Причины изменения вязкости

Вязкость масла может расти от ряда причин, таких как полимеризация, окисление, испарение низкокипящих фракций и образование растворённого кокса и оксидов. Загрязнения, такие как вода, воздух, сажа, антифриз и добавление «неправильного» масла, могут также быть причиной роста вязкости масла. Давайте рассмотрим каждый из этих факторов в отдельности.

Полимеризация.Полимеризация основных компонентов масла может происходить, когда масло долгое время подвергается воздействию высоких температур. Базовое масло содержит вариации различных, но тесно связанных между собой, органических компонентов. Высокая температура может стать причиной того, что некоторые компоненты в результате химических реакция начнут «склеиваться» между собой, создавая высокомолекулярные тяжелые компоненты. Результатом этого становится значительное увеличение вязкости и точки кипения масла.

Окисление.Другой процесс, близко связанный с полимеризацией, это окисление, т. к. рост окисления также является следствием воздействия высокой рабочей температуры. Базовое масло может вступать в реакцию с атмосферным кислородом. Эта реакция известна нам под названием окисление. Она также может привести к полимеризации, но в то же время может содействовать образованию органических кислот в масле. В результате рост кислотности и вязкости и поэтому показатель деградации масла связывают с уменьшением TBN (Total Base Number )³.

На каждые 10 °C роста температуры удваивается значение окисления и, размышляя логически, вполовину уменьшается срок службы масла. Это не так страшно как звучит, т. к. в масла добавлены присадки, которые борются с воздействием высокой температуры и образованием кислоты. Вопрос, который часто задают: «Какую максимальную температуру выдержит это масло?». К сожалению, ответа нет, т.к. срок службы масла зависит не только от рабочей температуры, но и от времени тоже. Итак, что нам нужно знать, так это как горячо и как долго? Моторное масло могло бы «спокойно» отработать при 150 °C час или около того, но сильно деградировать при 100 °C за более долгий промежуток времени.

Образование растворённых в масле кокса и оксидов.Также связан с окислением процесс образования растворённых в масле кокса и оксидов. Высокая рабочая температура может стать причиной образования различных компонентов, которые растворены в масле. Сажа образуется, когда масло частично окислилось, также могут образовываться другие продукты деградации масла, которые способствуют росту вязкости масла. Этот эффект может быть достигнут просто в результате долгой эксплуатации масла – даже лучшие масла не вечны.

Потеря низкокипящих фракций.Высокая рабочая температура может также быть причиной термической деградации масла и без присутствия кислорода. Как уже было сказано, базовое масло состоит из различных, тесно взаимосвязанных, компонентов. Эти компоненты имеют различную испаряемость (точку кипения). Если масло подвергается нагрузкам длительный период, они выше нормы, но нет воздействия высокой температуры, тогда компоненты с более низкой точкой кипения будут испаряться. Этот процесс известен как испарение низкокипящих фракций. Эти более испаряющиеся компоненты также являются частью масла, имеющей более низкую вязкость, таким образом, потеря этой фракции ведет к росту вязкости.

Загрязнения.Загрязнения также играют роль в росте вязкости. Вода может иметь более низкую вязкость, чем масло, но когда вода и масло смешаны, то возможна реакция с базовым маслом и, что более важно, с присадками. Могут формироваться стабильные эмульсии, которые образовывают компоненты увеличивающие вязкость масла. Вода также является еще одним источником кислорода, который может усиливать окисление при определенных обстоятельствах. Реакция воды с маслом и его присадками известна как гидролиз. Небольшое, но измеряемое количество воды может растворяться в масле, затем образовываются эмульсии и, наконец, свободная вода видна в масле. Величина воды в каждой фазе зависит от базового масла, химии присадок и температуры масла.

Воздух может находиться в масле в растворённом и свободном виде. Он также может засасываться в масло (эквивалент эмульсии) и образовывать пену. Воздух действует как поставщик кислорода и, если он хорошо смешан с маслом, он будет усиливать реакцию окисления, что загустит масло.

В идеале сгорание ископаемого топлива, такого как дизельное топливо или бензин, приведет к образованию диоксида углерода, паров воды и ничего кроме этого. Но мы живём в реальном мире, где топливо содержит примеси, а процесс сгорания не проходит со 100% эффективностью. Неполное сгорание ведёт к частично окисленному топливу, которое превращается в сажу, накапливающуюся в масле. Вот почему дизельные моторные масла становятся чёрными после короткого периода времени. Ещё раз, масла разработаны с присадками, чтобы работать с определённым количеством сажи, но как только предел будет достигнут, появление любого количества сажи будет увеличивать вязкость масла. Это явление известно как шламообразование, с которым многие из вас возможно знакомы.

