Физическое отношение массы к объёму жидкости определяет плотность моторного масла. Наряду с вязкостью параметр имеет прямую зависимость от температуры, влияет на работу двигателей и обеспечивает заявленную мощность при гидропередаче. Некачественное моторное масло содержит вредные присадки, а отработанное - примеси, которые повышают плотностные параметры. Расскажем, как влияют высокие и низкие показатели плотности синтетических масел на работу поршневых или роторных двигателей авто.
Высокоплотные смазочные материалы
Плотность автомобильных масел варьируется на уровне 0,68–0,95 кг/л. Смазочные жидкости с показателем выше 0,95 кг/л относят к высокоплотным. Такие масла снижают механическую нагрузку при гидравлической передаче без потери производительности. Однако в силу повышенной густоты смазка не проникает в труднодоступные участки поршневых цилиндров. Как результат: увеличивается нагрузка на кривошипно-шатунный механизм (коленвал). Также растёт расход смазочного материала и чаще образуются коксовые отложения.
Через 1,5–2 года смазочная жидкость уплотняется на 4–7% от первоначального значения, что сигнализирует о необходимости замены смазочного материала.
Низкоплотные моторные масла
Снижение массо-объёмного параметра ниже 0,68 кг/л обусловлено введением низкоплотных примесей, например, легковесных парафинов. Некачественные смазки в подобном случае приводят к быстрому износу гидромеханических элементов двигателя, а именно:
- Жидкость не успевает смазать поверхность движущихся механизмов и стекает в картер.
- Повышенное выгорание и коксоотложение на металлических деталях ДВС.
- Перегрев силовых механизмов вследствие увеличения силы трения.
- Повышенный расход смазочного материала.
- Загрязнение масляных фильтров.
Таким образом, для правильной работы связки «цилиндр-поршень» необходимо моторное масло оптимальной плотности. Значение определяется для конкретного типа двигателя и рекомендуется согласно классификациям SAE и API.
Таблица плотности зимних моторных масел
Смазки, обозначаемые индексом 5w40–25w40, относят к зимним типам (W – Winter ). Плотность подобных продуктов варьируется в диапазоне 0,85–0,9 кг/л. Цифра перед «W» указывает на температуру, при которой обеспечивается проворачивание и прокручивание поршневых цилиндров. Вторая цифра - индекс вязкости нагретой жидкости. Плотностный показатель смазки класса 5W40 минимальный среди зимних типов - 0,85 кг/л при 5 °C. У аналогичного продукта класса 10W40 значение на уровне 0,856 кг/л, а для 15w40 параметр равен 0,89–0,91 кг/л.
Из таблицы видно, что показатель зимних минеральных смазок колеблется на уровне 0,867 кг/л. При эксплуатации смазочных жидкостей важно следить за отклонениями плотностных параметров. Измерить значение поможет обычный ареометр.
Плотность отработанного моторного масла
По истечении 1–2 лет использования ухудшаются физические свойства технических смазок. Окраска продукта меняется от светло-жёлтой до бурой. Причина - образование продуктов распада и появление загрязняющих примесей. Асфальтены, производные карбена, а также несгораемая сажа - главные компоненты, ведущие к уплотнению технических смазок. К примеру, жидкость класса 5w40 с номинальным показателем 0,867 кг/л спустя 2 года имеет значение 0,907 кг/л. Устранить деградационные химические процессы, ведущие к изменению плотности моторного масла, невозможно.
Плотностью называют массу вещества, находящуюся в единице объема. Единица плотности — килограмм на кубический метр (кг/м3). Плотность топлива (масла) зависит от группового химического состава. Наименьшей плотностью обладают парафиновые углеводороды, наибольшей — нафтеновые и ароматические углеводороды.
На значение плотности влияет фракционный состав нефтепродукта. Чем выше температурные пределы выкипания фракций топлива (масла), тем больше их плотность. На практике имеют дело с безразмерной величиной — относительной плотностью, представляющей собой отношение плотности топлива (масла) при данной температуре к плотности воды при температуре 4 °С, взятой в том же объеме. Плотность воды при 4 °С равна 1 000 кг/м3. Относительную плотность принято определять при 20 °С.
