что такое ccs у моторного масла
В наше время весь этот «богаж» народных способов смешался фантазиями креативщиков – авторов рекламы про умные молекулы в моторном масле и прочую чушь. Поэтому даже в среде продвинутых потребителей и инженеров существуют несколько не совсем верных представлений о том, что такое низкотемпературные свойство масел и какие из них наиболее важные. Так же не совсем очевидна связь между составом смазочных материалов и их качеством.
В этой статья я хотел разложить все по полочкам и помочь в выборе моторных масел для тех автовладельцев, кому в первую очередь требуется нормальный пуск двигателя при низких температурах.
Схема смазочной системы с мокрым картером: /— слив масла в поддон, // — подача масла в радиатор, /// — слив масла из радиатора в поддон, 1 — поддон блок-картера, 2 — маслозаборник, 3 — предохранительный клапан радиаторной секции насоса, 4 — редукционный клапан нагнетательной секции насоса, 5 — радиаторная секция насоса, 6—нагнетательная секция насоса, 7— перепускной клапан фильтра грубой очистки масла; 8—фильтр грубой очистки масла, 9—центробежный фильтр тонкой очистки масла,10— маслозаливная горловина, 11 — главная масляная магистраль, 12 — сливной клапан
Какие препятствия этому нормальному процессу может представить чрезмерно охладившееся моторное масло?
Таким образом от моторного масла требуется сразу три низкотемпературные характеристики.
Поскольку не всегда есть возможность выезжать в поля и тестировать новые рецептуры масел на реальных двигателях в условиях крайнего севера, инженеры разработали ряд тестов определяющих насколько хорошо масло справиться с холодным пуском.
имитатор холодного пуска CCS фирмы Canon
Второе испытание прокачиваемость на миниротационном вискозиметре MRV Испытание проводят при температуре на 5 °С ниже чем CCS что бы быть уверен в том, что масляный насос не будет качать воздух.
Ротационный вискозиметр MRV
Миноритарный вискозиметр — MRV, который связан с механизмом прокачиваемость масла, является измерением при низкой скорости сдвига. Устройство прибора практически не отличается от теста CCS, объект исследования все таже динамическая вязкость жидкостей, за исключением размеров ротора и скорости вращение. Особенность метода — медленная скорость охлаждения образца. Дело в том что масло при низких температурах становиться настолько сложной структурой что его кажущая вязкость зависит в том числе от так называемой тепловой истории. Тое есть при чем медленнее происходит охлаждение тем вязкость ниже
Следующий момент–производители масла снижают температура застывания благодаря присадке-депрессору. Суть работы этой присадки – она не дает парафину укрупняться, увеличивать плотность, создавая псевдокристаллические структуры. Снижения динамической вязкости CCS производители масел добиваются подбором нужного базового масла и полимера-загустителя. Поэтому температура застывания и низкотемпературная вязкость могут быть никак не связаны между собой. Более того чрезмерное увеличение депрессора в рецептуре масло, может приводить к увеличению вязкости CCS. Это значит, что на масле с очень низкой температурой застывания двигатель не заведётся, даже если температура воздуха будет на 10 градусов выше.
На этом в принципе можно было и закончить статью, но напоследок приведу некоторые интересные детали, которые также помогут в оценке низкотемпературных свойств масел.
Сравнение CCS масел
Готовимся к очередной смене масла. Вязкость по SAE. (многа букав)
SAE — классы вязкости моторных масел
В настоящее время единственной признанной в мире системой классификации моторных масел является спецификация SAE J300. SAE – Society of Automotive Engineers (Общество Автомобильных инженеров). В данной классификации указаны классы (грейды) вязкости.
В таблице указаны два ряда классов вязкости:
Зимние – с буквой W (Winter). Масла, удовлетворяющие этим категориям – маловязкие и применяются зимой – SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W
Летние – без буквенного обозначения. Масла, удовлетворяющие этим категориям – высоковязкие и применяются летом – SAE 20, 30, 40, 50, 60.
