Характеристики моторних масел
Зміст
Характеристики моторних масел показують, як поводиться масло в різних температурних і навантажувальних режимах, і тим самим допомагають автовласнику коректно підібрати змащувальну рідину для ДВС. Так, при виборі корисно звертати увагу не тільки на маркування (а саме, в'язкість та допуски виробників авто), а й технічні характеристики моторних масел, таких як кінематична та динамічна в'язкості, лужне число, сульфатна зольність, випаровування та інші. Для більшості автовласників ці показники не говорять зовсім нічого. А насправді в них прихована якість олії, її поведінка при навантаженнях та інші експлуатаційні дані.
Так, ви докладно дізнаєтеся про такі параметри:
- Кінематична в'язкість;
- Динамічна в'язкість;
- Індекс в'язкості;
- Випаровуваність;
- Коксування;
- Сульфатна зольність;
- Лужне число;
- Густина;
- Температура спалаху;
- Температура застигання;
- Присадки;
- Строк служби.
Основні характеристики моторних масел
Тепер перейдемо саме до фізичних та хімічних параметрів, які характеризують усі моторні олії.
В'язкість - основна властивість, за рахунок якого визначається можливість використовувати продукт у ДВС різних типів. Вона може бути виражена в одиницях в'язкості кінематичної, динамічної, умовної та питомої. Ступінь тягучості моторного матеріалу визначається двома показниками - кінематичної та динамічної в'язкості. Ці параметри поряд із сульфатною зольністю, лужним числом та індексом в'язкості складають основні показники якості моторних масел.
Кінематична в'язкість
Графік залежність в'язкості від температури моторної олії
Кінематична в'язкість (високотемпературна) – базовий експлуатаційний параметр для всіх видів олій. Це відношення динамічної в'язкості до щільності рідини за тієї ж температури. Кінематична в'язкість не впливає стан масла, вона визначає характеристики температурних даних. цей показник характеризує внутрішнє тертя складу чи його опір власному течії. Описує показники плинності олії при робочій температурі +100°С та +40°С. Одиниці виміру — мм²/с (сантиСтокс, ст).
Простими словами, цей показник показує в'язкість олії від температури і дозволяє оцінити, наскільки швидко воно густітиме при зниженні температури. Адже чим менше масло змінює свою в'язкість при зміні температури, тим вище якість масла.
Динамічна в'язкість
Динамічна в'язкість олії (абсолютна) показує силу опору масляної рідини, що виникає під час руху двох шарів олії, віддалених один від одного на відстані 1 см, що рухаються зі швидкістю 1 см/с. Динамічна в'язкість - добуток кінематичної в'язкості олії на його щільність. Одиниці виміру цієї величини - Паскаль-секунди.
Простіше кажучи, вона показує вплив низької температури на опір запуску ДВЗ. А чим менша динамічна і кінематична в'язкість при низьких температурах, тим легше буде мастильній системі прокачувати масло в мороз, а стартеру крутити маховик ДВЗ при холодному запуску. Велике значення має також індекс в'язкості моторного масла.
індекс в'язкості
Швидкість падіння кінематичної в'язкості із зростанням температури характеризується індексом в'язкості олії. За індексом в'язкості оцінюють придатність мастил для цих умов роботи. для того щоб визначити індекс в'язкості зіставляють в'язкість масла при різних температурах. Чим він вищий, тим менше в'язкість залежить від температури, а значить і краща його якість. Якщо говорити двома словами, то індекс в'язкості показує «ступінь розрідження» олії. Це безрозмірна величина, тобто. не вимірюється в якихось одиницях — це просто цифра.
Чим нижче індекс в'язкості моторної олії, тим сильніше масло розріджується, тобто. товщина масляної плівки стає дуже маленькою (через це з'являється підвищений знос). Чим вищий індекс в'язкості моторного масла, тим менше олія розріджується, тобто. забезпечується необхідна для захисту поверхонь, що труться, товщина масляної плівки.
Олії з високим індексом забезпечує працездатність ДВЗ у ширшому температурному діапазоні (довкілля). Отже забезпечується більш легкий пуск ДВЗ за низьких температур і достатня товщина масляної плівки (а значить і захист ДВЗ від зносу) при високих температурах.