Отдельные виды нефтепродуктов имеют следующие примерные интервалы значений плотностей, кг/м3:
Бензин: авиационный........................................................................... 700…725
автомобильный....................................................................... 735…750
Дизельное топливо....................................................................... 800…850
Масло моторное:
для бензиновых двигателей.................................................. 910…930
авиационное............................................................................ 880…905
для дизелей.............................................................................. 890…920
Плотность зависит от температуры. С повышением температуры плотность нефтепродукта уменьшается. Зная плотность.t при температуре t, можно определить плотность при 20 °С, средняя температурная поправка, показывающая изменение плотности при изменении температуры на 1 °С (табл. 1.1).
Плотность масла определяют пикнометром. Пикнометрический метод основан на определении относительной плотности — отношения массы испытываемого нефтепродукта к массе воды, взятой в том же объеме и при той же температуре. Плотность нефтепродуктов по этому методу определяют с точностью до четвертого знака после запятой, используя для взвешивания аналитические весы с погрешностью не более 0,0002 г. Методика определения плотности нефтепродуктов пикнометрическим методом изложена в ГОСТ 3900—85.
Плотность топлива определяют с помощью нефтеденсиметра (ареометра) и гидростатическими весами.
Нефтеденсиметр (ареометр) 1 представляет собой полый стеклянный поплавок с балластом (и термометром) внизу и тонкой стеклянной трубкой сверху, в которой помещена шкала плотности 2 (рис. 1.1). В стеклянный цилиндр 5 вместимостью 250 мл осторожно наливают нефтепродукт. Чистый и сухой ареометр, держа за верхний конец, осторожно и медленно погружают в нефтепродукт так, чтобы он не касался стенок цилиндра.
После прекращения колебаний ареометра производят замер показаний плотности по верхнему краю мениска 3. При отсчете глаз должен находиться на уровне мениска. Одновременно определяют температуру жидкости (по шкале термометра 4 или дополнительным термометром). Если температура нефтепродукта отличается от 20 °С, то по формуле (1.1) определяют плотность при температуре 20 °С.
При определении плотности высоковязких нефтепродуктов (кинематической вязкости при 50 °С, .50 . 200 мм2/с) их смешивают с равным объемом керосина (или топливом Т-1, ТС-1), плотность которого известна, и определяют, как указывалось ранее, плотность смеси.
Моторы, установленные в новейших транспортных средствах весьма восприимчивы к необходимым материалам. Например, смазочным жидкостям. Плотность масла – один из основных параметров наравне с показателем вязкости. Эти характеристики значительно влияют на рабочие качества моторных масел. По этой причине изготовители призывают применять лишь те составы, которые они указывают в сервисной книге. Если подобного не наблюдается, они снимают автомобиль с гарантийного обслуживания. Вследствие этого необходимо тщательно относиться к , несущих ответственность за бесперебойную долговременную работу.
Особенности параметра плотности моторного масла.
В числе основных параметров, имеющих отношение к трансмиссионным жидкостям, акцентируют такие характеристики:
- Плотность смазочного материала и удельный вес. Первый показатель обозначает отношение объёма к массе. Параметр плотности измеряется в кг./м³. На этом же этапе следует обозначить удельный вес, определяющий отношение массы смеси к массе очищенной воды. Обе характеристики находятся исходя от температуры.
- Вязкость - значение, посредством которого проявляется текучесть. Она точно так же исходит от температуры. в таких единицах, как: в стоксах, сантистоксах и квадратных метрах или миллиметрах на секунду по принципу измерений СИ.
- Температура воспламенения и застывания. Первый показатель обозначает этакое повышение температуры, при котором формируются пары, воспламеняющиеся при поднесении чистого огня. Вторым показателем является низкая температура, при которой смазка не до конца утрачивает текучесть. Это возможно продемонстрировать при наклоне мензурки.
- Кислотное и щелочное число выделяет численность продукции, которая необходима для нейтрализации по причине того, что кислые и щелочные продукты копятся в смазочной жидкости в период использования.
