Любая техническая жидкость (моторное масло – не исключение) имеет химические и физические свойства. Эти характеристики закладываются производителем, и влияют на качество работы расходного материала.
Например, от плотности моторного масла зависят гидравлические параметры: насколько эффективно будет нагнетаться давление, а соответственно поступление смазки к рабочим точкам по маслопроводам.
Измерение плотности жидкостей в лаборатории
Кроме того, от этой величины зависит теплообмен. Как известно, с помощью моторной смазки отводится тепло от деталей трения, поскольку система охлаждения двигателя не задействована в этом процессе.
Производитель делает масла определенной плотности для обеспечения заданных значений кинематической вязкости. Собственно, это значение получают из величин динамической вязкости и плотности жидкости.
Что такое плотность масла?
Для покупателя привычно видеть на упаковке такие параметры, как вязкость по SAE, классификации качества по API или ACEA. Удельная плотность моторного не относится к основным характеристикам, ее значение можно узнать из расширенной классификации или по результатам тестов.
С точки зрения физики, эта величина определяется отношением массы вещества к его объему. То есть, чем больше единиц массы умещается в определенный объем – тем выше значение.
Чтобы понять, как работает система измерения, обратимся к эталону:
Величину 1 кг/л имеет дистиллированная вода при температуре 4°C.
Поскольку в смазочных материалах содержатся различные вещества, многие из которых легче воды – плотность масла ниже.
Обратите внимание
Разговорная форма «легче» имеет прямое отношение к плотности материала. Употребляя это слово, мы как раз имеем в виду, что при одном и том же объеме, вещества имеют разный вес.
Плотность отработанного моторного масла будет отличаться от свежего, скорее всего в сторону увеличения. Это связано с тем, что часть легких жидкостей улетучивается, а тяжелые примеси добавляются. Это шлаки, взвесь твердых частиц, сажа, и пр.
Таким образом, понятно, что базовое значение зависит от основы масла, и состава его присадок.
Для сведения
Мошенники часто производят очистку отработанных масел, для повторной продажи в упаковках известных брендов. При этом, даже после тщательного удаления всех примесей, которыми «богата» отработка, такие характеристики, как плотность, не восстанавливаются.
Зная правильное значение этого параметра, вы легко сможете проверить приобретаемый продукт «на подлинность».
Есть еще одна зависимость величины: от температуры
Казалось бы, в чем тут связь? Но ведь эталонное значение (см. выше: плотность дистиллированной воды) получают при определенной температуре: 4°C. Для тестирования нефтепродукта, за эталонную температуру принимается 20°C.
Это легко объяснимо с точки зрения физики:
Зависимость от внешних градусов следующая: от минуса до эталонного значения – цифры растут. Затем, по мере увеличения температуры, значение плотности снижается. Мы знаем, что вязкость зависит от плотности напрямую. При этом по мере снижения температуры масло густеет.
Это не связано с плотностью: зависимость этих величин требуется только для измерения (возвращаемся к эталонной температуре).
Снижение вязкости при понижении температуры
Разумеется, при измерении параметров невозможно обеспечить идеальные условия. Эталонные замеры производятся только в лабораториях. Поэтому для поправки на изменение внешней температуры, разработана таблица плотности масел.
| Плотноть (кг/м3) | Плотноть (кг/м3) | Температурная поправка (кг/м3*С) | |
|---|---|---|---|
| 690,0 ...699,9 | 0,91 | 850,0... 859,9 | 0,699 |
| 700,0...709,9 | 0,897 | 860,0...869,9 | 0,686 |
| 710,0... 719,9 | 0,884 | 870,0... 879,9 | 0,673 |
| 720,0 ...729,9 | 0,87 | 880,0... 889,9 | 0,66 |
| 730,0 ...739,9 | 0,857 | 890,0... 899,9 | 0,647 |
| 740,0 ...749,9 | 0,844 | 900,0...909,9 | 0,633 |
| 750,0 ...759,9 | 0,831 | 910,0...919,9 | 0,62 |
| 760,0...769,9 | 0,818 | 920,0...929,9 | 0,607 |
| 770,0...779,9 | 0,805 | 930,0...939,9 | 0,594 |
| 780,0 ...789,9 | 0,792 | 940,0...949,9 | 0,581 |
| 790,0 ...799,9 | 0,778 | 950,0...959,9 | 0,567 |
| 800,0...809,9 | 0,765 | 960,0...969,9 | 0,554 |
| 810,0...819,9 | 0,752 | 970,0...979,9 | 0,541 |
| 820,0...829,9 | 0,738 | 980,0...989,9 | 0,528 |
| 830,0 ...839,9 | 0,725 | 990,0...999,9 | 0,515 |
| 830,0...839,9 | 0,712 |
Зависимость нелинейная, если построить график – получится парабола. Поэтому поправка на 1°C рассчитывается в каждом диапазоне. Чем плотнее жидкость, тем меньше зависимость от внешних условий.
