Кинематическая вязкость и динамическая вязкость. В чём разница?
Вязкость – это важный параметр моторного масла. Именно вязкость масла определяет насколько быстро масло сможет прокачаться по масляным каналам к деталям двигателя и обеспечить их надлежащую смазку. Обозначают классы вязкости буквами и цифрами (соответствие SAE-сообщество автомобильных инженеров), например, 5W-40.
Так что же такое динамическая и кинематическая вязкость применительно к моторному маслу и в чём их различие?
Динамическая вязкость – характеризует силу сопротивления при перемещении одного слоя жидкости относительного другого. Применительно к моторному маслу динамическая вязкость говорит о способности масла создавать пленку необходимой толщины между трущимися деталями двигателя (например, поршень-цилиндр) и определяется при температуре 150оС, а также отвечает за его низкотемпературные свойства.
Кинематическая вязкость – показатель, который характеризует текучесть моторного масла. От значения кинематической вязкости зависит создание давления в масляной системе двигателя.
А теперь давайте разберёмся на конкретном примере и посмотрим на маркировку класса вязкости для всесезонного моторного масла, например, 5W-40.
Латинская буква «W» говорит нам о поведении масла при низких температурах окружающего воздуха, за что в большей степени отвечает динамическая вязкость. Чем ниже значение перед буквой «W», тем менее вязким является масло, тем меньше необходима нагрузка для проворачивания коленчатого вала двигателя и тем быстрее масло сможет прокачаться по масляным каналам к трущимся деталям двигателя.
Вторая цифра нам говорит о поведении масла при высоких температурах работы двигателя. В нашем случае цифра 40. При этом данная цифра не означает собой температуру, как полагают некоторые автолюбители, при которой можно использовать масло.
За поведение масла при высоких температурах отвечают как кинематическая, так и динамическая вязкость. Кинематическая вязкость – определяет прокачиваемость по масляным каналам при нормальных и высоких температурах, динамическая – толщину масляной пленки между трущимися деталями двигателя.
Чем ниже значение цифры после W, тем менее густым будет масло. Вот и получается, что с одной стороны масло быстро сможет прокачаться по масляным каналам, с другой – масляная пленка будет недостаточной толщины, что приведёт к повышенному износу. И наоборот, при высоком значении масло будет слишком вязким и не сможет прокачаться по масляным каналам, что приведёт к масляному голоданию и повышенному износу.
Поэтому очень важно — следовать рекомендациям автопроизводителей и выбирать масло соответствующего класса вязкости.
Покупая качественное моторное масло, вы можете быть уверенными, что его вязкость соответствует заявленным стандартам и спецификациям. Рекомендуем использовать проверенные временем смазочные материалы от компании «Роснефть».
Источник: ВК сообщество «Magnum», 24 августа 2022 года.
Вязкость моторных масел
Вязкость – это внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Вязкость является важным параметром, характеризующим текучесть жидкости и одним из основных показателей качества масел, влияющим на эксплуатационные характеристики автомобиля (расход топлива, надежность двигателя и его ресурс). По вязкости частично делается выбор масла для применения в конкретном случае в зависимости от температурного диапазона окружающей среды, при котором будет эксплуатироваться автомобиль.
Вязкость характеризуется двумя основными показателями – кинематической и динамической вязкостями. Кинематическая вязкость измеряется при помощи капиллярного вискозиметра при температуре 400С и 1000С в мм2/с или сантистоксах (сСт) и характеризует текучесть (прокачиваемость) моторного масла при нормальной и высокой температурах. Динамическая вязкость измеряется при помощи ротационных вискозиметров в Па*с (Паскаль*секунда) или Пуазах. Стандартные методы определения динамической вязкости можно разделить на две группы — низкотемпературная вязкость и высокотемпературная вязкость (с учетом температуры 1500С и давлении, создаваемом масляным насосом), определяемые в условиях близких к реальным условиям эксплуатации двигателя. Приборы имитируют реальные условия работы моторного масла.
Для обеспечения выбора масла необходимой вязкости «Обществом автомобильных инженеров США» составлены отдельные так называемые ряды вязкости масла. Эти фиксированные значения вязкости называются степенями (классами) вязкости.
В большинстве стран мира общепринятой служит классификация моторных масел по вязкости, установленная стандартом SAE J300 (Рис.1).
Численные значения степеней вязкости являются условными символами комплекса вязкостных свойств.
Классификация SAE J300 используется производителями силовых агрегатов для определения степеней вязкости моторных масел, пригодных для использования в их двигателях при различных температурных диапазонах окружающей среды.
Производители смазочных материалов используют данную классификацию при создании новых продуктов, их производстве и маркировке.
