Το ιξώδες έχει σημασία

Το λάδι κινητήρα αποτελεί ζωτικό μέρος του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Χωρίς λάδι, ο κινητήρας δεν θα λειτουργήσει. Το γεγονός αυτό έγινε κατανοητό ήδη από την αρχή της μακραίωνης ιστορίας του αυτοκινήτου. Το Benz Patent Motor Car, το οποίο κυκλοφόρησε στο κοινό το 1886 και θεωρείται συνήθως ως το πρώτο όχημα παραγωγής που τροφοδοτείται από τετράχρονο κινητήρα εσωτερικής καύσης, χρησιμοποίησε μια μάλλον ξένη λίπανση στάγδην τροφοδοσίας και ένα κύπελλο λίπους. Ωστόσο, το πρώτο πραγματικό αυτοκίνητο μαζικής παραγωγής, το διάσημο Ford Model T που κυκλοφόρησε το 1908, χρησιμοποιούσε ήδη ένα σύστημα splash oiling που είναι εννοιολογικά παρόμοιο με αυτό που βλέπουμε στα σύγχρονα αυτοκίνητα, εκτός από το ότι τόσο ο κινητήρας όσο και το κιβώτιο ταχυτήτων του Model T μοιράζονταν το ίδιο λάδι.

Δεδομένου ότι ο κινητήρας εσωτερικής καύσης εξαρτάται τόσο πολύ από το λάδι, η ανάγκη για τυποποίηση του λαδιού κινητήρα έγινε γρήγορα αντιληπτή. Στην πραγματικότητα, ήταν ήδη το 1911 ότι η πρώτη ταξινόμηση των λαδιών κινητήρων υιοθετήθηκε από τη νεοσύστατη Εταιρεία Μηχανικών Αυτοκινήτων (SAE). Αυτή η πρώτη ταξινόμηση SAE – η λεγόμενη προδιαγραφή αριθ. 26 – κατέταξε τα λάδια κινητήρων με βάση το συγκεκριμένο βάρος, τα σημεία ανάφλεξης και πυρκαγιάς. Τα πιο παχύρρευστα έλαια ήταν "βαρύτερα" και είχαν υψηλότερα σημεία ανάφλεξης και πυρκαγιάς. Από τότε - ακόμη και σήμερα - τα λάδια κινητήρων εξακολουθούν μερικές φορές να αναφέρονται κατά βάρος, αν και το ιξώδες λαδιού άρχισε να χρησιμοποιείται ως βάση για όλες τις μελλοντικές προδιαγραφές SAE από το 1923. Η τελευταία προδιαγραφή SAE J300 εγκρίθηκε το 2015. 

Στην πραγματικότητα, το SAE J300 καθορίζει τέσσερις διαφορετικούς τύπους ιξώδους: κινηματικό ιξώδες στους 100oC (KV100), μέγιστο επιτρεπόμενο ιξώδες για ψυχρή εκκίνηση (CCS) και αντλησιμότητα ψυχρής θερμοκρασίας και ιξώδες υψηλής θερμοκρασίας υψηλής διάτμησης (HTHS). Ως εκ τούτου, μπορεί κανείς να δηλώσει σταθερά ότι το ιξώδες έχει σημασία!

Το ιξώδες του ελαίου είναι ένας σημαντικός ποσοτικός δείκτης της καταλληλότητάς του για τον σκοπό για τον οποίο προορίζεται. Σε έναν κινητήρα πυροδότησης, όλα τα κινούμενα μέρη οδηγούν σε μια μεμβράνη λαδιού. Οποιαδήποτε επίπτωση μη λιπασμένης επαφής μετάλλου-μετάλλου μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες και πρέπει να αποφεύγεται με κάθε κόστος. Για να κάνει το λάδι τη δουλειά του, πρέπει να παραδοθεί έγκαιρα στα κρίσιμα σημεία λίπανσης. Η ροή λαδιού μέσω των καναλιών λαδιού - ή στοών - στον κινητήρα καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από το κινηματικό ιξώδες του, γι 'αυτό το KV100 είναι το πρώτο πράγμα που πρέπει να εξετάσετε κατά την επιλογή του σωστού λιπαντικού. Ωστόσο, θα πρέπει επίσης να μπορείτε να ξεκινήσετε το αυτοκίνητό σας το χειμώνα. Καθώς η θερμοκρασία πέφτει, το λάδι κινητήρα γίνεται όλο και πιο παχύρρευστο, τελικά μετατρέπεται σε στερεά ουσία που μοιάζει με σαπούνι. Εάν συμβεί αυτό, δεν θα μπορείτε να στρέψετε τον κινητήρα σας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το SAE J300 απαριθμεί επίσης το CCS και την αντλησιμότητα χαμηλής θερμοκρασίας. Τέλος, κάτω από υψηλό φορτίο κινητήρα, η θερμοκρασία λαδιού στα ρουλεμάν μπορεί να αυξηθεί στους 150-200oC, και ταυτόχρονα, πολύ υψηλές δυνάμεις διάτμησης τείνουν να τεμαχίζουν μόρια λαδιού σε μικρότερα θραύσματα. Ως αποτέλεσμα, το ιξώδες του λαδιού πέφτει. Για να εξασφαλιστεί επαρκής λίπανση των ρουλεμάν κάτω από τέτοιες σκληρές συνθήκες, το SAE J300 ορίζει το ελάχιστο ιξώδες HTHS για κάθε βαθμό ιξώδους.