Високоякісні мінеральні моторні олії зазвичай мають індекс в'язкості - 120-140, напівсинтетичні 130-150, синтетичні 140-170. Це значення залежить від застосування у складі вуглеводнів та очисної глибини фракцій.
Тут потрібен баланс, і при виборі варто враховувати вимоги виробника двигуна та стан силового агрегату. Однак чим вищий індекс в'язкості — тим у ширшому температурному діапазоні можна використовувати олію.
Випаровуваність
Випарюваність (також може називатися леткість або чад) характеризує кількість маси змащувальної рідини, яка випарувалася протягом однієї години при її температурі +245,2°З робочому тиску 20 мм. рт. ст. (±0,2). Відповідає стандарту ACEA. Вимірюється у відсотках загальної маси, [%]. Проводиться за допомогою спеціального апарату Ноака з ASTM D5800; DIN 51581.
Чим вище в'язкість олії, тим нижче у нього показник випаровування по Ноак. Конкретні значення випаровуваності залежать від типу базової олії, тобто встановлюється виробником. Вважається, що непогана випаровуваність знаходиться в діапазоні до 14%, хоча зустрічаються у продажу та олії, випаровуваність яких досягає 20%. У синтетичних масел це значення, як правило, не перевищує 8%.
В цілому можна сказати, що чим нижче значення випаровуваності по Ноак - тим менше чад олії. Навіть невелика різниця – у 2,5…3,5 одиниці – здатна позначитися на витраті олії. В'язкіший продукт пригоряє менше. Особливо це актуально для мінеральних олій.
Коксованість
Простими словами поняття коксівність - це здатність олії утворювати в своєму обсязі смоли та нагари, які, як відомо, є шкідливими домішками в рідині, що змащує. Коксування безпосередньо залежить від ступеня її очищення. У тому числі на це впливає, яке базове масло було використане для створення готового продукту, а також технологія виробництва.
Оптимальним показником для олій з високим рівнем в'язкості є значення 0,7%. Якщо масло має низьку в'язкість, то відповідне значення може перебувати в межах 0,1...0,15%.
сульфатна зольність
Сульфатна зольність моторної олії (sulphate ash) - показник наявності присадок в олії, які включають органічні сполуки металів. При експлуатації мастила всі присадки та добавки виробляються, — вигоряють, утворюючи ту саму золу (шлаки та нагар), яка осідає на поршнях, клапанах, кільцях.
Сульфатна зольність олії обмежує здатність олії накопичувати зольні сполуки. Це значення вказує, яка кількість неорганічних солей (золи), які залишаються після згоряння (випаровування) олії. Це можуть бути не тільки сульфати (ними "лякають" автовласників, автомобіля, що мають двигуни з алюмінію, який "боїться" сірчаної кислоти). Вимірюється зольність у відсотках загальної маси складу, [% мас].
В цілому ж, зольні відкладення забивають фільтри сажі і дизельних машин і каталізатори у бензинових. Однак це справедливо у випадку, якщо має місце значна витрата олії ДВСм. Варто відзначити, що наявність сірчаної кислоти в олії набагато критичніша, ніж підвищена сульфатна зольність.
У складі повнозольних олій кількість відповідних добавок може трохи перевищувати 1% (до 1,1%), у середньозольних – 0,6…0,9%, у малозольних – не перевищувати 0,5%. Відповідно, чим це значення нижче - тим краще.
Малозольні олії, так звані Low SAPS (мають маркування ACEA C1, C2, C3 і C4). Є найкращим варіантом для сучасного автотранспорту. Зазвичай застосовують у машинах із системою нейтралізації вихлопних газів та авто працюючих на природному газі (з ГБО). Критичними значеннями зольності для бензинових ДВС є значення 1,5%, для дизельних ДВС - 1,8%, а для дизельних ДВС високої потужності - 2%. Але варто зазначити, що малозольні олії не завжди є малосеристими, оскільки мала зольність досягається нижчим лужним числом.
Повнозольні присадки, вони Full SAPA (з маркуванням ACEA A1/B1, A3/B3, A3/B4, A5/B5). Негативно впливають на фільтри DPF, а також наявні триступінчасті каталізатори. Такі масла не рекомендується використовувати в двигунах, обладнаних екологічними системами Euro 4, Euro 5 та Euro 6.