Это хорошо заметно на примере простой воды. При идеальных показателях 1 кг/литр, плотность изменится лишь тогда, когда жидкость будет на грани закипания или замерзания.
Как и в чем измеряется плотность масла?
Согласно формуле (отношение массы к объему), величина фиксируется в килограммах на кубометр (кг/м³).
Для справки: плотность моторных масел лежит в пределах 750 — 995 кг/м³ (при 20°C).
Для измерения нам необходимо знать паспортные характеристики проверяемого продукта. На этикетках это значение не указано, поэтому необходимо получить эту информацию дополнительно.
Рассмотрим пример вычислений значения:
Сравнив эти данные с информацией в паспорте продукта, вы легко сможете определить, насколько покупаемый расходник соответствует заявленным характеристикам.
Отличается ли плотность синтетики и минерального масла?
Разумеется, есть связь между базовой основой и плотностью продукта. Тип и количество присадок играют второстепенную роль. У минеральных масел это значение выше. Естественный продукт несколько тяжелее. Обычно производитель устанавливает диапазон 875 – 856 кг/м³.
Лабораторный эксперимент показывающий плотность масла — виде
Кстати, малый вес синтезированных смазочных материалов позиционируется в качестве конкурентного преимущества. На самом деле важно не то, какая плотность установлена производителем.
Для двигателя главное – сохранение этого значения при смене рабочих температур. Мы знаем, что от величины плотности зависит одна их главных характеристик: по SAE.
Вывод:
Сила не в абсолютных значениях, а в стабильности этого параметра.
Контролируя плотность моторной жидкости, можно обеспечить надежную работу привода авто в пределах установленного эксплуатационного периода. Отклонение этого параметра от нормы указывает на нарушение работы смазочной системы. Установить в каких узлах авто возникают дефекты, приводящие к нарушению работы мотора, можно проведя анализ работающего масла (изучив его параметры).
Под плотностью моторного масла подразумевается соотношение массы вещества к занимаемому ею объему. Измеряется этот параметр в кг/м 3 . Он зависит от структуры кристаллической решетки моторной смеси и от фракционного строения самого нефтепродукта. Если возникают неполадки смазочной системы или системы охлаждения, то к моторной жидкости поступают посторонние вещества (частички топлива или охлаждающей смеси). Они попадают к моторной смеси из-за негерметичности прокладок или если происходит истирание поршневой группы.
Очевидно, что измерив показатель плотности автомасла и определив его несоответствие норме, можно судить о неполадках системы охлаждения или вентиляции картера.
За эталон измерений берут плотность жидкости при температуре 20 0 С:
- для бензина этот показатель составляет до 760 кг/м 3 ;
- у дизельного топлива - до 840 кг/м 3 ;
- для антифриза - от 1035 до 1085 кг/м 3 ;
- у моторного масла - приблизительно 880 кг/м 3 .
Как и чем замеряют плотность масла
Ареометр - это прибор для определения плотности моторного масла. Он по внешнему виду напоминает стеклянный поплавок с расположенным в нижней его части термометром. В верхней части прибора находится тоненькая стеклянная трубка с нанесенной шкалой плотностей. Заполнив стеклянную тару автомаслом и аккуратно погрузив в нее ареометр, так, чтоб он не прикасался к стенкам тары, дожидаются, пока ареометр достигнет статичного положения, затем определяют плотность по шкале на верхней трубке. Выполняя замеры, следят чтоб термометр, расположенный в нижней части прибора, показывал температуру масла, равную 20 0 С.
