Igen, tudom mi a viszkozitás! Vagy mégse?

A motorolajokkal kapcsolatban sokszor hangzik el a viszkozitás szó. Ez az egyik fő paraméter ami alapján a motorgyártó meghatározza a motorolajat. Alapvetően az az a 2 számból és egy betűből álló jelölés amit az olajos flakonon találunk. Pl.: 5W-30. De ez a viszkozitási osztályoknak csak az egyik típusa.

A motorolajoknál használt viszkozitásának több típusa is van és ezek közül az egyik a SAE J300 specifikáció által meghatározott osztályozás amit a flakonon is látunk. 

Egy másik típus viszont a HTHS viszkozitás amiről kevés szó esik, de a mai motorok által igényelt motorolajok esetében jelenleg ez az egyik legfontosabb mutató. 

 

Ebben a cikkben égy kulcsfogalmak fogunk megvizsgálni az autó olaj viszkozitás ával kapcsolatban.

1. Mi a viszkozitás?
2. Mi a Kinematikai viszkozitás
3. Mi a Dinamikus viszkozitás
4. Mi a magas hőmérsékletű, nagy nyírási viszkozitás, azaz a HTHS

Korábbi cikkünkben a motorolaj adalékokról és a motorolaj motorban ellátott feladatairól írtunk. Ezt a cikkünket IDE KATTINTVA olvashatja el.

 

1. Mi a viszkozitás, és mit jelent valójában a 0W-30 jelölés?

 

Vegyük elsőként  a az első részt ami ebben az esetben a 0W részt. A legtöbben tudjuk, hogy ez a hidegindítási besorolás és a motorolaj viszkozitását jelöli alacsony hőmérsékleti viszonyok esetén.. De hogyan számítják ki?

 

Először is, a W jelölés az angol Winter szóból ered ami a telet jelenti.

A jelölésben található második szám a 30, ami a motorolaj viszkozitását jelöli normál üzemi hőmérsékleten. Ezt 100°C-on tesztelik.

Jobban meg kell értenünk, mi a viszkozitás, mielőtt tovább lepnénk a mérési módszer meghatározásához.

A viszkozitás a folyadék áramlással szembeni ellenállása. Vagy leegyszerűsítve: azt mutatja, hogy milyen vastag vagy híg a folyadék adott hőmérsékleten? Vegyünk példaként a vizet és mézet. Mindegyik másképp folyik szobahőmérsékleten.

A másik fontos pont az, hogy az olaj egyre kevésbé folyik a hőmérséklet csökkenésével. 

Maradunk a mézes példánál. Tudom, hogy nem szoktunk mézet tenni a mikrohullámú sütőbe, de ennél a cikknél működik.

Az olaj kémikusok két különböző módon mérik a viszkozitást. Az első módszert kinematikus viszkozitásnak, a másodikat dinamikus viszkozitásnak nevezik. Mindkettő módszernek megvan a maga haszna.

 

2. A kinematikai viszkozitást: Ezt általában a második szám – példánkban 30 – mérésére használjuk.

Kinematikai viszkozitás – a normál üzemi hőmérsékleti viszkozitást méri 100°C-on.

A kinematikai viszkozitást centistokes cSt-ben mérik. Nevét egy Sir George Stokes nevű írről kapta az 1840-es évekből. (Lehet, hogy a motorolaj műszaki adatlapján mm2/s formátumban látható).

 

A tesztolaj esetében azt mérik, hogy az adott hőmérsékletű folyadéknak mennyi ideig tart áthaladnia egy teszt üvegcsövön. Ennél a mérési módszerrel csak a gravitációs erő hat a folyadékra. A magasabb viszkozitású olajnak tovább tart áthaladnia ezen a viszkoziméternek nevezett teszt berendezésen.

A kinematikai viszkozitás szemléltetésének egy másik kevésbé hiteles és egyszerűbb módja az, hogy fejjel lefelé fordítjuk a két üveg mézet. Az egyik üveg mézet a mikrohullámú sütőben melegítettük fel, a másik viszont szobahőmérsékletű. Vajon melyik éri el előbb a padlót?

Mindkét esetben, a laboratóriumban és a konyhában is, a gravitációs erő hat a folyadékokra..

A folyadék  viszkozitása csak akkor releváns, ha egy adott hőmérsékleten vizsgáljuk és hasonlítjuk őket. 