Висока сульфатна зольність обумовлена наявністю у складі моторної олії миючих присадок, що містять метали. Такі компоненти необхідні для запобігання нагаро- та лакоутворення на поршнях та надання маслам здатності нейтралізувати кислоти, що характеризується кількісно лужним числом.
лужне число
Дана величина характеризує, як довго масло може нейтралізувати шкідливі для нього кислоти, які викликають корозійне зношування деталей ДВС і посилюють процеси утворення різних вуглецевих відкладень. Для нейтралізації використовується гідроксид калію KOH. Відповідно лужне число вимірюється в мг КОН на грам олії, [мг КОН/г]. Фізично це означає, що кількість гідроксиду еквівалентна за своєю дією пакету присадок. Так, якщо в документації зазначено, що загальне лужне число (TBN - Total Base Number) дорівнює, наприклад, 7,5, це означає, що кількість КОН становить 7,5 мг на грам масла.
Чим більше буде лужне число - тим довше олія зможе нейтралізувати дію кислот, що утворюються при окисленні олії та згорянні пального. Тобто їм можна буде довше користуватися (хоча на цей показник також впливають інші параметри). Низькі миючі властивості - це погано для олії, оскільки в такому випадку на деталях утворюватиметься незмивний нагар.
При роботі олії в ДВЗ лужне число неминуче знижується, а присадки, що нейтралізують, спрацьовуються. Таке зниження має допустимі межі, після досягнення яких масло не зможе захищати від корозії кислотними сполуками. Що ж до оптимального значення лужного числа, раніше вважалося, що з бензинових ДВСй воно дорівнюватиме приблизно 8…9, а дизельних — 11…14. Однак у сучасних мастил лужне число зазвичай нижче, аж до 7 і навіть 6,1 мг КОН/г. Зверніть увагу, що в сучасних ДВСх не можна використовувати масла з лужним числом 14 і вище.
Низьке лужне число в сучасних оліях зроблено штучно для діючих екологічних вимог (ЄВРО-4 та ЄВРО-5). Так, при спалюванні цих олій у ДВС утворюється мала кількість сірки, що позитивно позначається на якості вихлопних газів. Однак олія з низьким лужним числом часто недостатньо добре захищає деталі ДВЗ від зносу.
Отже оптимальним ЩЧ який завжди має бути максимальне чи мінімальне число.
Щільність
Під щільністю розуміється густота та в'язкість моторного масла. Визначається за температури навколишнього середовища +20°С. Вимірюється в кг/м³ (рідше в г/см³). Вона показує відношення загальної маси продукту до його обсягу і залежить від в'язкості масла і коефіцієнта стисливості. Визначається базою масла і базовими присадками, а також сильно впливає на динамічну в'язкість.
Якщо випаровування олії буде високим, то щільність збільшуватиметься. І навпаки, якщо олія має невелику щільність, і одночасно з цим високу температуру спалаху (тобто, низьке значення випаровуваності), то можна судити про те, що олія зроблена на якісній синтетичній базовій олії.
Чим вище густина, тим гірше масло проходить по всіх каналах і зазорах в ДВС, а через це ускладнюється обертання колінчастого валу. Це призводить до його збільшеного зносу, відкладень, кількості нагару та підвищеної витрати пального. Але й мала щільність мастила теж погано – через неї утворюється тонка і нестабільна захисна плівка, її швидке вигоряння. Якщо ДВС частіше працює на неодружених оборотах або в режимі старт-стоп, то краще використовувати менш щільну мастильну рідину. А при тривалому русі на великих швидкостях більш щільну.
Тому, всі виробники мастил дотримуються діапазону щільності олій, що випускаються, в діапазоні 0,830….0,88 кг/м³, де тільки крайні діапазони вважаються вищою якістю. А ось щільність від 0,83 до 0,845 кг/м³ – це ознака естерів та ПАТ у маслі. А якщо щільність становить 0,855… 0,88 кг/м³ — це означає, що було додано дуже багато присадок.
Температура спалаху
Це найнижча температура, при якій пари моторного масла, що нагрівається, за певних умов утворюють суміш з повітрям, що вибухає при піднесенні полум'я (перший спалах). При температурі спалаху олія також не займається. Температуру спалаху визначають при нагріванні моторної олії у відкритому або закритому тиглі.
