Что нужно знать о вязкости моторного масла

Когда дело доходит до выбора моторного масла, например, для его регламентной замены, мнения даже бывалых автомобилистов в большинстве случаев расходятся. На поверку оказывается, что далеко не для всех вязкость, основной параметр масла, является очевидным с точки зрения его эксплуатационных свойств.

Действительно, вряд ли вы сможете услышать от продавцов, работников сервисных центров и СТО, рядовых владельцев транспортных средств мнение о том или ином ММ, которое бы было абсолютно идентичным.

На самом деле, хотя вязкость и является достаточно абстрактным понятием, оно имеет вполне конкретные физико-химические свойства, на основании которых и выстроена принятая система классификации моторных масел. Об этом и пойдёт речь в данном материале.

Определение вязкости масла

О том, что любой смазочный материал должен препятствовать такому явлению, как сухое трение между движущимися и соприкасающимися деталями, знают даже школьники. В отношении автомобильного двигателя задача масла соответствующая – уменьшить силу трения в цилиндропоршневой группе при обеспечении максимальной герметичности цилиндров. Решение этой задачи не выглядит тривиальным, поскольку силовой агрегат вынужден работать в очень широком температурном диапазоне, от минусовых (холодный двигатель, пуск зимой) до плюс 300ºС – такой режим характерен для некоторых узлов прогретого мотора.

Отметим, что многие водители убеждены, что та температура, которая отображается на шкале прибора, измеряет температуру самого двигателя. Это, конечно же, заблуждение – датчик измеряет только температуру тосола. А она действительно на прогретом моторе практически одинакова во всём контуре и составляет примерно 90 градусов. Узлы же силового агрегата греются по-разному. Соответственно, и температура моторного масла тоже «гуляет», причём в достаточно широких пределах, доходя до значений порядка 150ºС.

А поскольку современные двигатели представляют собой достаточно сложную конструкцию, их производители рекомендуют использовать смазочные жидкости с вполне определёнными эксплуатационными характеристиками. Именно они обеспечивают максимально возможный КПД двигателя за счёт уменьшения силы трения, способствуя снижению износа трущихся деталей при среднестатистических нагрузках на мотор.

И важнейшей из этих характеристик является вязкость ММ. Самое простое и понятное определение вязкости следующее: это способность масла сохранять свою текучесть в заданных условиях работы, оставаясь на поверхности трущихся деталей. Добиться этого не сложно, если бы не динамически изменяемый температурный режим: на непрогретом двигателе он один, при работе в штатном режиме – другой – при повышенных нагрузках – третий.

Понятно, что изобрести некий универсальный состав, который бы одинаково хорошо работал независимо от внешних условий, невозможно.

А чтобы и автопроизводители, и потребители имели возможность как-то оценивать вязкость конкретных масел, Ассоциация автоинженеров США (SAE) разработала и внедрила классификацию ММ по их вязкости, в соответствии с определёнными температурными режимами работы. Другими словами, классификация упрощает выбор масла в зависимости от предпочтительного режима эксплуатации автомобиля.

У многих водителей вызывает затруднение расшифровка вязкости масла, указываемая на маркировке смазочных жидкостей для мотора в соответствии с классификацией по SAE. Как правило она начинается с одной или двух цифр, за которыми следует буква W, а через тире следует ещё одна пара цифр.

Рассмотрим на простом и доступном уровне, что означают эти цифры в отношении вязкости масла. То, что стоит до буквы W – так называемая низкотемпературная вязкость, указывающая на возможность запуска мотора при определённой отрицательной температуре (вычислить её можно, отняв от указанной цифры значение 40). То есть 5W обозначает, что такая жидкость обеспечивает беспроблемный пуск двигателя при температуре не ниже минус 40 градусов.

Отметим, что данный показатель касается только нижнего порога температур для холодного мотора, не влияя на рабочие характеристики масла, используемого на горячем силовом агрегате. Но опять же, производители масел рассчитывают этот параметр на основании испытаний на конкретных моторах, поэтому он является, так сказать, усреднённым. В действительности всё зависит от конкретного мотора, поэтому ориентироваться нужно на рекомендации автопроизводителя, а не на маркировку. Отметим, что, если в конкретном регионе максимальные морозы не превышают -20°С, можно использовать ММ с практически любым префиксом, поскольку масла с индексом, большим 20W, встречаются на рынке очень редко.