Загрязнение охладителем не только причина проблем связанных с присутствием воды, если охладитель содержит гликоль, то это ведет к чрезвычайно вредному воздействию на масло, и может стать причиной резкого загущения масла в очень короткий срок.

Простейший способ увеличить вязкость масла это добавить другое масло, имеющее более высокую вязкость. Заливка обычного SAE 10W с 20% SAE 50 увеличила бы вязкость на 35%. Наконец, если вы хотите увеличить вязкость вашего масла, просто забудьте его поменять. Все эффекты, здесь перечисленные, со временем только усугубляются. Чем дольше эксплуатируется масло, тем больше оно деградирует и обычное следствие этого - увеличение вязкости. Запомните, что присадки в вашем масле приносятся в жертву. Один раз они делают свою работу и всё. Они не могут быть восстановлены - масло не может служить вечно.

Так что за последствия высокой вязкости? Высокая вязкость может создать вязкостное торможение. Оно создаёт больше трения, которое, в свою очередь, создает теплоту, которая будет ускорять процесс окисления – в результате порочный круг в противоположность вязкостному кругу. Недостаточный подвод смазки к подшипникам, кавитация, вспененное масло в шейке вала, потери энергии и мощности, низкие антипенные и деэмульгирующие характеристики, задержка жидкости в сливной линии и недостаточная прокачиваемость при холодном старте могут также быть результатом возросшей вязкости. Сказав все это, надо упомянуть, что часто масло со слишком низкой вязкостью, может нанести механизмам вреда больше, так что же может быть причиной снижения вязкости?

Причин для снижения вязкости масла меньше, ведь масло более «расположено» к росту вязкости, т.к. это естественная физическая и химическая возрастная тенденция.

Вязкость масла может также падать из-за загрязнений, большинство источников которых это разбавление с топливом. Самый серьёзный эффект смешения с топливом случающийся с маслом это уменьшение вязкости масла и в результате потеря несущей способности масла. Это означает, что масляная пленка слишком тонка, для того чтобы не давать соприкасаться движущимся металлическим поверхностям, и какая-либо поломка или заедание неизбежны. Очевидно, что серьёзность поломки и время до неё будет зависеть от таких вещей как применение, окружающая среда, нагрузка, период смены масла, техническое обслуживание и др. Есть жёсткое эмпирическое правило: растворение в масле 8,5% топлива снизит вязкость масла SAE 15W-40 на 30% при 40 °C и на 20% при 100 °C.

Другой эффект менее очевидный и не такой серьёзный это то, что топливо, в отличие от масла, не содержит каких-либо присадок, так если у вас растворено в масле 10% топлива, то вы имеете снижение концентрации пакета присадок на ту же величину. Это становится серьёзной проблемой, когда растворение топливом действительно велико.

Вязкость также может быть снижена добавлением растворителей, используемых как промывающие или моющие агенты. Растворители могут также попасть в двигатель вместе с некачественным топливом. Холодильные компрессоры могут быть загрязнены охлаждающим газом (хладагентом), который понижает вязкость, как будет понижать любой другой технологический газ, который начнет растворяться в смазочном материале в любом другом месте на производстве.

Наконец, как в случае с ростом вязкости, вязкость масла может быть понижена путём добавления менее вязкого масла. Добавление 20% масла SAE 10W в масло SAE 50 снизит вязкость величину близкую к 30%.

Последствия низкой вязкости.Так что за последствия низкой вязкости? Чрезмерный износ, из-за потери несущей способности масла, которая уже упоминалась в связи с топливным разбавлением. Потери энергии и рост сил трения из-за контакта металла по металлу. Возрастание механического трения увеличивает величину создаваемого тепла и, таким образом, рост вероятности окисления. Одна из функций смазочного материала состоит в том, чтобы разделять трущиеся поверхности, быть как бы прокладкой между ними; низкая вязкость этому не способствует, также могут стать проблемой внутренние и внешние утечки. Маловязкие масла также более чувствительны к загрязняющим частицам, т.к. смазывающая плёнка слишком тонка. Наконец, гидродинамическая плёнка, в идеале, зависит от скорости, вязкости и прилагаемой нагрузки. Это означает, что если вязкость низкая, то применение высокой нагрузки в сочетании с низкой скоростью может привести к разрыву масляной пленки.

