от драйвовчанина Андрея Тоскина АКА Белководус.