Ebben a cikkben a motorolaj viszkozitásával kapcsolatos olyan fogjunk megvizsgálni, mint például, hogy mi a viszkozitás, mi a Kinematikai és a dinamikus viszkozitás, mit jelent a flakonon található viszkozitási szám, vagy miért fontos a motorolaj viszkozitási indexe.

 

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

 

A viszkozitás

Egy folyadék viszkozitása a folyadék folyással szembeni ellenállását jelöli. Amikor külső erők, például gravitáció, hatnak egy folyadékra, a folyadékban lévő molekulák elkezdenek egymás ellen mozogni, ami molekuláris szintű súrlódást eredményez, amely ellenáll az áramlásnak. Minél nagyobb a belső súrlódás, annál nagyobb a folyadék viszkozitása. Az, hogy a folyadék viszkozitása hogyan reagál a hőmérséklet- és nyomásváltozásokra, meghatározza, hogy egy folyadék mennyire tudja ellátni a kenőanyag alapvető funkcióit.

A kenőanyag-alapolajok hűlésük során besűrűsödnek, és megszilárdulnak, ha a hőmérséklet egy bizonyos küszöbérték, az úgynevezett dermedéspont alá esik. A sűrítés növeli a kenőanyag teherbíró képességét, de keringési képessége jelentősen romlik. Másrészt a kenőanyagok hígulnak hevítéskor, ami csökkenti a teherbíró és a fém-fém érintkezek megakadályozásának képességét.

Az extrém nyomás csökkentheti a viszkozitást is, amelyet mechanikai nyírásnak neveznek, ami csökkenti a kenőanyag film szilárdságát és a fém-fém érintkezést és kopást megakadályozó képességét. Ha azonban nagyobb viszkozitás választásával próbálják ezt ellensúlyozni, az olaj éhezést okozhat, mivel az nem fog szabadon átfolyni a kisebb járatokon. A megfelelő viszkozitás a tervezett alkalmazáshoz kritikus fontosságú az olaj megfelelő keringésének és nyomás alatti megfelelő filmszilárdságának biztosításához.

Egyszerűen fogalmazva, a viszkozitás a folyadék belső súrlódásának vagy áramlási ellenállásának mérése. A kenőanyag viszkozitási tartományát jellemzően kinematikai és dinamikus osztályozási rendszerrel jelzik, például az Autómérnökök Társasága (SAE) vagy a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) által létrehozott rendszerrel.

 

A kétfokozatú motorolaj viszkozitása

A kétfokozatú motorolajok viszkozitásának meghatározására egy két számból és egy betűből álló kombinációt használunk, ami lehet 5W-30, 5W-40, 0W-30 és így tovább. Mind ismerjük ezeket a jelöléseket és általában ez alapján választjuk ki a jármű motorolaját. Egy 0W-30 viszkozitású motorolajon keresztül bemutatjuk, hogy valójában mit jelentenek ezek a számok.

Vegyük elsőként  a az első részt ami  ebben az esetben a 5W részt. A legtöbben tudjuk, hogy ez a hidegindítási besorolás és a motorolaj viszkozitását jelöli alacsony hőmérsékleti viszonyok esetén. 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.

Egy pillanatra térjünk vissza a folyadékok viszkozitásához, mielőtt tovább lepnénk a motorolajok viszkozitás 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, illetve ahogy emelkedik a hőmérséklet egyre hígabbá válik.

 

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.

 

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

Kinematikai viszkozitás – a motorolaj 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 viszkozitása 9,3 – 12,5 van az XW-30-as jelölést fog kapni.

 

És ebből az egy értékből is látszik, hogy attól mert két motorolaj 30-as jelölésű, attól még nagyon eltérhet a viszkozitásuk üzemi hőfokon, mivel a viszkozitási osztályok elég tágak. Pl.: A 20-as osztály teteje és a 30-as osztály alja szinte megegyezik (xW-20 => 9.2 cSt / xW-30 => 9.3 cSt) és ugyanez igaz a 30-as osztály tetejére és a 40-es osztály aljára is (xW-30 => 12.4 cSt / xW-40 => 12.5 cSt).

 

Alább található két 0W-30-as Shell motorolaj paraméterei 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. 