По спецификации SAE J300, вязкости масел определяются при условиях, близких к реальным. Летнее масло отличается высокой вязкостью, а соответственно, и высокой несущей способностью, что обеспечивает надежное смазывание при рабочих температурах, но оно слишком вязкое при отрицательных температурах, в результате чего у потребителя возникают проблемы с запуском двигателя. Маловязкое зимнее масло облегчает холодный пуск двигателя при отрицательных температурах, но не обеспечивает надежное смазывание летом. Именно поэтому в настоящий момент наибольшее распространение получили всесезонные масла, которые применяются и зимой и летом.
Обозначаются такие масла комбинацией зимнего и летнего ряда:
5W-30
10W-40
Всесезонные масла должны удовлетворять одновременно двум критериям:
— не превышать значения низкотемпературных характеристик динамической вязкости (CCS и MRV)
— удовлетворять требованиям по рабочей кинематической вязкости при 100 оС
Показатели низкотемпературных свойств
Проворачиваемость (определяется на имитаторе холодного пуска CCS) – критерий низкотемпературной текучести. Представляет собой максимальную допустимую динамическую вязкость моторного масла при запуске холодного двигателя, которая обеспечивает проворачиваемость коленчатого вала со скоростью, необходимой для успешного запуска двигателя.
Прокачиваемость (определяется на миниротационном визкозиметре MRV) – определяется на 5 оС ниже для гарантии того, что масляный насос не будет засасывать воздух. Выражается значением динамической вязкости при температуре конкретного класса. Не должна превышать величину в размере 60 000 мПа*с, обеспечивающей прокачивание по масляной системе
Показатели высокотемпературной вязкости
Кинематическая вязкость при температуре 100 оС. Для всесезонных масел данная величина должна находится в определенных диапазонах. Уменьшение вязкости ведет к преждевременному износу трущихся поверхностей – подшипников коленвала и распредвала, кривошипно-шатунного механизма. Увеличение вязкости приводит к масляному голоданию и как следствие также преждевременному износу и выходу двигателя из строя.
Динамическая вязкость HTHS (High Temperature High Shear) — с помощью данного испытания измеряется стабильность вязкостной характеристики масла в экстремальных условиях, при очень высокой температуре. Является одним из критериев определения энергосберегающих свойств моторного масла.
взято на www.tnk-oil.ru/
ps
В качестве бонуса — вспомним старую добрую жигулевскую минералку — всесезонку.
означает
М-моторное
6 — вязкость при минусе (соответствует по таблице — 20W)
з — загущеное (обычно все говорили «шесть-три» правильно говорить «шесть зэ»)
12 — вязкость при +100 = 40 по таблице
Г1 — Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масла, образованию отложений всех видов и коррозии (текст — по ГОСТу :))
И — в конце — пакет Импортных присадок! :))
Вязкость моторного масла
Главная задача моторного масла – не допустить сухого трения движущихся деталей двигателя (заменить его гидродинамическим, т.е. жидкостным), а также обеспечить минимальную силу трения при максимальной герметичности рабочих цилиндров. Молекулы жидких тел при перемещении также вызывают трение, это сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой и называется вязкостью.
Вязкость масла является показателем смазывающих свойств, так как именно от вязкости масла зависит качество смазывания, распределение масла на парах трения и, тем самым, износ деталей. Кроме того, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя.
На определение вязкости моторного масла влияют два основных фактора — температура и скорость сдвига. Чистое базовое масло является т.н. ньютоновской жидкостью, т.е. его параметры линейно зависимы — при определенной температуре и давлении оно будет иметь определенную вязкость. Так, при повышении давления, уменьшается объем и усиливается взаимное притяжение молекул и увеличивается сопротивление течению, вязкость масла увеличивается. При повышении температуры процесс прямо противоположный — вязкость уменьшается.