Измерения при 40 °С и 100 °С.Индустриальные стандарты диктуют, что температура при которой должна измеряться вязкость это 40 °C и 100 °C. Какая разница в свойствах при этих температурах? Измерение при 40 °C полезно для раннего определения окисления, полимеризации и перегрева масла. При этой температуре также хорошо определять загрязнения, такие как топливо и хладогенты, которые снижают вязкость. Добавление масел различной вязкости более заметно при низкой температуре. Имеет смысл делать измерения вязкости при температуре близкой к рабочей для оборудования. Для оборудования работающего при температуре близкой к окружающей, вязкость должна измеряться при 40 °C. Очевидно, что работать инструментами для измерения вязкости, при температуре близкой к окружающей, легче, особенно в поле или на производстве.

Измерения при 100 °C имеют преимущества при определении снижения индекса вязкости и лучше подходит для компонентов которые работают при высоких температурах, таких как двигатели внутреннего сгорания. Обе температуры могут применяться тогда, когда важно определить значение или изменение VI, и где необходимо получить много показателей. Обычно, все образцы измеряют на вязкость при 40 °C, но для двигателей внутреннего сгорания также необходимо измерять вязкость при 100 °C.

Просто замена масла, потому что вязкость слишком большая или слишком низкая, не заставит проблему исчезнуть, требуется активный поиск неисправности.

Если вязкость слишком велика, проверьте:

· рабочую температуру;

· эффективность сгорания;

· присутствие воды или гликоля;

· наличие воздуха в масле;

· процедуру заливки масла.

Если вязкость слишком низкая, проверьте:

· исправность системы питания;

· наличие значительных сил сдвига;

· наличие высокой температуры вызывающей термический крекинг;

· загрязнение растворителем или растворенным газом;

· процедуру заливки масла.

Как было ясно показано, много чего может пойти не так с вязкостью масла, по многим причинам, и все они сигнализируют и являются следствием различных неисправностей. Держите вязкость масла в допустимых пределах и как результат получите хорошо работающее оборудование, устраните внезапные отказы, получите низкую стоимость работы оборудования и меньший расход запасных частей, уменьшите простои и увеличите прибыль. Убедитесь, что вязкость наблюдается регулярно, чтобы любая проблема могла быть устранена до того когда она превратится в катастрофу.

Компьютерный способ определения качества моторного масла.Он относится к диагностированию дизельных двигателей автотранспортных и военных машин, в частности к способам определения качества моторного масла с применением компьютера. Способ определения качества моторного масла заключается в том, что на лист фильтровальной бумаги наносят каплю масла, взятую щупом из системы смазки двигателя внутреннего сгорания. После получения пятна на бумаге фиксируют его внешний вид с возможностью ввода полученной информации в компьютер и сравнивают его при помощи компьютера с внешним видом эталонных пятен, предварительно введенных в компьютер, на основании чего определяют качество масла. Эталонным пятнам, введенным в компьютер, присваивают соответствующую наработку масла с начала эксплуатации. Фиксируют наработку оцениваемого масла с начала эксплуатации при сравнении оцениваемого пятна с эталонным, а при фиксации наработки одновременно определяют его остаточный ресурс. Такое выполнение повышает информативность результатов оценки качества масла, а также снижает затраты труда на его определение.

Известен способ определения качества моторного масла по пятну на фильтровальной бумаге, при котором на фильтровальную бумагу наносят каплю масла, взятую щупом из системы смазки. При этом характеристики качества масла находят по отношению наружного диаметра пятна к внутреннему диаметру внешнего кольца пятна, а также по отношению внутреннего диаметра внешнего кольца пятна к диаметру его ядра.

Недостатки указанного способа: полученные пятна часто не имеют четкой формы круга, что существенно влияет на определяемые характеристики качества масла и, следовательно, на достоверность результата его проверки.

Существует способ определения качества масла на основе сравнения пятна оцениваемого масла с эталонными пятнами.