Це показник наявності в маслі фракцій, що легко киплять, що визначає здатність складу утворювати нагар і згоряти при зіткненні з гарячими деталями ДВС. У якісного та гарного масла значення температури спалаху має бути якомога вище. У сучасних моторних масел температура спалаху перевищує +200 ° C, зазвичай вона дорівнює +210 ... 230 ° C і вище.
Температура застигання
Значення температури за Цельсієм, коли масло втрачає фізичні властивості, характерні для рідини, тобто, застигає, стає нерухомим. Важливий параметр для автолюбителів, які мешкають у північних широтах, та й іншим автовласникам, хто часто запускає ДВЗ «на холодну».
Хоча насправді в практичних цілях значення температури застигання не використовується. Для характеристики роботи олії в мороз існує інше поняття. мінімальна температура прокачування, тобто, мінімальна температура, при якій масляний насос може прокачати масло в системі. А вона буде трохи вищою, ніж температура застигання. Тому в документації варто звертати увагу саме на мінімальну температуру прокачування.
Що стосується температури застигання, то вона повинна бути на 5…10 градусів нижчою, ніж найнижчі температури, за яких працює ДВС. Це може бути -50 ° С ... -40 ° С і так далі, в залежності від конкретної в'язкості олії.
присадки
Крім цих базових характеристик моторних масел, також можна зустріти і додаткові результати лабораторних аналізів на кількість цинку, фосфору, бору, кальцію, магнію, молібдену та інших хімічних елементів. Всі ці присадки покращують властивості масел. Вони захищають від задирів та зносів ДВС, а також продовжують роботу самої олії, не даючи їй окислятися або краще тримати міжмолекулярні зв'язки.
Сірка має протизадирні властивості. Фосфор, хлор, цинк та сірка - протизносні властивості (зміцнюють масляну плівку). Бор, молібден - зменшують тертя (додатковий модифікатор для максимального ефекту зниження зносу, задир і тертя).
Але крім поліпшень вони мають зворотні властивості. а саме осідають у вигляді нагару в ДВС або потрапляють в каталізатор, де накопичуються. Наприклад, для дизелів з DPF, SCR та накопичувальних нейтралізаторів сірка – ворог, а для окислювальних нейтралізаторів ворог – фосфор. А ось миючі присадки (детергенти) Ca та Mg при згорянні утворюють золу.
Захисні властивості присадок залежать від способів виготовлення та якості сировини, тому їх кількість не завжди є показником кращого захисту та якості. Тому кожен автовиробник для застосування в конкретному моторі має свої обмеження.
Строк служби
У більшості автомобілів масло змінюється в залежності від пробігу автомобіля. Однак на деяких марках змащувальних рідин на каністрах прямо вказують термін їхньої дії. Це зумовлено хімічними реакціями, що відбуваються в олії у його роботи. Зазвичай виражається у кількості місяців безперервної роботи (12, 24 та Long Life) чи кількості кілометрів.
Таблиці параметрів моторних масел
Для повноти інформації наведемо кілька таблиць, де наведено інформацію про залежність одних параметрів моторного масла від інших чи зовнішніх чинників. Почнемо з групи базових олій відповідно до стандарту API (API – американський інститут нафти). Так, олії діляться за трьома показниками — індексом в'язкості, вмістом сірки та масовою часткою нафтенопарафінових вуглеводнів.
| Класифікація API | I | II | III | IV | V |
|---|---|---|---|---|---|
| Вміст насичених вуглеводнів, % | > 90 | > 90 | ПАТ | ефіри | |
| Вміст сірки, % | > 0,03 | ||||
| індекс в'язкості | 80 ... 120 | 80 ... 120 | > 120 |
В даний час на ринку представлено велику кількість присадок в масло, які певним чином змінюють його характеристики. Наприклад, присадки, що зменшують кількість вихлопних газів і підвищують в'язкість, антифрикційні присадки, що очищають або продовжують термін служби. Для розуміння їхньої різноманітності варто зібрати інформацію про них у таблицю.