Создать смазочный материал, который способен сохранять весь спектр свойств неизменно в огромном диапазоне температур практически невозможно. При низких температурах масло становится более густым, при высоких, наоборот, более текучим.
Важно понимать, что температура прогретого двигателя нестабильна. Датчик температуры на приборной панели автомобиля показывает температуру антифриза, которая, остается практически неизменной при правильной работе системы охлаждения двигателя. Однако температура моторного масла может достигать 140 – 150 градусов.
Исходя из этого, для каждого отдельно взятого двигателя автопроизводитель определяет компромиссные оптимальные параметры моторного масла и самый главный из них — это вязкость.
При низкой температуре и высоком давлении вязкость масла, например, в зацеплении шестерен, может увеличиться настолько, что масло станет твердой пластичной массой. В трансмиссии это явление оказывает определенное положительное действие, так как масло в пластичном состоянии не вытекает из зазора сопряженных поверхностей и уменьшает влияние ударных нагрузок на детали.
Однако, в современные всесезонные масла, зачастую, добавляют полимерные загустители — модификаторы вязкости. При повышении температуры они расширяются, увеличивая тем самым вязкость, а при снижении — сжимаются, снижая ее.
Быстрое скольжение поверхностей трения вызывает высокую скорость течения масла в узких зазорах и проявляется высокая деформация сдвига, которая вызывает деструкцию молекул полимеров (загустителей), которые входят в состав масла. При высокой скорости сдвига они могут сжиматься, что приводит к снижению вязкости, хотя их основная задача — увеличивать вязкость при высоких температурах. При сравнительно небольшой деформации сдвига, полимерные молекулы только раскручиваются, а после снятия напряжения, со временем, могут восстановить свою конфигурацию и вязкость. Такое снижение вязкости называется временным. Именно из-за этого явления сообщество автомобильных инженеров и ввело параметр HTHS, о котором мы поговорим далее.
Кинематическая вязкость
Кинематическая вязкость — это отношение динамической вязкости к плотности. Этот параметр показывает его текучесть при нормальной и высокой температуре и низкой скорости сдвига. Показатель выражается в сантиСтоксах (1 сСт=1 мм 2 /с).
Для замера показателя используется стеклянный вискозиметр.
Индекс вязкости
Индекс вязкости (ИВ, VI — Viscosity Index) — это величина, которая показывает, как сильно меняется вязкость масла в зависимости от температуры. Чем он выше, тем лучше. Однако нетипично высокий ИВ может свидетельствовать о большом вовлечении полимерного загустителя и невысоком качестве базы.
Невысокий индекс вязкости у минеральных базовых масел (у парафиновых — около 100, нафтеновых — 30-60, а у ароматических он может быть меньше нуля), более высоким ИВ обладают масла III группы, произведенные по технологии гидрокрекинга (от 120). Лидерами являются ПАО, у которых этот показатель может превышать ИВ 130, а у полиалкиленгликолей он может доходить до 150.
Динамическая вязкость
HTHS (High Temperature High Shear) — вязкость при высокой температуре и скорости сдвига
Интересно, что в отчете ASTM 1989 говорится, что 12 лет усилий, приложенных к разработке нового стандарта вязкости при высокой температуре и высокой скорости сдвига, не увенчались успехом. Если взглянуть на таблицу SAE J300, то можно увидеть, что для всесезонных и сезонных масел параметр HTHS разный: для SAE 40 он больше 3,7 мПа*с, а для, SAE 5W-40 он составляет не более 3,5 мПа*с. Однако, от текущих стандартов не отказались, так как рынок смазочных материалов ни одной поломки, связанной с параметром HTHS.
CCS (Cold Cranking Simulator)
Показатель динамической вязкости моторного масла, определяемый на имитаторе запуска холодного двигателя (Cold Cranking Simulator, CCS). Выражается в мПа*с. Чем он меньше, тем легче провернуть масло в цилиндро-поршневой группе.