Стандарт SAE J300 описывает несколько классов вязкости: 6 зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) с буквой W (Winter) и 8 летних классов (8, 12, 16, 20, 30, 40, 50, 60).
Классы вязкости SAE помогают определить диапазон температур окружающей среды, при котором масло обеспечит нормальную работу двигателя – зимой при холодном пуске, его проворачивание стартером со скоростью, обеспечивающей успешный запуск и эффективное прокачивание масла насосом по смазочной системе ко всем парам трения, а также надежное смазывание при длительной работе в режимах максимальных скоростей и нагрузок – летом.
Сезонные (моновязкие) масла зимних классов вязкости различаются по максимальным значениям низкотемпературной динамической вязкости проворачиваемости и прокачиваемости и по минимальным значениям кинематической вязкости при 1000С. Уровень вязкости сезонных масел летнего ряда определяется значениями кинематической вязкости при 1000С и значением высокотемпературной динамической вязкости при 1500С и высокой скорости сдвига.
Всесезонные масла имеют в своем обозначении зимний и летний классы вязкости, например, SAE 0W-40. Масло, соответствующее данному классу, обладает вязкостными свойствами масла с зимним классом вязкости SAE 0W и вязкостными свойствами масла с летним классом вязкости SAE 40, т.е. оно остается достаточно текучим в момент холодного пуска зимой и обеспечивает быстрое поступление масла к трущимся поверхностям, предотвращая масляное голодание и повышенный износ деталей двигателя и, в тоже время, остается достаточно вязким при рабочих температурах, обеспечивая тем самым необходимую толщину масляной пленки для надежной защиты двигателя.
Требования производителей техники к допустимым температурам холодных запусков двигателя в зависимости от зимнего класса вязкости масла, могут отличаться от требований стандарта SAE J300. Поэтому для правильного выбора смазочного материала и необходимого класса вязкости, всегда нужно сверяться с руководством по эксплуатации автомобиля.
О вязкости масла (классификация SAE )
Для мотоных масел нормируются кинематическая и динамическая вязкость. Кинематическая вязкость – это мера сопротивления жидкости течению под действием силы тяжести при определенных температурах. Единица измерения – мм 2 /с (сСт – сентисток). Абсолютная вязкость – это произведение кинематической вязкости на плотность и измеряется в мПас (сП).
Измерение кинематической вязкости:
- низкая скорость сдвига;
- температура проведения испытаний – 40 и 100 о С;
- замер времени прохождения масла по каппиляру.
Для измерения динамической вязкости применяются ротационные вискозиметры. Принцип работы таких вискозиметров основан на измерении сопротивления вращению шпинделя, помещенного в масло.
- Имитатор холодного пуска (CCS – cold cranking stimulation). Возможность проворачивания коленвала двигателя при отрицательных температурах.
- Мини-ротационный вискозиметр (MRV). Возможность прокачивания масла при отрицательных температурах.
- Конический имитатор подшипника (HTHS). Возможность создания надежной масляной пленки в точке контакта поршневое кольцо-цилиндр.
Методы отличаются друг от друга размерами шпинделя, расстоянием между ротором и статором, скоростью вращения и скоростью сдвига.
Каким образом обеспечиваются одновременно хорошие низкотемпературные свойства и работа при высоких рабочих температурах двигателя? Это достигается путем повышения индекса вязкости (ИВ). ИВ – безразмерная величина, показывающая зависимость вязкости масла от температуры.
ИВ большинства минеральных масел от 0 до 100. У синтетитеских масел ИВ больше 120.
Для улучшения ИВ в масло добавляют модификатор вязкости (МВ). МВ – высокомолекулярные полимеры, которые сохраняют текучесть при низких температурах. При повышении температуры они раскрываются и сохраняют вязкость масла.
Такие масла имеют двойное обозначение. Например, 10W-30.
Преимущество всесезонных масел – круглогодичное применение.
- классификация SAE – это требования к вязкостным характеристикам маса. К качеству масла эта спецификация не имеет отношения;
- всесезонные масла – это масла двойное имеющие обозначение по SAE J 300 (например, SAE 10W-40);
- всесезонные масла предназначены для работы в большем диапазоне температур, чем сезонные.
В таблице 2 приведена сравнительная классификация вязкостей.
