Воскресенье, 16 июня 2019

Вязкость моторных масел по стандарту SAE J300

Вязкость - это одна из основных характеристик моторного масла, которая определяется по стандарту SAE J300. Областью применения данного стандарта является определение предельных значений для классификации моторных смазочных масел только в реологических терминах. Другие характеристики масел не рассматриваются или не включены. Напомним, что реология - это раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества. Это говорит о том, что любые попытки только на основании вязкости моторного масла определить его состав, эксплуатационные характеристики или применимость для конкретных двигателей является шарлатанством и недопустимы.

000018Стандарт SAE J300 регламентирует два блока свойств моторных масел - низкотемпературные и высокотемпературные вязкостные характеристики моторных масел.

Для определения низкотемпературных вязкостных характеристик моторного масла используются два теста:

  • ASTM D5293Cold Crank Simulator (CCS) или имитация холодного пуска. Данный метод определяет максимальную динамическую вязкость моторного масла, при которой обеспечивается гарантированный запуск двигателя штатными системами запуска при низких температурах. Вязкость определяется при температурах от -100С до -350С.
  • ASTM D4684Mini Rotary Viscometer (MRV) или тест на прокачиваемость. Этот метод назван по имени прибора, на котором проводится тест - вискозиметр. В этом методе определяется максимальная динамическая вязкость моторного масла, гарантирующая поступление масла во все пары трения в момент запуска двигателя. То есть, данный тест призван определить насколько будет безопасным тот самый холодных запуск двигателя, возможность которого определяет предыдущий тест. Так как перед запуском все моторное масло находится внизу в картере двигателя, то крайне важно, чтобы при запуске двигателя масло было как можно быстрее доставлено ко всем парам трения, в том числе и тем, которые находятся на самом верху двигателя. Вязкость определяется при температурах -150С до -400С.

Обратите внимание на то, что температура, при которой проводится тест на прокачивание моторного масла одного класса вязкости всегда на 5 градусов ниже, чем температура, при которой проводится имитация холодного пуска. Кроме того, необходимо отметить, что когда мы видим значения температур, при которых проводятся эти тесты, то должны понимать, что имеются в виду НЕ температуры окружающего воздуха, а непосредственно температуры моторного масла. А для того, чтобы температура моторного масла внутри двигателя достигла -350С необходимо, чтобы двигатель находился при температуре окружающего воздуха в -350С более двух суток.

Также следует обратить внимание на тот факт, что в перечне определяемых параметров при классификации по стандарту SAE J300 нет таких параметров, как температура застывания и температура потери текучести. Данные параметры довольно часто являются предметом различных дискуссий при попытке подбора моторного масла, но давайте попробуем разобраться, какие свойства моторного масла могут характеризовать эти два параметра.

Температура застывания моторного масла. Итак, давайте представим себе ситуацию, когда рядом стоят стакан и ведро с одним и тем же моторным маслом. Температура окружающего воздуха начинает постепенно снижаться. Моторное масло в стакане замерзнет значительно раньше, чем моторное масло в ведре, на поверхности которого будет ледяная корка, а внутри масло будет еще жидким. В обоих случаях масло будет замерзать при одной и той же температуре моторного масла, но для того, чтобы его температура снизилась до этой отметки время, проведенное моторным маслом при данной температуре окружающего воздуха, будет разным. Кроме того, сама по себе температура застывания моторного масла в двигателе не может принести потребителю какой-либо практической пользы, так как ему интересно не то, когда он гарантированно НЕ СМОЖЕТ завести двигатель, а то, когда он способен это сделать. Именно поэтому в стандарте SAE J300 не определяется температура застывания моторного масла. Вместо этого проводится тест имитирующий холодный запуск двигателя.

Температура потери текучести. Про данный параметр можно сказать ровно то же, что и про температуру застывания моторного масла. При одной и той же температуре окружающего воздуха моторное масло в трубке диаметром 5-6 мм и 20-30 мм потеряет текучесть за разное количество времени. Ну и безусловно можно повторить, что потребителю гораздо интереснее пределы, до которых масло гарантированно достигнет верхних пар трения, чем температура, при которой масло точно не сможет быть туда доставлено. Что и определяет использование в стандарте SAE J300 теста на прокачиваемость, в котором не рассматривается такой показатель как температура потери текучести.

Теперь перейдем к высокотемпературным вязкостным характеристикам моторного масла. Для их определения в стандарте SAE J300 также имеется два теста:

  • ASTM D445 – Кинематическая вязкость при 1000С. Метод определяет минимальную кинематическую вязкость моторного масла при температурах, близких к рабочим температурам двигателя. Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости к плотности среды. Измерение кинематической вязкости производится под действием силы тяжести в капиллярном вискозиметре. В процессе измеряется время вытекания из калиброванной емкости через отверстие определенного диаметра под действием силы тяжести. 
  • ASTM D5481 – High Temperature High Share (HTHS) или вязкость при высокой температуре (1500С) и высокой скорости сдвига (106с-1). Метод определяет минимальное значение динамической вязкости, при котором моторное масло гарантированно обеспечивает наличие масляной пленки на поверхностях движущихся деталей двигателя. По сути, в данном испытании происходит имитация реальных условий работы моторного масла в таких местах двигателя, как соединения гильзы цилиндра - поршневые кольца. Указанная скорость сдвига, которая реализуется вискозиметром, используемым в данном тесте, соответствует приблизительно 8000-9000 оборотов двигателя. Данный тест призван подтвердить тот факт, что при высокой температуре и высокой скорости сдвига масляная пленка будет существовать, не будет масляного голодания и повышенного износа движущихся частей двигателя. Параметр HTHS является крайне важным для классификации моторных масел по категории PC-11, причем для подкатегории API FA-4 он становится критически важным. Поскольку по данному параметру мы можем оценить баланс между защитой двигателя и максимальной топливной эффективностью. 

Ориентируясь на результаты описанных выше тестов стандарт SAE J300 описывает несколько классов вязкости, для каждого из которых указаны предельные значения параметров, определяемых в испытаниях. Классы вязкости сведены в приведенную таблицу. В ней присутствуют зимние классы вязкости, которые имеют в своем названии букву W и в таблице выделены синим цветом. Также имеются летние классы вязкости, которые отмечены в таблице красным цветом.

000019

Для каждого из зимних классов вязкости указана вязкость CCS в единицах системы Си - миллипаскалях в секунду (это соответствует сантипуазам - единицам, в которых измеряется динамическая вязкость в системе единиц СГС) при соответствующей температуре моторного масла. Принадлежность моторного масла к одному из зимних классов вязкости свидетельствует, что двигатель использующий данное моторное масло сможет завестись при данной температуре моторного масла.

Вязкость для теста MRV указана одна для всех зимних классов вязкости, но температура проведения теста различается для каждого класса.

Кроме того, для того, чтобы соответствовать одному из зимних классов вязкости моторное масло должно обладать определенной минимальной кинематической вязкостью при 1000С, значения указаны в единицах системы СИ - миллиметры квадратные на секунду (это соответствует сантистоксам - единицам, в которых измеряется кинематическая вязкость в системе единиц СГС). 

Для летних классов вязкости указано значение динамической вязкости в параметре HTHS, но тут речь идет, в отличии от максимального значения для зимних классов вязкости, о минимальном значении. При значении параметра HTHS ниже порогового возможно возникновение масляного голодания и повышенного износа частей двигателя.