MRV (Mini Rotation Viscometer)
Низкотемпературная динамическая вязкость, определяемая на миниротационном вискозиметре (Mini Rotary Viscometer). Этот показатель свидетельствует о том, сможет ли маслонасос прокачать загустевшее масло. Измеряется в мПас*с.
Расшифровка маркировки моторных масел: что значат цифры?
Вышеперечисленные параметры (кинематическая вязкость, CCS, MRV и HTHS) используются для классификации моторных масел по стандарту SAE J300. Согласно нему, автомобильные масла делятся на:
Расшифровать надпись можно по этой таблице.
Какую выбрать вязкость масла?
Заливать нужно масло именно той вязкости, которую рекомендует производитель автомобиля. Более густое, чем необходимо (как и менее вязкое) приведет к ускоренному износу деталей двигателя.
Нужно понимать, что автопроизводители рассчитывают зазоры в двигателе именно под рабочие температуры (для большинства моторов 100-150 градусов), специально заставляя двигатель работать при повышенных нагрузках. Именно поэтому более вязкое холодное масло помогает двигателю быстрее прогреться.
Вязкость моторного масла
Вязкость моторного масла определяет его текучесть при определенной температуре. Масла с низкой вязкостью имеют водоподобную консистенцию и хорошую текучесть при низких температурах, в отличии от более густых масел, которые имеют медоподобную консистенцию. Жидкие масла хороши для облегчения запуска в холодную погоду и снижения трения, и, как следствие, расхода топлива, а густые — для поддержания прочности масляной пленки и давления при высоких температурах и нагрузках.
Как оценивается вязкость масел?
Общество инженеров автомобильной промышленности (Society of Automotive Engineers, SAE) разработало шкалу для моторных и трансмиссионных масел.
Вязкость обозначается как «XW-XX». Число, предшествующее букве «W», оценивает текучесть масла при 0 градусов по Фаренгейту (-17,8 градусов по Цельсию). Буква W означает «Зима (Winter)», а не вес, как думают многие. Чем ниже число здесь, тем меньше оно густеет на морозе. Таким образом, моторное масло с вязкостью 5W-30 густеет на морозе меньше, чем 10W-30, но больше, чем 0W-30. Двигатель в более холодном климате, где моторное масло имеет тенденцию густеть из-за более низких температур, выиграл бы от вязкости 0 или 5 Вт. Автомобилю в Долине Смерти понадобится большее число, чтобы масло не истончалось слишком сильно.
Второе число после «W» указывает на вязкость масла, измеренную при 212 градусах по Фаренгейту (100 градусов по Цельсию). Это число отражает устойчивость масла к истончению при высоких температурах. Например, масло 10W-30 будет разжижаться при более высоких температурах быстрее, чем 10W-40.
Моноградные масла, такие как SAE 30, 40 или 50, больше не используются в новейших автомобильных двигателях, но могут потребоваться для использования в некоторых старых двигателях. Масло SAE 30 часто применяется для небольших двигателей с воздушным охлаждением в газонокосилках, садовых тракторах, переносных генераторах и бензопилах.
На что влияет вязкость моторного масла
Что такое «вязкость»?
Вязкость — это свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении ее слоев под действием внешней силы. Это свойство является следствием трения, возникающего между молекулами жидкости. От вязкости масла зависит его способность обеспечивать гидродинамическое трение в подшипниках. Вязкость масла влияет на изнашивание шеек коленчатого вала и вкладышей подшипников. От вязкости масла зависит количество отводимой от узла трения теплоты. Чем меньше вязкость, тем лучше охлаждается подшипник, так как через него прокачивается больше масла, а следовательно, и больше теплоты отводится вместе с ним из зоны трения.