Что подразумевается под параметром плотность
Густота и вязкость автомобильных масел в картере считается плотностью. Её число указывает, какое количество веществ молекулярного строения имеется в конкретном объёме, и возрастает в процессе увеличении давления. При большом коэффициенте открывается способность сокращения гидропередачи без конфигурации мощности. Но если плотность большая, то масло хуже проходит в проёмы мотора, затрудняя движение коленвала. Подобное действие можно замечать при пуске двигателя в холодное утреннее время. Вследствие этого повышается затрата топлива. Густая смазка способствует и высокой траты моторной жидкости.
Однако невысокий показатель плотности тоже обладает своими минусами. При низкой вязкости появляются подобные неприятности:
- жидкое вещество очень быстро перемещается в картер, не успев смазать все механизмы;
- в случае, если в ДВС большое расстояние между стенок цилиндра и поршнем, подобное масло не действенно;
- засорение на участках силового агрегата отработкой из-за лишнего выгорания моторной смазки;
- энергичное вращение ведёт к стремительному засорению масляных фильтров;
- итог плохого смазывания - завышенное изнашивание составляющих и механизмов.
Тщательно с подходящей маркировкой не принесет ущерба двигателю, поможет повысить эксплуатационный ресурс. Для хорошего обслуживания вашего авто нужно делать выбор лишь в пользу проверенных временем торговых брендов.
Соотношение плотности и вязкости
Покупая смазку для своего автотранспорта, водитель ориентируется на классификацию SAE, определяющую жидкое вещество по величине вязкости. Единичной классификации по параметру плотности не имеется. В наших погодных условиях востребованы универсальные смазочные материалы. Например, буква W в маркировке обозначает моторное масло для зимнего периода времени. Такие смазки отличаются диапазоном 5W - 25W. не утрачивает своих функциональных свойств до значения температуры -30° C, а при индексе 25W масло действенно только при незначительных морозах. Трансмиссионные продукции для летнего сезона обладают невысокой вязкостью. Их маркировка - от 10W до 60W.
Как измерить плотность масла
Для того чтобы измерить плотность любого моторного масла, применяют оборудование, именуемое ареометрами. Это обычная запаянная трубка со шкалой делений выполненная из стекла, которая окунается в вещество, предназначенное для изучения. Ареометры очень схожи с другими подобными приборами (например, с термометром для воды), принцип работы почти такой же. В промышленном производстве ареометры применяют очень редко, может быть, потому, что они изготовлены из стекла и частенько бьются, а, может быть, и потому, что уже до этого придумали цифровые плотномеры, которые правильнее и быстрее выдают нужные сведения и довольно безвредны в применении. В результате плотность моторного масла всегда оказывается условной, чем бы её ни измеряли. Измерение выполняется при температуре 20 градусов. Термический режим замера прочих нефтяных продуктов отличается от машинной смазки, о стандартах можно узнать в таблице эталонных измерений. Например, смазка для авиационной техники содержит плотность, начиная от 880 вплоть до 905 кг/м³, для дизельных моторов – от 890 до 920 кг/м³, а для двигателей на бензине граница изменяется в пределах от 910 до 930 кг/м³.
Плотность синтетики и полусинтетики
По большому счёту показатели этой величины синтетических и полусинтетических автожидкостей довольно схожи. Различие заключается лишь в возможности изменять состояние. Полусинтетика, обладая минеральными частицами, перекрывает поршневую систему при невысоких температурах. Данные продукты уязвимы к тепловому воздействию.
Не взирая на то, что синтетика не так подвергается воздействию температуры, не каждый раз индекс плотности бывает оптимален. Зависит это от таких факторов:
- Объём и качество пакета добавок. В определённых случаях масса присадочных составляющих бывает вредоносной для мотора.
- На синтетические смазки отрицательно воздействуют предельные температуры и долгое постоянное эксплуатирование.
- В обстановках предельных температурных параметров появляется вероятность неисправности системы охлаждения, и защита двигателя становится безрезультатной.
- При высокой сумме данной продукции период её функционирования низок. Срок годности составляет 12 месяцев, затем жидкое вещество делается бесполезным.
- Большое число нелегальных продуктов на рынке.
Однако при всех минусах синтетические автомасла гарантируют достойный уровень защиты мотора.
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.
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.