| Група властивостей | Типи присадок | Призначення |
|---|---|---|
| Захист поверхонь деталей | Детергенти (миючі) | Захищають поверхні деталей від утворення відкладень на них |
| Дисперсанти | Запобігають осадженню продуктів зносу ДВЗ та деструкції олії (мінімізує утворення шламу) | |
| Протизносні та протизадирні | Знижують тертя та знос, запобігають схоплюванню та задираку. | |
| антикорозійні | Запобігають появі корозії деталей ДВЗ | |
| Перетворення властивостей олії | депресорні | Знижують температуру застигання. |
| Модифікатори в'язкості | Розширюють температурний діапазон застосування, підвищують індекс в'язкості | |
| Захист олії | Антипінні | Перешкоджають утворенню піни |
| Антиоксиданти | Запобігають окисленню олії |
Зміна деяких параметрів моторного масла з перерахованих у попередньому розділі безпосередньо впливає на роботу та стан ДВЗ автомобіля. Це можна відобразити у таблиці.
| Показник | Тенденція | Причина | Критичний параметр | На що впливає |
|---|---|---|---|---|
| в'язкість | збільшується | Продукти окиснення | Зростання у 1,5 раза | Пускові властивості |
| Температура застигання | збільшується | Вода та продукти окислення | Ні | Пускові властивості |
| лужне число | Знижується | Спрацювання миючих присадок | Зниження вдвічі | Корозія та зниження ресурсу деталей |
| зольність | збільшується | Лужні присадки | Ні | Поява відкладів, знос деталей |
| Механічні домішки | збільшується | Продукти зношування обладнання | Ні | Поява відкладів, знос деталей |
Правила підбору олії
Як зазначалося вище, вибір тієї чи іншої моторної олії повинен ґрунтуватися не тільки на показаннях в'язкості та допусках виробників авто. Крім цього, існує також три обов'язкові параметри, які потрібно враховувати:
- властивості мастильного матеріалу;
- умови експлуатації олії (режим роботи ДВС);
- конструкційні особливості ДВЗ.
На перший пункт багато в чому залежить те, якого типу олія — синтетика, напівсинтетика чи мінеральне. Бажано, щоб змащувальна рідина мала такі експлуатаційні характеристики:
- Високими миючими диспергуюче-стабілізуючими і солюбілізуючі властивості по відношенню до нерозчинних елементів, що знаходяться в маслі. Згадані характеристики дозволяють швидко та просто очищати поверхню робочих деталей ДВЗ від різних забруднень. Крім того, завдяки їм деталі простіше очищати від бруду під час їх демонтажу.
- Здатність нейтралізувати вплив кислот, тим самим запобігаючи надмірному зносу деталей ДВС і збільшуючи його загальний ресурс.
- Високі термічні та термоокислювальні властивості. Вони потрібні для того, щоб ефективно охолоджувати поршневі кільця і поршні.
- Невисока леткість, а також низька витрата олії на чад.
- Відсутність властивості утворювати піну у будь-якому стані, хоч у холодному, хоч у гарячому.
- Повна сумісність з матеріалами, з яких виконані ущільнювачі (зазвичай маслостійка гума), що використовуються в системі нейтралізації газів, а також в інших системах ДВЗ.
- Якісне змащування деталей ДВС у будь-яких, навіть критичних умовах (при морозі або перегріві).
- Здатність без проблем прокачуватись через елементи системи мастила. Це не тільки забезпечує надійний захист елементів ДВЗ, але й полегшує запуск ДВЗ в мороз.
- Не вступ у хімічні реакції з металевими та гумовими елементами ДВС при його довгому простої без роботи.
Перераховані показники якості моторної олії найчастіше є критичними, і якщо їх значення будуть нижчими за норму, то це загрожує недостатнім змащуванням окремих деталей ДВЗ, їх надмірним зносом, перегріванням, а це зазвичай призводить до зниження ресурсу як окремих частин, так і ДВЗ в цілому .
будь-який автоаматор повинен періодично стежити за рівнем моторного масла в картері, а також за його станом, оскільки від цього залежить нормальна робота ДВС. Що ж до вибору, його слід виконувати, спираючись, насамперед, на рекомендації виробника ДВС. Ну, а наведена вище інформація про фізичні властивості та параметри мастил, напевно допоможуть вам зробити коректний вибір.