Вторая группа цифр указывает на высокотемпературный показатель вязкости, однако здесь нет прямой зависимости от температуры. Он обозначает некий обобщённый параметр, характеризующий минимальную/максимальную вязкость ММ при функционировании в рабочем диапазоне температур (а это в среднем 100-150 градусов). Чем выше этот показатель, тем больше вязкость масла при работе в более высоком температурном режиме. А слишком жидкое масло не сможет обеспечить выполнение своих непосредственных обязанностей – смазывать трущиеся поверхности. Так что интерпретация второго пары цифр даже среди специалистов вызывает определённые разногласия, и совет придерживаться рекомендаций автопроизводителей здесь ещё более актуален.

Основные параметры вязкости

Существует ещё одно заблуждение среди немалой части автолюбителей. Связано оно также с трактовкой обозначения масла согласно классификации SAE. Так вот, многие водители убеждены, что если в наименовании присутствует буква W, то это всесезонный продукт, по аналогии с шинами, и что существуют также чисто зимние и летние смазочные жидкости. Как мы уже отмечали, в действительности каждое масло характеризуется парой значений, которые работают независимо друг от друга. Встретить в продаже ММ без буквы W практически невозможно, хотя теоретически стандартом это допускается.

Рассмотрим, как определить вязкость моторного масла на примере всех определяющих его характеристики параметров.

Низкотемпературная вязкость

Она указывает на «прокачиваемость» жидкости по магистрали при определённой отрицательной температуры. По-другому этот параметр называет «проворачиваемостью», то есть способностью проворачивать коленвал для запуска мотора. Если температура воздуха будет ниже расчётного параметра, масло загустеет до такого состояния, что стартер просто не справится со своей задачей.

Но просто проворачивания коленвала мало: нужно, чтобы при отрицательных температурах сохранялась текучесть жидкости, достаточная для быстрого заполнения магистрали системы смазки. Считается, что в маркировке масла указывается цифра, соответствующая оптимальному значению прокачиваемости. То есть 0W обозначает, что такое масло при минус 40 градусах будет прокачиваться по системе максимально быстро. Проворачиваемость же обеспечивается при температурах, на 5 градусов более высоких, то есть пуск холодного двигателя будет менее тяжёлым при минус 35 градусах.

Согласно классификации SAE, существует шесть градаций низкотемпературной («зимней») вязкости, от 0W до 25W.

Высокотемпературная вязкость

Степень вязкости моторного масла, указываемая после буквенного индекса, к температуре внешней среды отношения не имеет. Независимо от того, мороз на улице или 40-градусная жара, этот параметр рассчитан на более экстремальные температуры, характерные для внутренних поверхностей силового агрегата. И если вы где-нибудь на просторах интернета встретите утверждение, что масло 5W50 подходит для жарких регионов, а 5W20 – для зон с умеренным климатом, это очевидная чушь.

Другими словами, сам термин «летнее масло» является некорректным, поскольку речь идёт о вязкости в достаточно широком диапазоне температур, характерном для прогретого двигателя. В действительности эти цифры указывают на показатели динамической/кинематической вязкости, замеряемые во время испытаний при температурах 40/100/150 градусов.

Под кинематической вязкостью понимают плотность масла при температурах 40-100°С. Чем ниже КВ, тем менее густой будет смазывающая жидкость.

Динамическая вязкость трактуется совершенно иначе: это показатель уровня сопротивления двух масляных поверхностей, передвигающихся друг относительно друга со скоростью 1 сантиметр/секунду, находясь на расстоянии в 1 сантиметр друг от друга, при площади соприкасаемой поверхности 1 см2.

Этот показатель рассчитывается посредством использования специального оборудования (ротационных вискозиметров) и отображает степень сопротивляемости при перемещении соприкасающихся слоёв жидкости. Он не имеет отношения к плотности.

