Теория смазывания
Трение является одной из самых главных причин процесса изнашивания. Изнашивается наша одежда из-за носки и стирки (вещи трутся друг об друга в барабане стиральной машины), становятся ветхими страницы журналов и книг, которые мы часто перечитываем. Совершенно логично, что также изнашиваются детали машин и механизов.
Для снижения трения применяются смазочные материалы, которые наносят на поверхности трения. Одной из основных функций любого смазочного материала является смазывание сопряженный поверхностей деталей для снижения трения и износа.
Если наполнить емкость моторным маслом, а затем наклонить ее, то масло будет вытекать из емкости с какой-то скоростью. Чем гуще масло, тем медленне оно будет вытекать из емкости. Таким образом, вязкость характеризует текучесть масла. Чем масло гуще, тем вязкость масла будет больше. И наоборот, чем масло более жидкое, тем его вязкость ниже.
Вязкость является свойством жидкости или газа оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.
Жидкостное трение (внутреннее трение) является единственным источником трения между двумя твердыми поверхностями (например, деталей), разделенными слоем/пленкой жидкости.
Благодаря внутреннему трению образуется масляный клин вследствие нагнетания масла в зазор между валом и корпусом подшипника. Чем выше вязкость масла, тем гуще и плотнее масляная пленка, тем надежней смазывание, однако тем больше потери мощности двигателя на преодоление внутреннего трения внутри жидкости.
Многие автоваледельцы знакомы с эффектом густого масла в двигателе после длинной морозной ночи, а также знают, что после прогрева двигателя масло легко стекает со щупа и становится более подвижным. При повышении температуры выше 0ºС масло начинает разжижаться, а при понижении температуры ниже 0ºС масло начинает загустевать и становится более вязким.
Диапазон рабочих температур моторного масла очень широк: от -40 до+300 ºС.
Для правильного подбора масла необходимой вязкости необходим прицип. Данный принцип описан международной классификацией моторных масел по вязкости SAE (Society of Automotive Engineers) в стандарте J300 DEC99.
Классификация SAE содержит 11 классов: из них 6 – зимние масла (SAE 0W,5W,10W,15W,20W,25W) и 5 – летние (SAE 20,30,40,50,60). Всесезонные масла имеют двойное обозначение, причем класс, указываемый первым, как например 0W-40, 5w-30 дает зимнюю характеристику и указывает на зимний класс вязкости, а второй – летнюю SAE 0W-40; SAE 10W-40; SAE 20W-50 и указывает на летний класс вязкости.
Характеристику зимних масел определяют два максимальных значения низкотемпературной вязкости и нижний предел кинематической вязкости при 100°С. Летние масла характеризуются пределами кинематической вязкости при 100°С, а также минимальными значениями динамической вязкости при 150°С и градиенте скорости сдвига 106 с-1
Чем ниже действительные значения низкотемпературной вязкости, тем большим запасом низкотемпературных свойств обладает масло, тем более легким запуском и легкой работой будет обеспечен двигатель при низких температурах.
Всесезонные масла отвечают требованиям к одному из зимних и к одному из летних масел, то есть имеют очень пологую зависимость вязкости от температуры (высокий индекс вязкости). Индекс вязкости – это безразмерная величина, рассчитываемая по значениям кинематической вязкости при 40°С и 100°С. Для сезонных (зимних и летних) масел, полученных из нефти благоприятного состава путем глубокой очистки масляных фракций, характерные значения индекса вязкости составляют порядка 85-100. Всесезонные загущенные масла, содержащие присадки-модификаторы вязкости, имеют индекс вязкости 130-160 и более.
На рисунке показаны вязкостно-температурные зависимости двух сезонных и всесезонного масла.
Летнее масло имеет достаточную вязкость, чтобы обеспечить надежное смазывание при высокой температуре, но при температурах ниже 0°С оно становится слишком вязким.
Зимнее масло обеспечит холодный пуск при низкой температуре, но для летней эксплуатации, когда температура масла в картере достигнет 90-100°С, оно явно непригодно.
А вот всесезонное масло 5w-30, получаемое загущением маловязкого базового масла до вязкости при 100°С, типичной для летнего масла, работоспособно во всем диапазоне.
Почему классификация SAE предусматривает два метода измерения вязкости масел и при двух разных отрицательных температурах для одного и того же класса?
В первой слева колонке таблицы дается результат измерения вязкости на приборе, имитирующем поведение масла в смазываемых узлах при холодном пуске двигателя от стартера (CCS) .
Во второй слева колонке – на приборе, имитирующем поведение масла в картере и маслоприемнике после длительного охлаждения двигателя (MRV). Эта характеристика прокачиваемости масла по смазочной системе гарантия того, что при пуске не будет падения давления масла и сухого трения. Именно поэтому характеристику прокачиваемости определяют при более низкой температуре (на 5°С для каждого класса).
Диапазоны температуры окружающей среды, в которых применимы масла тех или иных классов SAE, зависят от конструкции двигателей, устройства и гидравлических характеристик смазочных систем, мощности пусковых агрегатов и других факторов.
Применение излишне вязких масел (5w-50; 10w-60; 20w-50) увеличивает потери на трение, повышает расход топлива, затрудняет холодный пуск двигателя. Применение недостаточно вязких масел увеличивает износ трущихся деталей и расход масла на угар, затрудняет выполнение норм по токсичным выбросам с отработавшими газами.
Поэтому, при выборе моторных масел для конкретных марок автомобилей, работающих в данных климатических условиях, следует руководствоваться рекомендациями изготовителей техники, учитывая однако, что некоторые модели автомобилей разработаны с учетом требований рынков, отличающихся мягкими климатическими условиями, как например рынок Австралии, Америки или рынков Азии, и в рекомендациях вполне может отсутствовать класс вязкости, способствующий запуску двигателя при температурах ниже минус 30 °С.