Зная, что показатель плотности моторной синтетической жидкости составляет 845-855 кг/м 3 , минеральной 880-900, можно судить о свежести масла и наличию примесей.
Более подробно узнать, как проверить качество моторной жидкости вы можете, посмотрев видео:
Заключение
Показатель плотности моторной жидкости может изменяться в зависимости от температурного режима за бортом машины, плюс попадания к смеси молекул воды, отработанного топлива, механических частичек. Изменение этого параметра указывает на неисправности смазочной системы или мотора, поэтому обнаружив его отклонение от нормы, необходимо провести качественную диагностику авто и устранить дефекты.
Синтетика и полусинтетика не отличаются по показателю плотности. Основное их различие заключается в том, что полусинтетика более подвержена температурному влиянию, поэтому быстрее замерзает зимой и разжижается летом, чем синтетика. Минералка из-за применения натуральных присадок работает в ограниченном диапазоне температур. Синтетика не всегда является наилучшим выбором, нужно учитывать количество и качество используемых в ней присадок, чтоб они агрессивно не влияли на детали мотора.
Купить масло нужной плотности, можно учитывая следующие нюансы:
- смазка соответствует требованиям дилера авто;
- продукция сертифицирована;
- тара плотно закрыта, на ней отсутствуют вмятины и царапины.
Если вы стремитесь самостоятельно диагностировать плотность моторной смеси, то можете воспользоваться ареометром, он достаточно прост в использовании, нет необходимости обладать специальными знаниями, чтоб выполнить замеры.
Плотностью вещества называется масса определённого его объёма. Для автомобильного масла эта величина составляет, как правило, 0,8–0,9 кг на литр (хотя бывают масла с плотностью и 0,7 кг/л, и 0,95 кг/л) и зависит от его качества и состава присадок.
Классификация масел по SAE
В общем-то, определённого деления масел по их плотности нет. Зато существует классификация их по вязкости, называемая SAE. И уже к этой вязкости можно привязать и плотность моторного масла .
Какие же бывают масла согласно этой классификации? В первую очередь – зимними (обозначающимися литерой «W», то есть «winter»), предназначенными для холодного времени года. Типов зимних масел шесть (от 5W до 25W), их используют для оптимальной работы двигателя при низких температурах.
Так, например, масло, обозначающееся как 5W, способно работать при температурах до -300С. У марки 10W нижний диапазон работы заканчивается двадцатью градусами мороза. Масло 20W способно выдержать лишь относительно небольшие холода – до -70С. Хотя при этом высокие температуры наружного воздуха для таких смазочных материалов недопустимы. Поэтому летом применяют другие типы масел.
Летние предназначены для того чтобы двигатель можно было безопасно запускать в тёплое время года. Они обозначаются обычными цифрами безо всяких буквенных обозначений – от 10 до 60. Для новых двигателей вполне достаточно масел с минимальными значениями вязкости , старые же моторы требуют и большей вязкости (а соответственно и плотности) смазочных материалов.
Кроме того, существуют универсальные масла, обозначаемые двумя числами. Они способны работать и в летнее, и в зимнее время, хотя стоят при этом, естественно, дороже. Впрочем, надёжная работа транспортного средства важнее экономии, поэтому в настоящее время большинство масел являются именно универсальными.
Связь плотности и вязкости масла
Хотя плотность моторного масла напрямую не зависит от его вязкости, у большинства используемых на сегодняшний день масел вполне можно определить обе эти величины по их марке.
Марка 10W соответствует плотности масла в 0,857 кг/л и вязкости в 32 сантистокса (единица измерения этой величины) при температуре плюс 40 градусов. Для марки 20W эти величины будут равны соответственно 0,865 кг/л и 68 сатистоксов. Летние масла марок от 20 до 50 имеют вязкость от 46 до 220 сантистоксов и плотность от 0,861 до 0,875 кг/л.
