Определение кинематической вязкости моторного масла

Цель работы: определить кинематическую вязкость масла при температу­рах 100°С, 50°С и 20°С; построить вязкостно-температурную характеристику

масла; определить значение ν₅₀/ ν₁₀₀, индекс вязкости и класс вязкости, к кото­рой принадлежит данное масло.

Теоретические сведения

Вязкость является одним из основных параметров, характеризующих экс­плуатационные свойства моторных масел.

Так как в двигателях внутреннего сгорания масло работает в широком диапазоне температур, необходимо, чтобы при рабочих температурах оно обла­дало достаточной вязкостью, обеспечивающей надежность масляного слоя, а при пониженных температурах имело бы хорошую подвижность и возможно меньшую вязкость.

Вязкость масел при понижении температуры возрастает, а при повышении - снижается. Особенно быстро вязкость изменяется при низких температурах. Чем более полого протекает вязкостно-температурная кривая, называемая вяз­костно-температурной характеристикой масла, т.е. чем меньше изменяется вяз­кость при изменении температуры, тем лучше будут эксплуатационные качест­ва масла.

Вязкостно-температурные свойства масел нормируются по стандарту ве­личиной кинематической вязкости при 100°С и максимально допустимым от­ношением кинематической вязкости при 50°С к кинематической вязкости при 100°С, а для зимних масел - предельными значениями вязкости при 0°С.

Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление пере­мещению одних слоев относительно других под действием внешних сил. Величину вязкости измеряют в динамических и кинематических единицах.

Единицей динамической вязкости является паскаль-секунда - динамиче­ская вязкость среды, касательное напряжение в которой при ламинарном тече­нии и при разности скоростей слоев, находящихся на расстоянии 1 м по норма­ли к направлению скорости, равной 1м/с, равно 1Па. Паскаль-секунда (Па×с) -значительна по своему размеру и, поэтому для выражения динамической вязко­сти жидкости, целесообразно применять дольную единицу - миллипаскаль-секунду (мПа×с). Так, например вода при 20°С имеет динамическую вязкость 1,01 мПа×с, ртуть - 1,59, бензол - 0,65,метиловый спирт - 0,59 мПа×с.

Вязкость моторных масел обычно выражают в единицах кинематической вязкости. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вяз­кости жидкости к ее плотности при температуре определения. Размерность ки­нематической вязкости – м²/с, мм²/с. В старых единицах (СГС) кинематическую вязкость измеряли в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт). Размерность стокса -см²/с. Вязкость дистиллированной воды при 20°С составляет 1сСт.

Для нефтепродуктов наиболее распространено определение кинематиче­ской вязкости с помощью капиллярных вискозиметров (рис.1).

Метод определения кинематической вязкости жидкости с помощью капил­лярных вискозиметров основан на том, что вязкость жидкости прямо пропор­циональна времени протекания одинаковых количеств через один и тот же ка­пилляр, обеспечивающий ламинарность потока.

Рис. 1 Прибор для определения кинематической вязкости.

Капиллярный вискозиметр представляет собой стеклянную U-образную трубку, в одном колене которой имеются два калиброванных объема, переходящих в капиллярную трубку, а в другом колене имеется расширенная ёмкость для нагревания масла. Вискози­метры калибруют на заводе-изготовителе, поэтому к каждому прибору прила­гается паспорт, в котором указан диаметр капилляра и постоянная вискозимет­ра «С», выраженная в сCт/с. Умножив постоянную вискозиметра на время в се­кундах движения жидкости из одного объема, получают значение кинематиче­ской вязкости при температуре определения, т.е.

где ν - кинематическая вязкость в сCт; С - постоянная вискозиметра, сCт/с; τ -время движения жидкости через капилляр, с.

Таблица 1

Параметры вискозиметра ВПЖ-1, ВПЖТ-1

Номинальное значение постоянной С, мм2/с2	Диапазон измерения вязкости, мм2/с	d				D±0,2	D1±1,0	Объем измерительного резервуара V, см3
		ВПЖ-1		ВПЖТ-1
		Номин	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.			ВПЖ-1	ВПЖТ-1
0,003	От 0,6 до 3 включ.	0,34	± 0,02	0,34	± 0,007	2,50	7,0	1,5±0,2	1,5±0,08
0,01	От 2 до 10 включ.	0,54		0,54	± 0,01			3±0,3	3,0±0,15
0,03	От 6 до 30 включ.	0,86	± 0,03	0,86	± 0,02	4,00		6,2±0,3	6,2±0,30

Рис.2. Вискозиметр: ВПЖ-1, ВПЖТ-1

Интенсивность изменения вязкости с повышением или понижением температуры определяется показателем, который называется индексом вязкости (ИВ). Он определяется путем сравнения вязкости данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно-температурные свойства одного из которых приняты за 100, а второго за 0 единиц. Индекс вязкости определяют по номограмме (рис.3) расчетным путем или по специальным таблицам. Для определения индекса вязкости по номограмме необходимо знать значения кинематической вязкости масла при температурах 50 и 100 °C. Чем выше индекс вязкости, тем более пологой кривой характеризуется моторное масло и тем лучше его вязкостно-температурные свойства (рис.3).

Рис.3. Номограмма для определения индекса вязкости масл

Таблица 2

Классы вязкости моторных масел

Таблица3 – Характеристика бензиновых масел

Показатель	Марка масла
	М-8-В2	М-10-В2	М-8-Г2	М-10-Г2	М-8-Г2к	М-10-Г2к	М-8-Дм1	М-10-Дм
Вязкость кинематическая, мм2/с: при 100 ºС при 0 ºС	7,5–8,5 1200	10,5–11,5 –	7,5–8,5 1200	10,5–11,5 –	7,5–8,5 1200	10,5–11,5 –	8,0–8,5 –	Не менее 1,1 –
Индекс вязкости, не менее	90	85	85	85	95	95	102	90

Таблица 4 – Соответствие вязкости по ГОСТ 17479.1-85 и SAE классификаций

Класс SAE	Россия	Назначение	Класс SAE	Россия	Назначение	Класс SAE	Россия	Назначение
0W	–	Зимние	20	6	Летние	5W/20	3з/8	Всесезонные
5W	3з		20	8		10W/20	4з/6
10W	4з		30	10		10W/20	4з/8
15W	5з		30	12		10W/30	4з/10
20W	6з		40	14		15W/30	5з/10
25W	–		40	16		15W/30	5з/12
			50	20		20W/30	6з/10
			60	–		20W/30	6з/12
						20W/40	6з/14
						20W/40	6з/16

Рис.4. Зависимость вязкости масла от температуры: в полулогарифмических координатах