Недостатки этого способа: сравнение пятен производят визуально, что также снижает достоверность результатов оценки качества масел. При этом отсутствует возможность быстрого ввода информации в компьютер.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является компьютерный способ оценки качества моторного масла, при котором после получения пятна оцениваемого масла фиксируют его внешний вид с возможностью ввода полученных данных в компьютер. Затем вводят их в компьютер и сравнивают при помощи компьютера с внешним видом эталонов, предварительно введенных в компьютер.

Недостатком известного способа является то, что он мало информативен. В частности, этот метод не позволяет получить данные об остаточном ресурсе масла.

Сущность компьютерного способа заключается в следующем. Эталонным пятнам, введенным в компьютер, присваивают соответствующую наработку масла с начала эксплуатации. Затем фиксируют наработку оцениваемого масла с начала эксплуатации при сравнении оцениваемого пятна с эталонным. При фиксации наработки оцениваемого масла одновременно определяют его остаточный ресурс. В результате получают дополнительную информацию о состоянии масла, в соответствии с которой корректируют очередной срок проверки масла, а это позволяет снизить затраты труда на определение его качества.

На практике предложенный способ определения качества моторных масел может быть осуществлен следующим образом. Получают внешний вид эталонных пятен масла и вводят их в компьютер. Для этого, например через каждые 50 моточасов работы двигателя, на фильтровальную бумагу наносят каплю масла, взятую из системы смазки. Выдерживают ее установленное время. Затем с помощью цифрового фотоаппарата или другого электронного средства фиксируют внешний вид каждой полученной капли и вводят эту информацию, а также наработку масла в компьютер. Таким же образом получают и вводят в компьютер информацию о свежем масле. В результате имеют в компьютере банк информации эталонных пятен масла, показатели качества которого находятся в интервале от номинальных до предельных значений. По такой же методике получают и вводят в компьютер данные о внешнем виде проверяемого масла. Компьютер из множества эталонных пятен выбирает то пятно, которое по информационной характеристике наиболее ближе подходит к проверяемому. Данные найденного эталонного пятна, например наработка с начала эксплуатации и остаточный ресурс, появляются на дисплее компьютера. Они наиболее точно соответствуют данным проверяемого масла. Полученная информация автоматически сохраняется и используется в дальнейшем для решения поставленных задач диагностирования.

Перечень приборов теплотехнической лаборатории по анализу масла:

• Спектрометры «Барс-3» и «Спектроскан».

• Калориметрическая установка для определения содержания серы в топливе, масле.

• Прибор ЛК для определения температуры каплепадения.

• Прибор ЛП для определения пенетрации.

• Прибор К-2 для определения предела прочности смазок.

• ИКА «ОСМА-220».

• pH-метр «pH-150».

• Весы лабораторные.

• Сушильный шкаф, аппарат фракционного состава, термостат ЛТН-01.

• Барометр- анероид БАММ-1.

• Гигрометр ВИТ-2.

• Приборы определения вязкости.

• Вискозиметры ВПЖ, ВНЖТ, пружинный, «Вискомар».

• Анализатор жидкости «Флюорат 02-3М» для определения показателей загрязненных компонентов в воде.

• Прибор ЛАЗ-93 для определения температуры застывания масла и топлива.

• Центрифуга лабораторная для определения механических примесей в маслах, топливе, смазках.

• Прибор ТВ-2 для определения температуры вспышки масла и топлива в открытом тигле.

• Аппараты АКОВ для определения массовой доли воды в масле, топливе и смазках.

• Приборы определения количества воды в топливах.

• Прибор вспышки в закрытом тигле ПВНЗ.

• Термометры стеклянные.

• Газоанализаторы.

• Прибор «SHATOX» для определения октанового, цетанового числа и температуры застывания дизельного топлива.

Основные виды работ:

1. Анализ качества топлива - дизельного, ТСМ, мазутов М40, M100, IFO, MFO, RMD. RMC, RME, а также бензинов и керосинов.

2. Анализ качества смазочных масел - моторных для дизелей и бензиновых двигателей, турбинных, трансмиссионных, гидравлических, компрессорных для воздушных компрессоров, индустриальных, термальных и пр., а также пластичных смазок типа солидола, Литола и др.

6. Анализ качества природной воды из скважин, колодцев и т. п., что позволяет дать заключение о пригодности воды для питья, мытья или для технических, поливочных целей.

7. Анализ качества технической воды - котловой парогенераторов, питательной, добавочной, охлаждающей воды дизелей.