 

 

 

Ahogy a korábban már írtuk, a motorkopás 75%-a a hidegindítás során keletkezik. Emiatt érdemes körültekintően kiválasztani a motorolajat. Itt át is térünk a dinamikus viszkozitásra.

 

A dinamikus, vagy abszolút viszkozitás: Ezt a mérési módszert motorolaj első számának mérésére használjuk – példánkban 0W

A motorolaj dinamikus viszkozitását a hidegindítási teljesítmény jelölésére használják. A dinamikus viszkozitás a kenőanyag áramlással szembeni ellenállása, amelyet ellenállással mérnek. Képzelje el, mekkora energia szükséges egy szilárd tárgy átmozgatásához a folyadékon. A víz felkeverése kevesebb energiát igényel a mézhez képest, mivel a víz dinamikus viszkozitása alacsonyabb.

Ez az érték azt mutatja, hogy mekkora erő szükséges a motorolaj megkeveréséhez kb. -35°C-on. Visszatérve a mézes példához. A fagyasztóból kivett méz keveréséhez nagyon nagy erő kell. 

 

A hidegindítási tulajdonság meghatározására két mérési módszer létezik és általában ezek együttes értékei alapján kerülnek besorolásra a motorolajok az egyik vagy a másik osztályba.

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

 

Foglaljuk össze, hogy mit jelent a 0W-30-as jelölés egy motorolaj esetében

Most már tudjuk, hogy a 0W-s hidegindítást nagyon hideg hőmérsékleten mérik, és két SAE-teszten is meg kell, hogy feleljen. Minél alacsonyabb ez a szám, annál kedvezőbb a motorolaj hidegindítási tulajdonsága. Az olajnak nagyon hidegben is biztosítania kell, hogy az indítómotor be tudja indítani a motort, másodsorban pedig elég folyékonynak kell maradnia ahhoz, hogy az olajszivattyú át tudja pumpálni a rendszeren és megfelelő kenés alakuljon ki a motorban.

A 30-as fokozatú olaj normál üzemi hőmérsékleti viszkozitásának a SAE diagram szerin 100 °C-on  és 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.

 

Viszkozitási index

A motorolajok esetében használnak még egy a viszkozitás szempontjából fontos jelölést. Ez nem más, mint a motorolaj viszkozitási indexe. Attól függően, hogy milyen minőségű alapolajból készül egy motorolaj, úgy lehet magasabb vagy alacsonyabb a viszkozitási indexe még abban az esetben is, ha mindkét motorolaj 5W-30-as.

A motorolaj viszkozitási indexe (VI) arra utal, hogy a folyadék viszkozitása mennyire változik a hőmérséklet hatására. A magas VI (jóval 95 felett) azt jelzi, hogy a folyadék viszkozitása kevesebb változáson megy keresztül a hőmérséklet-ingadozások miatt, míg az alacsony VI viszonylag nagy viszkozitásváltozást jelez.

A hagyományos ásványolaj viszkozitási indexe 95 és 100 között van. A nagymértékben finomított ásványolaj VI értéke akár 120 is lehet. A hidrokrakkolt alapolaj VI-értéke nagyobb, mint 120, míg a teljesen szintetikusé sokkal magasabb, akár 160-180 körüli is lehet.

A magas VI-értékkel rendelkező folyadékok szélesebb hőmérséklet-tartományban nagyobb védelmet nyújtanak a kritikus alkatrészek számára azáltal, hogy fenntartják a folyadék vastagságát és a szükséges folyadékgátat az alkatrészek között. A viszkozitási index teszt (ASTM D2270) a folyadék kinematikai viszkozitásán alapul 40°C és 100°C hőmérsékleten.

A szintetikus motorolajok általában sokkal magasabb VI-számmal rendelkeznek, mint a hagyományos motorolajok, ami azt jelenti, hogy jobb védelmet nyújtanak a kritikus alkatrészek számára szélesebb hőmérséklet-tartományban.

 

Viszkozitási index diagram

Az alábbi diagramon látható, hogyan változik két különböző kenőanyag viszkozitása a hőmérséklethez képest. A magas VI-értékkel rendelkező kenőanyag lejtése vízszintesebb: a viszkozitás stabilabb marad szélesebb hőmérsékleti tartományban. Ez azt jelenti, hogy a magasabb viszkozitási indexű kenőanyag kívánatosabb, mert szélesebb hőmérsékleti tartományban stabilabb kenőfilmet biztosít.