Кинематическая вязкость
Кинематическая вязкость моторного масла показывает его текучесть при нормальной (40°C) и высокой (100°C) температуре. Для замера используют стеклянный вискозиметр: засекают время, за которое масло стекает по капиляру при заданной температуре. Единица измерения — мм 2 / с.
Индекс вязкости
Индекс вязкости (ИВ, Viscosity Index, VI) — это показатель, характеризующий изменение вязкости моторного масла в зависимости от температуры. Индекс вычисляется с помощью значений кинематической вязкости при 40 и 100 градусах Цельсия. Чем выше этот показатель, тем меньше масло теряет вязкость при изменении температуры и тем большим диапазоном рабочих температур оно обладает. Высокий индекс вязкости обеспечивается использованием полимерных загустителей и высококачественных базовых масел (чем выше группа БМ, тем выше индекс).
Динамическая вязкость
Динамическая вязкость – это уровень сопротивления на разном расстоянии при движении жидкости на определенной скорости. Измерения данного уровня вязкости происходит на специальных машинах, которые имитируют процесс работы масла в реальных условиях.
CCS (Cold Cranking Simulator)
Динамическая вязкость, показывающая возможность проворачивания коленвала двигателя при отрицательных температурах. Определяется на имитаторе холодного пуска. Метод измерения — ASTM D 2602, DIN 51 377.
MRV (Mini Rotary Viscometer)
Испытание проводится на миниротационном вискозиметре при температуре на 5 °С ниже, чем CCS, чтобы была уверенность в том, что масляный насос не будет качать воздух. Показатель говорит о том, сможет ли маслонасос прокачать загустевшее масло. Метод измерения — ASTM D 3829.
HTHS (High Temperature High Shear)
Вязкость моторного масла зависит от большого количества внешних факторов, таких как давление, температура и скорость сдвига. HTHS определяет вязкость моторного масла при высокой температуре и высокой скорости сдвига (метод измерения — ASTM D4683).
Скорость сдвига — это интенсивность изменения скорости одного слоя потока относительно второго. Величина выражается во взаимно обратных секундах [1/s]. В двигателе моторное заполняет зазоры между двумя поверхностями, которые двигаются с большой скоростью относительно друг друга (например, поршень и цилиндр). При этом процессе происходит скольжение слоев жидкости (моторного масла).
Синтетические базовые масла достаточно жидкие. Они обеспечивают отличные показатели при низких температурах, но сильно разжижаются при высоких. Поэтому, от сильного разжижения при рабочей температуре в современные всесезонные моторные масла добавляют полимерные модификаторы вязкости, которые при изменении температуры сжимаются/расширяются, доводя характеристики базовых масел до требуемых значений. Само по себе масло является ньютоновской жидкостью, т.е его характеристики линейно зависимы. Однако, при добавлении модификаторов вязкости моторное масло перестает вести себя как ньютоновская жидкость. При высокой скорости сдвига полимеры выстраиваются в направлении потока и сжимаются, что приводит к разжижению масла. Кроме того, некоторые полимеры при высокой скорости сдвига просто разрушаются (звездообразные — меньше, линейные — больше), а характеристики текучести таких жидкостей несколько теряют «линейность» в зависимости от температуры.
Озаботившись этой проблемой, инженеры решили ввести параметр, который бы показывал вязкость масла в динамических условиях. Так было введено понятие HTHS (high temperature high shear).
Параметр HTHS определяет вязкость масла при высокой температуре (150°C) и высокой скорости сдвига 106 с-1, т.е в условиях, приближенных к работе двигателя. Измеряется в мПа*с. Определяется на коническом имитаторе подшипника.
Таким образом, чем выше параметр HTHS, тем гуще масло и толще масляная пленка.