Как и любое другое химическое вещество, моторное масло обладает определенной плотностью. Для большинства современных масел показатель плотности составляет 0,7–0,93 кг на один литр. Однако существуют варианты моторного масла с большей или меньшей плотностью, а отработанное моторное масло всегда характеризуется избыточной плотностью из-за наличия в своем составе дополнительных веществ.
1 Свойства моторного масла и варианты классификации
На сегодняшний день не существует определенной классификации моторных масел по физической плотности, однако их принято разделять по степени вязкости (SAE). Именно к этому показателю производители современных смазочных материалов привязывают и плотность, несмотря на то, что с физической точки зрения эти два показателя напрямую не связаны. Но перед тем как обозначить различия между маслами по вязкости и понять, для чего необходимо знать плотность отработанного и нормального масла, необходимо разобраться, что собой представляет моторное масло и от чего зависят его конечные показатели.
Классификации моторных масел по степени вязкости SAE Моторное масло, помимо снижения коэффициента трения и антифрикционных свойств, выполняет целый ряд дополнительных функций, за которые отвечают специальные вещества, именуемые присадками, которые добавляются в нефтяную основу вещества. Присадки необходимы в первую очередь для того, чтобы максимально оптимизировать характеристики смазочной жидкости, расширить температурный диапазон, улучшить защитные свойства, уменьшить трение в системе двигателя и т. д.
Присадка для уменьшения трения в системе двигателя
В процессе работы ДВС и под воздействием высоких температур поршневая группа очень сильно нагревается, поэтому качественное моторное масло должно иметь показатели вязкости, при которых оно обеспечит надежную смазку узлов и создание масляного уплотнителя между стенками цилиндра и поршня. С помощью присадок производитель делает масла определенной плотности и вязкости, которые предназначены для бензиновых или дизельных двигателей, либо универсальные продукты, которые могут использоваться на любых типах моторов. Доля присадок в моторном масле составляет от 5 до 30 процентов, что также влияет на конечную плотность продукта.
2 Вязкость – основное свойство смазочного материала
Что в конечном итоге представляет собой вязкость моторного масла? Данный показатель позволяет определить степень текучести смеси, который изменяется прямо пропорционально изменениям температуры окружающей среды. По вязкости современные масла делятся на «зимние» и «летние». В первом случае масло имеет приставку «W», например, 5W или 10W и имеет более густой состав. Как правило, производители, включая Лукойл, Mobil, Elf, Liqui-Moly и др. дают гарантию на использование своей продукции только согласно рекомендациям. Так, масло 5W может быть использовано при температурах не ниже –30 градусов, тогда как 20 W выдерживает температуру до –9 градусов. Данные виды масел нельзя использовать в летнее время, для этого классификация предусматривает «летние» варианты более низкой вязкости, которые обозначаются просто цифрами. Кроме того, от вязкости моторного масла зависят и такие показатели, как:
- скорость поступления жидкости к поверхностям при трении,
- образование защитной маслянистой пленки на узлах двигателя,
- скорость «прокручивания» двигателя при холодном пуске,
- степень работы насоса, стойкость к протечкам через негерметичные соединения и т. д.
Более густое зимнее масло 5W Во время эксплуатации моторного масла его свойства, и в частности вязкость, могут как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от конкретных реакций, которые происходят во время работы мотора. При попадании в масло «посторонних» веществ, например, антифриза или частиц топлива, его вязкость резко увеличивается, что ухудшает смазочные свойства и характеристики. Поэтому в случае обнаружения увеличения или уменьшения вязкости более, чем на 20 процентов при средней температуре в сторону, противоположную первоначальному значению, необходимо в срочном порядке проводить замену масла в двигателе и диагностику системы на выявление неисправностей.
Диагностика системы на выявление неисправностей Как правило, показатели вязкости, плотность и другие характеристики смазочного материала определяются с помощью специального прибора, который называется маслотестер. Данный прибор позволяет определить изменение вязкости и сделать выводы об износе или выходе из строя некоторых узлов двигателя авто. Именно плотность может служить своего рода индикатором негерметичности различных соединений двигателя или износа цилиндро-поршневой группы.