 

Mitől függ egy motorban a használható motorolajok viszkozitása

Egy motor esetében a felhasználható motorolaj viszkozitásának meghatározásakor két dolgot vesznek alapul. Az egyik, hogy mindig legyen megfelelő olajfilm réteg a felületeken, a másik, hogy mindig legyen megfelelő olaj áramlás a működés során keletkező hő eltávolításának érdekében.

Anélkül, hogy  mélyebben belemennénk, muszáj említést arról, hogy a legtöbb motorgyártó által követett tipikus szabály az, hogy a csapágyhézag határozza meg a felhasznált olaj viszkozitását egy adott olajhőmérséklet-tartományon belül. Általában minél szűkebb a csapágyhézag, annál alacsonyabb viszkozitást tud használni a motor, míg a nagyobb hézagokhoz vastagabb olajra van szükség.

 

Azért fontos erről beszélni, mert az előírttól eltérő viszkozitású motorolaj használata nagyon sok műszaki meghibásodást okozhat egy motorban, mivel a motorolaj viszkozitása egyrészt meghatározza az olajfilm vastagságát, másrészt meghatározza a folyadék áramlási sebességét egy adott hőmérsékleten.

Ahogy már beszéltük, az alacsony viszkozitású motorolaj ugyanazon hőmérsékleten vékonyabb és gyorsabban folyik, mint egy magasabb viszkozitású motorolaj.

Ez azért fontos, mert az olajfilm vastagsága meghatározza, hogy adott hőmérséklet mellett egyrészt milyen csapágyhézagon tud átjutni, másrészt a folyadék áramlási sebessége meghatározza, hegy egységnyi idő alatt hányszor képes körbejárni a motort és ezáltal mekkora hőt tud elvonni a hűtést igénylő felületekről a hűtő felületekre.

 

Az előírtnál magasabb viszkozitású motorolaj használata magas olajfogyasztás esetén

Megfelelő viszkozitású motorolaj használata mellett az olajfogyasztásért nagyon kis százalékban felelős a motorolaj. Az olajfogyasztást általában a motor kopása, vagy a dugattyúk gyűrűzónájában található kokszos lerakódás okozza. Sok esetben az olajfogyasztás csökkentésének érdekében az előírtnál magasabb viszkozitású motorolaj használatára váltanak, mert logikusan gondolkozva, a vastagabb olaj jobban tömít és így csökkenti az olajfogyasztást.

Ez részben igaz is lehet és rövid távon tényleg okozhatja a vastagabb olaj az olajfogysztás csökkenését, de a motorolaj nem folyékony szerelő és nem fogja megoldani az alapvető problémát, csak kezeli a tüneteket rövid távon.

A gond ezzel, hogy az előírtnál magasabb viszkozitású motorolaj használata sokkal több problémát okoz és további motorkopáshoz vezet, ugyanis egyrészt, mivel ugyanazon üzemi hőfok mellett vastagabb az olajfilm, csak nehezebben vagy egyáltalán nem tud bejutni a kisebb csapágyhézagokba ami a csapágyak nem megfelelő kenéséből keletkező kopását okozza. Másrészt mivel vastagabb és sűrűbb, lassabban folyik és emiatt nem látja el megfelelően a hűtési funkcióját, másrészt megnövekedett olajnyomáshoz vezethet az olajrendszerben, ami viszont szintén megnöveli a motor hőmérsékletét így a motor egyes felületeinek a túlmelegedéséhez és olaj iszap és kokszos lerakódás kialakulásához vezethet, ami elégtelen kenést és további motorokopást okozhat.

 

Elégtelen olajnyomás eltérő gyártók azonos viszkozitású motorolajai esetén

Sokszor felmerül kérdésként, hogy miért van az, hogy X gyártó motorolaját használva megfelelő az olajnyomás, amíg Y gyártó motorolaját használva felvillan az alacsony olajnyomást jelző lámpa.

A kérdésre nagyon nehéz egzakt választ adni és sok esetben egyedileg szükséges megvizsgálni az esetet.