Классификация по вязкости. Степени вязкости SAE
Вязкость масла — это основной показатель качества, который является общим для всех масел. Для двигателя или любого другого механизма необходимо применять масла с оптимальной вязкостью, величина которой зависит от конструкции, режима работы и степени износа, температуры окружающей среды и других факторов. В настоящее время единственной признанной в зарубежных странах системой классификации автомобильных моторных масел является спецификация SAE J300. SAE — это аббревиатура Общества Автомобильных Инженеров США (Society of Automotive Engineers). Вязкость масла по этой системе выражается в условных единицах — степенях вязкости SAE (SAE Viscosity Grade — SAE VG). Численные значения степеней являются условными символами комплекса вязкостных свойств (см. табл. 3.1). В таблице указаны два ряда степеней вязкости: зимний — с буквой «W» (Winter), и летний — без буквенного обозначения. Сезонные (моновязкие) масла (single viscosity grade oils) зимнего ряда различаются по максимальным вязкостям низкотемпературной проворачиваемости и прокачиваемости, и по минимальной кинематической вязкости при 100°С. Степень вязкости сезонных масел летнего ряда определяется по минимальной и максимальной кинематическим вязкостям при 100°С, и по минимальной вязкости при 150°С и скорости сдвига 10^6 с^-1. Всесезонные масла (multiviscosity-grade oils) должны удовлетворять одновременно двум следующим критериям:
- Максимальным вязкостям низкотемпературной проворачиваемости и прокачиваемости со степенью зимнего ряда (W), и
- Максимальной и минимальной кинематическими вязкостями при 100°С и минимальной вязкости при 150°С и скорости сдвига 10^6 с^-1 в соответствии со степенью летнего ряда (без буквы W).
Классификация SAE J300 используется производителями двигателей для определения степеней вязкости моторных масел пригодных для использования в их двигателях и производителями масел при разработке новых составов, производстве и маркировке готовых продуктов. Стандартные ряды вязкости:
- зимний ряд: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W;
- летний ряд: SAE 20, 30, 40, 50, 60;
Всесезонные (multigrade) масла, состоят из комбинации зимнего и летнего ряда разделенные знаком «тире» (например, SAE 10W-40), другие виды записи являются неверными, и использование аббревиатуры SAE для них недопустимо (например SAE 10W/40 или SAE 10W40). Серия всесезонных масел: SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60.
Таблица 3.1. Степени вязкости SAE для моторных масел (SAE J300 APR97)
| Степень вязкости | Низкотемпературная вязкость | Высокотемпературная вязкость | |||
| Проворачиваемость | Прокачиваемость | Вязкость при 100° С, мм?/c | Вязкость при 150° C и скорости сдвига 10^6; с^-1; мПа с, не менее | ||
| Максимальная вязкость, мПа с | min | max | |||
| при темп. * | при темп. ** | ||||
| 0W | 3250 при -30°С | 60000 при — 40°С | 3,8 | ||
| 5W | 3500 при -25°С | 60000 при -35°С | 3,8 | ||
| 10W | 3500 при -20°С | 60000 при -30°С | 4,1 | ||
| 15W | 3500 при -15°С | 60000 при -25°С | 5,6 | ||
| 20W | 4500 при -10°С | 60000 при -20°С | 5,6 | ||
| 25W | 6000 при -5°С | 60000 при -15°С | 9,3 | ||
| 20 | 5,6 | 2,6 | |||
| 30 | 9,3 | 2,9 | |||
| 40 | 12,5 | 2,9*** | |||
| 40 | 12,5 | 3,7**** | |||
| 50 | 16,3 | 3,7 | |||
| 60 | 21,9 | 3,7 | |||
Примечания: 1 сСт = 1 мм?/с; * При запуске холодного двигателя, вязкость проворачивания, измеряется на вискозиметре CCS; ** В отсутствии напряжения сдвига, измеряется на вискозиметре MRV; *** Для масел SAE 0W-40, 5W-40 и 10W-40; **** Для масел SAE 40, 15W-40, 20W-40 и 25W-40.
Рис. 3.1. Зависимость вязкости моторного масла от температуры (сезонных SAE 10W и SAE 40 и всесезонного SAE 10W-40)
По спецификации SAE J300, вязкости масел определяются при условиях, близких к реальным. Летнее масло имеет достаточную вязкость, чтобы обеспечить надежное смазывание при высокой температуре, но оно слишком вязкое при низкой температуре, в результате чего при низкой температуре воздуха затрудняется пуск двигателя. Маловязкое зимнее масло облегчает холодный пуск двигателя при низкой температуре, но не обеспечивает его смазывание летом, когда температура масла в двигателе превышает 100°С. Именно по этим причинам наибольшее распространение сегодня получили всесезонные сорта масел, имеющие меньшую зависимость вязкости от температуры. Таким образом степень вязкости SAE помогает определить диапазон температуры окружающей среды, при котором масло обеспечит нормальную работу двигателя — его проворачивание стартером, прокачивание масла насосом по смазочной системе при холодном пуске и надежное смазывание летом при длительной работе в режиме максимальных скоростей и нагрузок.