3 Плотность отработанных масел
Как и вязкость, плотность смазочного материала также зависит от изменения температурных показателей окружающей среды, однако влияние температуры на плотность нельзя назвать столь явным. Плотность зависит от попадания в вещество частиц хладагента или отработанного топлива на молекулярном уровне. В среднем плотность современных масел составляет 830–930 кг/м3 в зависимости от их состава (минеральное, синтетическое или полусинтетическое) и температуры. Зная плотность бензина и дизельного топлива, воды и антифриза, можно определить степень изменения с помощью ареометра или маслотестера.
Смазка должна быть нормальной плотности
Многим владельцам машин известно, что моторное масло является непременным атрибутом нормального функционирования двигателя. Оно смазывает трущиеся узлы, охлаждает систему, препятствует коррозии, очищает детали. Масла, заливаемые в поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), изготавливают из высококипящих фракций нефти различных способов очистки.
Поскольку моторные антифрикционные средства, помимо снижения коэффициента трения, должны выполнять еще целый ряд функций, в нефтяную основу добавляют синтетические вещества, называемые присадками. Вносимые примеси оптимизируют характеристики конечного продукта, позволяют реже проводить замену смазки, расширяют температурный диапазон применения без потерь полезных качеств. Температура вспышки питающей смеси внутри камеры сгорания топлива достигает 2000 оС, в результате чего поршневая группа сильно нагревается. При данных жестких условиях композитное масло должно сохранять вязкость, достаточную для смазывания узлов и создания надежного уплотнения между стенками цилиндра и поршня.
Доля присадок в современных составах для снижения трения подвижных частей двигателя составляет от 5 до 25% от общего объема. Вносимые добавки и технология изготовления позволяют выпускать продукты, применяемые либо в бензиновых, либо в дизельных ДВС, а также универсальные средства, пригодные для эксплуатации в любых типах моторов.
Виды и свойства присадок
Присадки помогают изготавливать смазки требуемого производителями автомобилей уровня качества. По характеру взаимодействия с узлами ДВС различают следующие виды присадок:
- противоизносные;
- антифрикционные;
- противозадирные;
- моюще-диспергирующие;
- противокоррозионные;
- депрессионные;
- вязкостные;
- антипенные.
Широкий ассортимент моторных присадок
Высокая температура вспышки горючей смеси приводит к тому, что частицы газообразной взвеси сгорают, оставляя после себя золу. В настоящее время ведется борьба за повышение экологической чистоты масел, в частности, изучается такой параметр, как сульфатная зольность. В соответствии с нормативными документами данная характеристика не должна превышать:
- 2% от общего объема для мощных дизелей грузовых автомобилей;
- 1,8% для малолитражных дизельных моторов;
- 1-1,5% для бензиновых агрегатов.
Если при испытаниях лабораториями сульфатная зольность оказывается больше вышеприведенных значений, выпуск новой разработки запрещается.
Перед производителями антифрикционных составов для ДВС стоят две задачи:
- Увеличить количество присадок, придающих изделию свойства, удовлетворяющие все возрастающим требованиям разработчиков современных моторов.
- Придерживаться норм экологической чистоты при эксплуатации автомобиля на изготовленных смесях.
Во время воспламенения топлива резко увеличивается температура в рабочем объеме, которая является катализатором окислительных процессов. Кислоты, возникающие при сгорании частиц масляного тумана и горючей смеси, вызывают коррозию деталей мотора и снижают вязкость смазки. Нейтрализовать влияние агрессивной среды производители стараются при помощи введения добавок на основе щелочных металлов. Сульфатная зольность конечного продукта увеличивается пропорционально доле вводимых антикоррозийных примесей. С одной стороны, введение синтетических добавок улучшает характеристики антифрикционного средства. В то же время это ухудшает его экологичность и приводит к риску образования излишней зольности, ведущей к устойчивому отложению сажи на узлах агрегата.
В результате антиокислительных реакций снижается количество нейтрализующих примесей в начальном продукте и, соответственно, щелочное число изделия. По достижении минимального значения данного параметра лавинообразно возрастают коррозионные процессы, но зольность выхлопа сильно снижается.
Высокая температура вспышки приводит не только к сжиганию полезных присадок, она вызывает незначительную деформацию головки блока цилиндров. Это может привести к поломке агрегата и потере герметичности изолированных систем. Неисправность ДВС значительно влияет на такие качества смазывающего нефтепродукта, как вязкость и плотность.