Ещё один вопрос, вызывающий затруднения в понимании – в каких единицах измеряется вязкость масла. Действительно, если для низкотемпературной и динамической вязкости используется стандартная единица – мПа*с, то кинематическую принято измерять в мм2/с. Впрочем, это уже сугубо технические детали. Говоря общими словами, высокотемпературная вязкость позволяет определить толщину и прочность масляной плёнки, образующейся в зазорах между трущимися поверхностями узлов силового агрегата.

Согласно классификации SAE, существует пять градаций высокотемпературной вязкости, от 20 до 60 с шагом 10.

Индекс вязкости

В число параметров, определяющих свойства ММ, входит и индекс вязкости масла, который зачастую даже специалистами не принимается во внимание.

Между тем это важная характеристика, указывающая на оптимальный диапазон рабочих температур, в котором все вышеуказанные параметры вязкости остаются на уровне, достаточном для нормального функционирования силового агрегата. Более высокий индекс вязкости указывает на то, что смазочная жидкость является более качественной.

Особо следует отметить, что ИВ никоим образом не связан с вязкостью, определяемой по классификатору SAE. Он определяется, исходя из состава базовой смеси. В частности, для масел на минеральной основе индекс вязкости находится в диапазоне 85-100 единиц, для полусинтетики он варьируется в пределах 120-140 единиц, чистая синтетика характеризуется индексом вязкости на уровне 160-180. На практике это означает, что моторные масла с невысоким индексом вязкости (например, 5W20), можно эксплуатировать в турбированных двигателях, характеризующихся большим разбросом рабочих температур.

Для увеличения ИВ в смазывающую жидкость вводят вяжущие присадки, основная задача которых – расширить температурный диапазон применения масел. Таким образом, чем выше индекс, тем более универсальным будет и масло.

Классификация моторных масел

Существующее подразделение моторных масел связано с разнообразием их составов. Общепринятыми считаются следующие группы классификаторов:

• в зависимости от химического состава, составляющего основу смазывающей жидкости (минеральные, полусинтетические, синтетические масла),
• по показателю вязкости согласно стандарту SAE,
• в зависимости от количественного и качественного состава присадок (согласно классификации ACEA/API),
• в соответствии с допусками моторных масел (определяются автопроизводителями).

Каждая из описанных групп не дает ясного рецепта, какое масло следует считать самым лучшим. Применимость ММ – понятие относительное и зависит от множества факторов, от климатических условий в данной местности до конкретных особенностей эксплуатации определённой модели двигателя.

И не следует считать, что последний из факторов относится к малозначительным – в действительности техническое разнообразие силовых автомобильных агрегатов настолько велико, что именно его можно назвать определяющим параметром, влияющим на выбор масла.

Объём двигателя, его конструктивные особенности, используемые при изготовлении высоконагруженных узлов материалы – всё это оказывает непосредственное влияние на возможность использования того или иного состава смазывающей жидкости. И, как это случается практически в любой области инженерии, улучшение одного параметра оказывает отрицательное воздействие на другой.

Поясним вышесказанное на простейшем примере. Бюджетные автомобили при частоте вращения коленвала в 3000 оборотов/минуту развивают скорость порядка 100-120 км/час, модели среднего уровня при тех же оборотах разгоняются до 140-150 км/час, а для спорткаров этот показатель добирается до отметки в 200 и выше км/час. И не стоит удивляться, что во всех этих случаях потребуется масло с отличающимися характеристиками. Как узнать вязкость моторного масла и другие его параметры в зависимости от конкретного случая – это, в принципе, уже нетривиальная задача, решению которой и посвящена эта статья.

Стандарт API

Данный классификатор имеет более почтенный возраст, чем SAE: он был разработан институтом топлива США ещё в 1969 году. В соответствии с данным стандартом, моторные масла подразделяются на два больших подвида:

• для бензиновых силовых агрегатов:
• для моторов, работающих на дизтопливе.