 

A SAE J300 táblázat (SAE: Society of Automotive Engineers) mutatja a viszkozitási fokozatok SAE által meghatározott tartományait. Az 100 °C-on mért kinematikai viszkozitása alapján kerül besorolásra minden motorolaj valamelyik viszkozitási osztályba. Látjuk például, hogy a 30-as fokozat viszkozitási tartománya 9,3 és 12,5 centistoke között van. Azaz minden olyan motorolaj aminek a 100 °C-on mért kinematikai viszkozitása 9,3 – 12,5 van az XW-30-as jelölésű.

 

És ebből az egy értékből is látszik, hogy attól mert két motorolaj 30-as jelölésű, attól még nagyon eltérhet a viszkozitásuk, mivel a viszkozitási osztályok elég tágak. Pl.: A 20-as osztály teteje és a 30-as osztály alja szinte megegyezik és ugyanez igaz a 30-as osztály tetejére és a 40-es osztály aljára.

 

Az alább található két 0W-30-as Shell motorolaj adatai a termékek műszaki adatlapjáról. Gyönyörűen látszik, hogy ameddig a Shell Helix Ultra 5W-30 100 °C-on mért kinematikai viszkozitása 12.1 cSt, addig a Shell Helix Ultra Professional AT-L 0W-30-é 9.5 cSt. 

 

 

 

Ne felejtsük el, hogy a motorkopások 75%-a a hidegindítás során keletkeznek. Emiatt érdemes körültekintően kiválasztani a használt motorolajat. Itt át is térünk a dinamikus viszkozitásra.

 

3. A dinamikus viszkozitás: Ezt a mérési módszert motorolaj első számának mérésére használjuk – példánkban 0W

 

A dinamikus viszkozitás a hidegindítási teljesítményt méri.

Ez az érték azt mutatja, hogy mekkora erő szükséges a motorolaj megkeveréséhez kb. -35°C-on. Visszatérve a mézes példához. Ha a fagyasztóból kivett méz keveréséhez nagyon nagy erő kell. A keverés során nem kizárt, hogy eltöröd a kanalat! 

Az olajat felkavaró erő a laboratóriumi tesztgépből származik. Az erő, amely felkavarja a mézet, a karodból származik.

A 0W hidegindítást nagyon hideg hőmérsékleten mérik, amikor az olaj magas viszkozitású lesz.

 

Két különböző teszt létezik ennek a mérésére:

 

Az egyik az alacsony hőmérsékleti indítási teszt – Ez azt demonstrálja, hogy  a motorolaj lehetővé teszi-e, hogy az indítómotor megforgassa a motorot és beindítsa a motort.

A második teszt az alacsony hőmérsékleti szivattyúzhatósági teszt – Ez azt mutatja meg, hogy elég folyékony az olaj ahhoz -, hogy az olajszivattyú pumpálni tudja.

 

Ezt a második tesztet egy nagyon hideg tél után vezették be 1980-ban. Az autók motorjai ugyan beindultak, de az olaj annyira meg volt dermedve, hogy  nem tudott körbefolyni a motorban. Elkerülhetetlen volt a katasztrofális motortörések sorozata.

Ahhoz, hogy egy motorolaj megkapja a  0 W-os besorolást, az olajnak át kell mennie mindkét teszten, a mínusz 35 °C-on alacsony hőmérsékletű indítási és a mínusz 40 °C-os alacsony hőmérsékletű szivattyúzási teszten is.

 

Amint az a fenti táblázatban látható, egy 0 W-s olajat sokkal hidegebb hőmérsékleten tesztelnek, mint mondjuk egy 20 W-st, ami a 70-es évek meghatározó 20W-50-es olaja volt, amely az 1970-es olaj volt. Ahogy látszik, egy 20W-s olaj hidegindítása sokkal rosszabb, mint egy 0W-s olajé.

A dinamikus viszkozitást centipoise cP-ben mérik. (Előfordulhat, hogy a Millipascal-másodperces mPa.s SI-mértékegység utal rá).

A Centipoise egy francia Jean Louis Poiseuille-ról kapta a nevét, aki szintén az 1840-es évekből származik.

 

Egy gyors összefoglaló a 0W-30-as olajunkról

 

Most már tudjuk, hogy a 0W-s hidegindítást nagyon hideg hőmérsékleten mérik, és két SAE-teszten is meg kell, hogy feleljen.