Az olajnyomást alapvetően 3 dolog határozza meg:

1. Olajpumpa állapota
2. Hőmérséklet
3. A motorolaj viszkozitása adott hőmérsékleten

Mivel az olajnyomás szempontjából a motorolajnak csak a viszkozitása a fontos paraméter nem igazán fordulhat elő, hogy ugyanolyan viszkozitású motorolajok esetében ugyanaz az olajpumpa eltérő olajnyomást produkál. Hacsak mondjuk idősebb a jármű, az olajszivattyú már egy picit kopott és a működése nem 100%-os, plusz a két motorolaj viszkozitása eltérő. Tegyük fel, hogy mindkét motorolaj 5W-30-as, de az egyik a 30-as viszkozitási osztály felső szélén helyezkedik el 12.4 cSt viszkozitással, míg a másik a 30-as viszkozitási osztály szélén található 9.4 cSt viszkozitással. Ebben az esetben előfordulhat, hogy az olajpumpa még elégséges olajnyomást biztosít a magasabb kinematikusviszkozitási értékű 5W-30-as motorolajjal, mint az alacsonyabbal. Vagy, mondjuk az egyik olaj esetében a környezeti hőmérséklet jelentősen alacsonyabb, mint a másik esetében, ugyanis a magasabb környezeti hőmérséklet magasabb üzemi hőmérsékletet fog eredményezni ami szintén alacsonyabb viszkozitást eredményez ami okozhatja az alacsony olajmyomást.

 

0W-20 viszkozitás az új 5W-30

0W-s olajokat már bő 20 éve használnak a járműgyártók, de ezek nagy részét eddig csak a jobb hideg indítási tulajdonságaik miatt. Üzemi hőfokon mért viszkozitás szempontjából továbbra is 30-as és 40-es olajokat használtunk egészen az elmúlt pár évig.

Ahogy a környezetvédelem egyre fontosabbá vált az életünk miden területén, úgy kapott egyre nagyobb és kiemeltebb szerepet a motorolaj viszkozitása is a járműgyártásban, mert felértékelődött annak a pár % üzemanyag fogyasztás csökkentésnek a lehetősége amit egy alacsony viszkozitású motorolaj tud biztosítani egy hagyományos viszkozitású motorolajjal szemben.

Az elmúlt évek során egyre több gyártó tért át Európában a 0W-20 és 0W-16 viszkozitású motorolajok használatára, sőt Japánban nem ritka a 0W-8 viszkozitású motorolaj használata sem.

Kiemelten fontos megemlíteni, hogy egy 0W-20 vagy 0W-16 viszkozitású motorolajat használó motor esetében mind a csapágyhézagok, mind az olaj furatok sokkal kisebb méretűek, mint mondjuk egy hagyományos 5W-30 vagy 5W-40 viszkozitású motorolajat használó motor esetében.

Ezt azért fontos megértenünk, mert egyrészt egy 5W30 vagy 5W-40 viszkozitású motorolajat használó motorba 0W-20-as vagy alacsonyabb viszkozitású motorolajat töltve az elégtelen kenést fog okozni, mivel nem alakul ki az olajfilm megfelelő vastagasága. Másrészt egy 0W-20 vagy 0W-16 viszkozitású motorolaj használatát előíró motor esetében az 5W-30 vagy 5W-40 viszkozitású motorolaj használata szintén súlyos károkat fog okozni, mivel nem túl vastag ahhoz, hogy szűk illesztésű csapágyak kenését ellássa, másrészt túl lassú folyadékáramlást fog eredményezni ami a motor túlmelegedését okozza.

 

Konklúzió:

Ahogy láthatjuk, egy jármű motorja esetében a felhasználható motorolajok viszkozitása a motorban használt csapágyak illesztési hézagától és az olajrendszer kialakításától függ. Mivel a motorolaj nagyban meghatározza a motor megfelelő működését, mindig kiemelten fontos a körültekintő motorolaj választás.

Mindig csak a motorgyártó által meghatározott viszkozitású motorolajat használjuk, de érdemes megnézni a lehetséges motorolajok műszaki adatlapjait is a kiválasztás során, hogy figyelembe vehessük a motorolaj üzemi hőfokon mért tényleges viszkozitását vagy akár a viszkozitási indexét.

Nem utolsó sorban semmilyen körülmények között ne töltsünk se magasabb, se pedig alacsonyabb viszkozitású motorolajat autókba, mint amit a gyártó meghatározott, mert az a motor károsodásához vezethet.

 

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