9. Анализ состава накипей, нагаров, отложений, образующихся при эксплуатации судового энергооборудования - необходим для расследования и устранения причин образования отложений и способов их очистки.

10. Проверка пригодности судовых переносных газоанализаторов, подлежащих обязательной проверке. Это газоанализаторы для определения содержания кислорода, взрывоопасных газов, углеводородов нефти, сероводорода, угарного газа, токсических и других вредных и опасных газов.

В лаборатории имеется набор жидких стандартных реактивов для выполнения на судне экспресс-анализов воды на содержание хлоридов, щелочного числа, жесткость и содержание присадок в воде.

 

Лабораторный анализ моторного масла автомобиля «Лада Ларгус».Был проведен анализ моторного масла первой заливки 16-ти клапанного двигателя Renault устанавливаемого в Lada Largus. В самом начале эксплуатации (март 2013) при пробеге 25 км сливали излишки масла. Именно это мало было направлено в лабораторию «Oil-Club.ru» для выявления его характеристик.

От пресс-центра АВТОВАЗа был получен документ, в котором говорится, что в двигатели, устанавливаемые в «Лада Ларгус» залито моторное масло Shell PC 1021 (ЗАО "Шелл Нефть" г. Москва).

Какое же масло на самом деле в двигателе Lada Largus.

В результате анализа масла было выявлено - масло первой заливки «Лада Ларгус» очень хорошего качества, с отличными низкотемпературными свойствами. По результатам анализа SAE масла: 0W-30 или 0W-20.

Комментарии эксперта «oil-club.ru»:

- Мы сначала думали, что это 5W30, но сейчас после анализа посмотрев на CCS при -30 ⁰С = 1800, пурпоинт -50, индекс вязкости 182, вязкость при 100 ⁰С около 9 - мне лично говорит о том, что это масло 0W20. Вот на чем обкатывают «Лады Ларгус», на этом масле можно хоть в Сибирь уехать ничего не будет.

 

Сравнительный анализ масла первой заливки «Лада Ларгус» с маслами Elf.

 

Комментарии представителя АВТОВАЗа по данному исследованию:

- Наши специалисты не видят в данном исследовании каких-либо проблем. Масло признано качественным. Относительно того замечания, что масло якобы не SAE 5w-30, а "жиже", типа SAE 0w-xx. Масло на двигатель, который был установлен на Largus, заливается в Испании и на АВТОВАЗ двигатель приходил уже заправленным маслом. Действительно, по нашим данным масло Shell PC1021 довольно "жидкое" и по стандарту SAE J300 нормы на масло класса вязкости SAE 5w-30 выполняет с запасом. В автомобильном мире не принято самостоятельно назначать класс вязкости конкретному маслу. Если производитель масла позиционирует его как SAE 5W-30, то так его и следует воспринимать. Никто не скажет, что если масло удовлетворяет требованиям SAE 0w-30, то так его и нужно воспринимать вопреки товарному обозначению.

- Еще один момент по вязкости: указано, что низкая вязкость при положительной температуре (при 100 ⁰С). Требования стандарта SAE J300 на масло класса вязкости SAE 5w-30: 9,3-12,5 мм²/с. У конкретного образца из автомобиля получили 8,94 мм²/с. Предполагаем, что масло "разжижено-разбавлено" бензином. Значительное количество бензина попадает в моторное масло двигателя при "холодных" пусках (даже при положительных температурах) и последующем прогреве двигателя. В это время двигатель работает в неоптимальном режиме с повышенной подачей бензина для поддержания требуемой частоты вращения коленвала и мощности. Соответственно в масло попадает значительное количество бензина. При последующем движении автомобиля и с прогревом двигателя бензин или часть его испаряется из моторного масла и уносится системой вентиляции картера на впуск двигателя. И этот процесс многократно и ежедневно повторяется при эксплуатации автомобиля. При изготовлении же автомобиля проводится большое количество "холодных" пусков (10-20). При этом автомобиль проезжает несколько метров (с конвейера на конвейер, при погрузке, сгрузке, у дилера и т.д.) и двигатель выключается. Такие пуски и движение с непрогретым двигателем приводят к накоплению бензина в масле, что и приводит к снижению вязкости масла. Ничего страшного от наличия бензина (качественного бензина первой заправки! Поддельные бензины часто приводят к разложению или сворачиванию моторного масла!) в масле нет.