Чрезмерное загущение или разжижение недопустимы
Вязкость является одним из основополагающих качеств моторного масла. Она определяет степень текучести смеси, характеризуя сопротивление жидкой среды течению – перемещению одного слоя субстанции относительно другого под воздействием внешних сил. На данный параметр сильно влияет окружающая температура: при её увеличении смазка становится более жидкой, а при понижении – густой.
Вязкость характеризует такие свойства моторного масла:
- поступление смазки к трущимся поверхностям;
- образование на узлах защитной пленки;
- облегчение прокручивания двигателя при холодном старте;
- легкость прокачки насосом при низких температурах;
- устойчивость к вытеканию через неплотные соединения.
Будьте осторожны с присадками
В процессе эксплуатации двигателя вышеперечисленное качество антифрикционного средства может как увеличиваться, так и уменьшаться. Изменение вызывают физические и химические реакции, происходящие в моторе. Например, масло становится более густым из-за попадания в него нерастворимых веществ, ухудшающих смазывающие свойства и работоспособность продукта. С другой стороны даже высокая температура вспышки не обеспечивает полного сгорания газовой смеси в рабочей камере. Остатки топлива попадают в картер и взаимодействуют со смазкой, ухудшая её характеристики.
При изменении вязкости более чем на 25% в любую сторону от начального значения специалисты рекомендуют провести внеплановую замену моторного масла и выяснить причины, повлиявшие на изменение параметра.
Существует специальный прибор для определения различных характеристик смазки для мотора, в числе прочих параметров измеряющий вязкость – маслотестер. С его помощью определяют время заполнения тестового объема исследуемым маслом и густоту опытного образца. Имея данные об изменении вязкости относительно начальной величины, можно определить неисправность узлов ДВС или оставшийся ресурс работы исследуемого продукта.
Индикатор герметичности соединений мотора
Не менее важной характеристикой масла, чем вязкость, является плотность. Она выражается в кг/м3 и показывает, сколько молекул вещества находится в определенном объеме. Температура окружающей среды оказывает влияние на плотность смазки, как и на её вязкость, но в гораздо меньшей степени.
Лаборатория анализирует смазку
Существенно на плотность влияют попадающие в состав продукта посторонние вещества, например, частицы топлива или охлаждающей жидкости. Они могут попадать в смазку через негерметичные прокладки или при износе поршневой группы. Визуально определить наличие инородных веществ в составе практически невозможно. Попадание в смазку топлива или охлаждающей жидкости можно выявить при ее контроле с помощью измерительного щупа. Однако если двигатель начал “есть масло”, этот метод не принесет ощутимых результатов – расход будет компенсировать пополнение, оставляя общий уровень неизменным.
Зная плотность бензина (~ 760 кг/м3), дизельного топлива (~ 840 кг/м3), воды (1000 кг/м3), антифриза (1035-1085 кг/м3), а также моторного масла (880-930 кг/м3), можно диагностировать попадание посторонних примесей с помощью ареометра. Увеличение плотности смазки сигнализирует о нарушении герметичности охлаждающей двигатель системы, снижение говорит о неисправности поршневой группы.
Более точные результаты изменения характеристик смазки можно получить при помощи маслотестера. Данный прибор измеряет величины с точностью до единиц. Он позволяет не только вычислить плотность исследуемого образца, но и определяет тип залитого в двигатель продукта (минеральное, синтетика, полусинтетика). Последнее обстоятельство приобретает большое значение, если вы собираетесь поменять смазку в подержанном автомобиле, купленном с рук.
Специалисты не рекомендуют при замене масла использовать разные его типы без предварительной промывки двигателя специальными составами. Даже если слив старой смазки длительный, оставшиеся на деталях компоненты могут вступить в реакцию с присадками другого типа, образуя соединения, наносящие вред двигателю. Использование при замене специальных промывочных средств позволяет переходить на смазку другого типа, но приводит к лишним финансовым затратам. Избежать потерь времени и денежных средств можно, анализируя залитый ранее продукт при помощи маслотестера.