Az olajnak lehetővé kell tennie, hogy az indítómotor be tudja indítani a motort, másodsorban pedig elég folyékonynak kell lennie ahhoz, hogy az olajszivattyú át tudja pumpálni a rendszeren és megfelelő kenés alakuljon ki.

Ennek a mérésnek a viszkozitási módszere a dinamikai viszkozitás, és az értékét centipoise cP-ben mérjük.

A 30-as fokozatú olaj normál üzemi hőmérsékleti viszkozitásának a SAE diagram szerin 100 °C-on 9,3 és 12,5 centistoke közötti viszkozitási tartományban kell lennie.

Ennek a mérésnek a viszkozitási módszere a kinematikai viszkozitás és az értékét centistokes cSt-ben (vagy mm2/s) mérjük.

 

Most már látjuk azt, hogy hogyan viselkedik a motorolajunk nagy hidegben, illetve üzemi hőmérsékleten amikor az olaj hőmérséklete 100 °C. Ez nagyjából elegendő is volt a 200-es évek elejéig, de ahogy egyre több autó lett az utakon, egyre nagyobb a forgalom, egyre fejlettebbek a motorok, úgy új igények merültek fel a motorolajokkal szemben amiknek a mérésére új mérési szabványokat hoztak létre. Az egyik ilyen a HTHS viszkozitási érték lett.

 

A mai világban a motor élettartam elé került célként a károsanyag kibocsátás csökkentése és a HTHS is ezt hivatott megmutatni.

 

4. Magas hőmérsékletű, nagy nyírási viszkozitás, azaz a HTHS

 

A HTHS-viszkozitás nagyon fontossá vált az elmúlt néhány évben.

Minden az autógyártó a maximális üzemanyag takarékosságra törekszik. Ennek elérése érdekében a motorgyártók az olajgyártókhoz fordultak segítségért.

Az olajgyártók utánajártak a problémának, és rájöttek, hogy üzemanyag-megtakarítást lehet elérni, ha jobban megvizsgáljuk hogyan préselődik át az olaj a motor csapágyain keresztül.

A High Temperature High Shear HTHS viszkozitás a motor kenőanyagának viszkozitását méri 150°C-on, mindeközben a szűk tűréseket és a nagy felületi sebességgel mozgó alkatrészek közötti állapotot szimulálja. Különösképp szimulálva a csapágyak, a vezérműtengely, a főtengely és a dugattyúgyűrűk környéki állapotot nagy terhelés mellett.

A főtengely körüli extrém hő miatt az olaj viszkozitását a 150 °C-on mérik a HTHS viszkozitás meghatározásakor.

Speciális ultra alacsony viszkozitású motorolajat alkottak, amely könnyen átcsúszik a csapágyhézagon, és üzemanyag-takarékosságot biztosít. Teszi meindezt úgy, hogy  eközben véd a kopás ellen is. Minden gépjármű motorolajnak meg kell felelnie a vonatkozó SAE J300 HTHS viszkozitási szabványnak. Azonban az új motorolajok, különösen a 0W-20 0W-16 és 0W-8 már alacsony HTHS viszkozitási értékkel rendelkeznek, ami üzemanyag-megtakarítási előnyöket biztosít.

 

A SAE J300 táblázat utolsó oszlopa tartalmazza az adott viszkozitási osztály esetén elfogadható HTHS viszkozitást is.

 

Látható, hogy a 0W-20 olajoknak 150 °C-on legalább 2,6 centipoise-nak, a 0W-16-os olajoknak pedig legalább 2,3 centipoise-nak kell lenniük 150 °C-on. Mindezt az üzemanyag-fogyasztás maximalizálása jegyében van így.

Jelenleg az ACEA C5 olajok minimum 2,6 centipoise 150°C-on

Érdemes megjegyezni, hogy ezeket az olajokat speciális üzemanyag-takarékos motorokhoz tervezték. Semmi esetre se használja olyan motoroban, amit nem terveztek. Nem megfelelő motorban elégtelen kenést okozhat ami rosszabb esetben az olajfilm réteg hiányát eredményezheti és súlyos motorkopást okozhat.