Каждый из подвидов предполагает деление на классы качества (недаром за данной классификацией закрепилось название стандарта масел по качеству). Если принадлежность к классу определяется первой буквой обозначения стандарта («S» – для бензиновых, «C» – для работающих на солярке силовых агрегатов), то вторая буква как раз и обозначает класс качества. Чем ближе стоит буква к началу алфавита, тем к более устаревшему классу относится данное масло. В конце может присутствовать цифра, указывающая, для каких моторов предназначен продукт: двухтактных или четырёхтактных. Если на этикетке масла обозначение его принадлежности к стандарту API отсутствует, оно либо настолько устарело, что использовать его было бы неблагоразумно, либо вообще не сертифицировано по данному стандарту.

Универсальные масла, пригодные для заливки в оба типа моторов, обозначаются соответствующим образом (через наклонную черту, API SJ/CF). Обычно на первом месте ставится тот параметр, который является более предпочтительным. В отношении вышеуказанного примера это значит, что масло в принципе предназначено для бензиновых двигателей. Однако использование его в дизельных силовых установках также допустимо.

Отметим, что к вязкости моторных масел обозначение классов по API отношения не имеет. При этом стандарт, несмотря на свой почтенный возраст, не статичен: появление новых присадок приводит к формированию новых классов качества. Последние такие модификации стандарты были произведены в 2006 г.

Диапазоны рабочих температур ММ по SAE

Поскольку вязкость масла по SAE рассчитывается под рабочий диапазон температур (таковым считается 100-150 градусов), то понятно, что при пуске холодного двигателя, особенно в мороз, мотору требуется больше усилий для работы, чтобы преодолеть сопротивление жидкости с повышенной вязкостью.

Именно поэтому все без исключения автопроизводители категорически не рекомендуют нагружать холодный силовой агрегат до его полного прогрева, если на улице отрицательная температура. Но даже если придерживаться этих рекомендаций, процедура пуска холодного мотора в сильные моторы уменьшает его совокупный ресурс на 250-500 километров, согласно утверждениям многих специалистов. Впрочем, на ресурсе самого масла это практически не отображается.

Существует также и положительная новость: по мере старения двигателя зазоры между трущимися деталями увеличиваются, что снижает степень влияния автомасел с высокой вязкостью на мотор при его пуске в морозы.

На прогретом моторе параметры ММ приходят в соответствие с рабочим температурным режимом, при этом выход на рабочие параметры происходит по следующей схеме:

• при увеличении оборотов вращения мотора коэффициент трения также растёт,
• из-за роста сопротивления увеличивается температура самого масла,
• вязкость его уменьшается,
• снижается толщина масляной плёнки на поверхности защищаемых деталей,
• происходит обратное уменьшение коэффициента трения,
• это сопровождается падением температуры масла.

В итоге при любом режиме работы прогретого мотора со временем характеристики смазывающей жидкости становятся оптимальными, однако это относится только к тем температурным диапазонам, которые характерны для конкретного силового агрегата.

Другими словами, эффективность функционирования мотора зависит не столько от собственно вязкости смазывающей жидкости, сколько от динамических показателей вязкости при различных температурных режимах. А они, в свою очередь, могут сильно варьироваться в зависимости от конструкции силового агрегата.

Не следует забывать и о том, что эффективность работы моторного масла оказывает непосредственное влияние и на ряд других важных эксплуатационных характеристик транспортного средства, включая топливную экономичность и общий ресурс работы.

Разумеется, если коэффициент трения зависит от вязкости масла, диапазона рабочих температур и величины зазоров, то определить эти величины рядовому автовладельцу не по силам. Да и нужды в этом особой нет, поскольку существует таблица вязкости моторных масел, которая детально описывает их свойства в зависимости от класса по SAE.

А европейская классификация ACEA даже описывает конкретные допуски для моторных масел в зависимости от связки вязкость/рабочая температура.

Впрочем, и в классификации SAE существует градация для низко- и высокотемпературной вязкости, а последняя определяется для кинематической и динамической компоненты.

Все эти значения указываются в таблице. От себя отметим, что конкретное масло может характеризоваться разными показателями вязкости в зависимости от температуры, а та цифра, которая указывается в наименовании продукта после буквы W, с реальной вязкостью никоим образом не коррелируется, в отличие от низкотемпературных значений. И измеряются показатели кинематической и динамической вязкости при конкретных температурах (100 и 150 градусов), а в промежуточных режимах значения могут варьироваться, и не всегда по линейному закону.