Стоит заметить, что в отчете Американского общества испытаний и материалов (ASTM) 1989 года говорится, что его 12-летние усилия по разработке нового стандарта для высоких температур и высокого сдвига (HTHS) не увенчались успехом. Ссылаясь на SAE J300, основу действующих стандартов классификации, в отчете говорится:
Быстрый рост неньютоновских универсальных масел сделал кинематическую вязкость практически бесполезным параметром для характеристики «реальной» вязкости в критических зонах двигателя. Есть те, кто разочарован тем, что двенадцатилетние усилия не привели к переопределению документации по классификации вязкости моторных масел SAE J300, чтобы выразить высокотемпературную вязкость различных классов. По мнению автора, это переопределение не произошло, потому что рынок автомобильных смазочных материалов не знает ни одного полевого отказа, однозначно связанного с недостаточной вязкостью масла HTHS.
Что же лучше, резонно задаст вопрос рядовой потребитель. Ответа на этот вопрос не существует, так как он задан неверно. Вязкость моторного масла подбирается инженерами в зависимости от зазоров между деталями ДВС именно под рабочие температуры (для большинства моторов 100-150 градусов), специально заставляя двигатель работать при повышенных нагрузках. Именно поэтому более вязкое холодное масло помогает двигателю быстрее прогреться.
Если залить масло гуще, чем необходимо, маслонасос может просто не протолкнуть смазку в нужные полости, что приведет к клину (многим автомобилистам знакомо выражение «провернуло вкладыши»). И наоборот, слишком жидкое масло не создаст требуемой толщины пленку, что приведет к тем же последствиям.
Бытует мнение, что новейшие жидкие масла с низким HTHS и вязкостью 0w-16, 0w-20 приводят к ускоренному износу двигателя. Это заблуждение. Такие масла содержат большое количество противоизносных и противозадирных присадок (на основе молибдена, цинка и др.), которые исключают трение «металл-металл». Результаты лабораторных тестов отработок доказывают это. Однако, стоит заметить, что использовать эти масла можно только в тех двигателях и в тех режимах эксплутации, для которых они предназначены.
Интересный факт. В 1997 году научно-исследовательским центром Toyota было проведено исследование влияния вязкости HTHS на износ деталей ЦПГ при работе в разных температурных режимах. Масла проверялись на двигателе Toyota 1.6 DOHC. Исследование показало, что при использовании масел с HTHS ниже 2.4 мПа-С и при температуре масла 90 °С износ поршневых колес увеличивается только в том случае, если обороты двигателя превышают 5000 об/мин. А вот при температуре масла 130 °С резкое усиление износа поршневых колец происходит при использовании масла с HTHS от 2.6 мПа-С, начиная с 2000 об/мин, в то время как масла с вязкостью HTHS от 3 мПа-С и выше продолжают защищать кольца даже при такой высокой температуре.
Расшифровка вязкости моторного масла
Вопросы и ответы
Как определить вязкость моторного масла?
Посмотрите на маркировку. Надпись формата SAE xW-x0 (например, 0W-20, 5W-30, 10W-40) расскажет о классе вязкости. Первая часть отвечает за низкотемпературные показатели, вторая — за высокотемпературные. Чем меньше цифра перед W, тем лучше текучесть моторного масла в морозы и ниже температура возможного холодного старта. Чем больше цифра после дефиса, тем выше вязкость масла при высоких температурах.
Какая вязкость моторного масла лучше?
Та, которая рекомендована производителем вашего автомобиля. При отрицательных температурах лучше использовать маловязкие масла, при высоких — более вязкие. Но не рекомендуется выходить за рамки, установленные производителем. Это приведет к ускоренному износу деталей двигателя. Например, если производитель разрешает использовать масла как 0W-20, так и 5W-30, то в условиях сильных морозов и недостаточных прогревов лучше использовать первый вариант, а в условиях жары — более вязкий второй.
Можно ли смешивать моторные масла одинаковой вязкости?
Да, современные масла отлично смешиваются друг с другом. Единственное условие — не понижайте класс качества. Например, если для двигателя вашего автомобиля рекомендовано масло не ниже класса API SN, не стоит его смешивать с маслом API SG.