 

https://youtu.be/q-KWcpaKQH0

 

A motorolajok nagy utat tettek meg a 10W-60 (pl.: korai BMW M széria gyárilag meghatározott viszkozitása) viszkozitástól. A SAE J300 táblázatban található 60-as fokozat 21,9-26,1 centistoke-os 100°C-os viszkozitással rendelkezik, és meglehetősen vastag, 3,7 centipoise a HTHS viszkozitása 150°C-on.

Hasonlítsuk össze ezt a legújabb 0W-8-as viszkozitású motorolajjal amelynek a viszkozitása 4 és 6,1 centistoke között van 100 °C-on, és a HTHS viszkozitása is szupervékony (1,7 centipoise 150°C-on), és potenciálisan akár 2-3% üzemanyag-megtakarítás érhető el egy 5W-30 viszkozitású motorolajhoz képest.

 

Meg kell említeni, hogy az ACEA vagy a gépgyártó által előírt OEM követelmények a mindig SAE J300 táblázatban szereplő SAE követelményeken felül állnak. Jóllehet, a gyártói előírások is ezekre az alapokra épülnek.

 

Az alábbi táblázat jól összegyűjti az eddig taglalt a 4 fogalmat

 

 

Pár érdekesség így a végére:

 

Minél magasabb azonos viszkozitású (pl. 5W-30) motorolaj HTHS viszkozitási értéke annál magasabb lesz a jármű fogyasztása, viszont magas üzemi hőmérséklet és terhelés mellett az magasabb HTHS jelölésű motorolaj vastagabb olajfilm réteget képez ami jobb kopás védelmet biztosít.

Visszafelé, azonos viszkozitású motorolajok esetén az alacsonyabb HTHS értkkel rendeklező motorolaj jobb üzemanyag takarékosságot biztosít, viszont magas üzemi hőmérséklet és terhelés mellett vékonyabb lesz az általa biztosított olajfilm vastagsága ami magsabb kopás kockázatot jelent.

Az alacsony HTHS értékű motorolajok esetében speciális kopáscsökkentő adalékokat használnak a kopási kockázatok elkerülésének érdekében. 

 

Ha esetleg az érdekli, hogy mi a víz dinamikus viszkozitása 20°C-on, akkor a válasz: 1 centipoise. Ami érdekes, hogy a modern motorolajok magas hőmérsékleten elérik a víz viszkozitását!

 

Az EU-ban és az USA-ban is a SAE 0W-20 motorolaj elterjedése a mai 20%-os részarányról várhatóan tovább emelkedik, és 2025-re a leg elterjedtebbé válik.

 

A HTHS érték a motorolaj viszkozitásának mértéke nehéz körülmények között. A meghatározott határértékek biztosítják, hogy a motorolajok még nagy teljesítményű motorok esetén is szakadásálló kenőréteget tartsanak fenn a csapágyfelületen magas hőmérsékleten és nagy fordulatszámon (nyírási stabilitás).

A HTHS mérésének mértékegysége mPas (millipascal másodperc). Ha a HTHS érték 3,5 mPas felett van, a HTHS viszkozitást normálnak kell minősíteni. A 3,5 mPas alatti HTHS-értéket csökkentett HTHS-viszkozitásnak nevezik.

A csökkentett HTHS viszkozitású motorolajokat speciális motorokhoz fejlesztették ki. Ezért csak akkor töltse ki, ha járművét az OEM erre jóváhagyta. A motorolajok HTHS viszkozitása fontos az ACEA besorolás szempontjából.

 

Az A1, A5 és B1, B5 osztályok HTHS-értékét 2,9-től max. 3,5 mPas (csökkentett HTHS viszkozitás).

Az A2, A3, B2, B3, valamint az E2, E3, E4 és E5 osztályokhoz 3,5 mPas feletti HTHS-érték szükséges (normál HTHS viszkozitás).

A C1 és C2 osztályok esetében a HTHS értékek ≥ 2,9 szükségesek.

A C5 osztály ≥ 2,6 és ≤ 2,9 mPas közötti HTHS-értékeket tartalmaz, és csak a 0w20 és 5w20 SAE osztályokhoz valósítható meg.

 

A cikket írta: Bajomi Vilmos „Olajos Vili”

 

Amennyiben kenéstechnikai tanácsra van szüksége, vagy segítségre szorul a megfelelő kenőanyagok kiválasztásában, úgy keressen bennünket következő elérhetőségeinken:

Tel: +3630 285 8781

e-mai: olajosvili@gmail.com