Если обобщить вышесказанное, то можно утверждать, что показатель вязкости ММ не является сам по себе критерием его качества – важно лишь то, подходят ли диапазоны рабочих температур для конкретного мотора.

Приводим таблицу, отображающую измеренные значения вязкости в зависимости от принадлежности масла к классу по SAE:

Допустимо ли смешивание ММ разной вязкости

В процессе эксплуатации автомобиля нередко возникают ситуации, требующие долива смазочной жидкости. И один из главных вопросов, интересующих многих автовладельцев – возможно ли смешивание масел, отличающихся вязкостью, составом или хотя бы брендом.

Причины долива масел или их смешивания при регламентной замене могут быть разными:

• возможность экономии денежных средств: многие водители практикуют такой метод, как смешивание части старого с новым моторным маслом, надеясь на то, что такое смешение не сильно уменьшит интервал замены,
• если при внеплановом измерении уровня ММ оказалось, что оно ниже метки MIN, а необходимость в поездке сохраняется на критическом уровне. В таких случаях в ход идёт первая попавшаяся под руку смазка – это позволяет без особых проблем добраться до ближайшего автосервиса. Разумеется, такой способ можно назвать экстремальным, и в большинстве случаев после его использования требуется полная замена жидкости,
• но даже если вы при заменен масла полностью сливаете старое, часть его всё равно останется на некоторых узлах силового агрегата. И даже промывка не гарантирует того, что вы не получите в результате некий микст, пускай и с минимальной концентрацией предыдущей марки масла. Впрочем, обычно такой вариант не рассматривается как способный повлиять на ресурс двигателя сколь-нибудь заметным образом.

В целом проблема смешивания масел с разными классами вязкости – идея не самая лучшая. Что, будет, если смешать масло разной вязкости? Дело в том, что смазки с низкой вязкостью (которые мы считаем зимними) при смешивании с летними вовсе не образуют некий универсальный состав, температурные характеристики которого получаются путём сложения вязкостей каждого из масел в отдельности. Что однозначно произойдёт – это уменьшение и низкотемпературной, и высокотемпературной составляющих, а в результате стабильность масляной плёнки сильно пострадает.

Впрочем, если индексы в маркировке различаются только на один шаг и только в отношении одной из двух цифр, можно говорить об относительной допустимости такого смешивания. Если для вашего авто «родным» является масло 5W40, добавление смазки с маркировкой 5W30 уменьшит вязкость при высокотемпературном режиме работы трущихся поверхностей силового агрегата.

Автопроизводители в принципе не запрещают лить масло, соответствующее рекомендациям. Но при условии, что хотя бы на уровне классов вязкости старое и доливочное масло будут совместимыми. Так что доливать масло другой вязкости – метод, который лучше использовать только в случае крайней необходимости.

Обычно у автовладельцев остаются на такой случай остатки того масла, которое они заливали при замене, поэтому данный вопрос в принципе не является особо распространённым.

Масло с какой вязкостью лучше выбрать

Гораздо более интересным является случай полной замены заправочной жидкости. Прилавки автомагазинов буквально завалены смазочными материалами от разных производителей, с заявленными характеристиками вязкости по SAE. Теоретически выбор подходящего должен сводиться только к выбору соответствующего индекса вязкости, однако и здесь имеются свои нюансы. А если учесть, что многие пользователи искренне убеждены, что чем более высокий показатель на этикетке, тем лучше, то проблема выбора действительно становится трудноразрешимой, и зачастую окончательное решение принимается с подачи стороннего «специалиста». Если этот человек вам лично незнаком – от таких советов следует однозначно отказаться, особенно если он утверждает, что, залив в своё транспортное средство спортивное масло, вы превратите машину в монстра. В действительности всё произойдёт с точностью до наоборот: мощность мотора упадёт, а его ресурс существенно снизится.

Таким образом, вам самим придётся решать, какая вязкость масла лучше, руководствуясь исключительно рекомендациями автопроизводителя.