Εάν το ιξώδες είναι πολύ υψηλό, δεν είναι καλό: το λάδι μπορεί να αποτύχει να φτάσει εγκαίρως και να απομακρύνει τη θερμότητα αρκετά γρήγορα. Ωστόσο, η χρήση παχύτερου από το συνιστώμενο λιπαντικό δεν είναι θανατηφόρα: εξάλλου, αυτό συμβαίνει κάθε φορά που ξεκινάτε έναν δροσερό κινητήρα. Εάν το ιξώδες είναι πολύ χαμηλό, είναι πολύ πιο επικίνδυνο: το λάδι θα ρέει πολύ εύκολα και δεν θα δημιουργήσει επαρκή πίεση. Αυτό θα προκαλέσει ταχεία φθορά των ρουλεμάν, απολέπιση εμβόλου / δακτυλίου, κατάσχεση και άλλα κρίσιμα προβλήματα. Επίσης, είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα δείτε αυξημένη κατανάλωση λαδιού.

Πολλά ζωτικά υποσυστήματα του κινητήρα εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την πίεση λαδιού, για παράδειγμα, υδραυλικοί εντατήρες αλυσίδας χρονισμού και συστήματα μεταβλητού χρονισμού βαλβίδων (VVT). Εάν η πίεση λαδιού είναι χαμηλή, αυτά τα συστήματα ενδέχεται να αρχίσουν να δυσλειτουργούν: οι εντατήρες αλυσίδας δεν θα καταφέρουν να δημιουργήσουν αρκετή πίεση για να εξαλείψουν τη χαλάρωση της αλυσίδας και οι ρυθμιστές έκκεντρου θα αποτύχουν να προωθήσουν κανονικά το έκκεντρο. Αυτό θα αντισταθμίσει το χρονισμό του κινητήρα, ο οποίος με τη σειρά του θα επηρεάσει την απόδοση του κινητήρα, την οικονομία καυσίμου και τις εκπομπές ρύπων και τελικά θα ανάψει το φως "Check Engine".

Τα συμβατικά βασικά έλαια που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή λιπαντικών στροφαλοθαλάμου λαμβάνονται με απόσταξη και καθαρισμό αργού ορυκτελαίου. Τα κλάσματα ελαφρού αποστάγματος χρησιμοποιούνται για την παραγωγή διαφόρων τύπων καυσίμων, αποτελώντας την κύρια πηγή κέρδους για τα διυλιστήρια, ενώ τα βαριά κλάσματα πυθμένα - που συχνά αναφέρονται ως ο πυθμένας του βαρελιού - χρησιμοποιούνται για την κατασκευή λιπαντικών και ορισμένων άλλων προϊόντων, συμπεριλαμβανομένης της ασφάλτου και του κεριού. Ιστορικά, η κατασκευή λιπαντικών έχει θεωρηθεί ως το φθηνό τέλος της διαδικασίας διύλισης πετρελαίου, προσπαθώντας να μετατρέψει ένα υποπροϊόν της παραγωγής καυσίμων σε προϊόν προστιθέμενης αξίας. 

Ιστορικά, τα πιο σημαντικά βασικά έλαια που χρησιμοποιούνται για τη διαμόρφωση λιπαντικών στροφαλοθαλάμου ήταν αυτά του ιξώδους 100 έως 600 SUS (20 έως 130 cSt στους 100oF), καθώς και η πιο ιξώδης κατηγορία ορυκτών βασικών ελαίων με τυπικό εύρος ιξώδους από 1000 έως 5000 SUS – τα λεγόμενα φωτεινά αποθέματα. Ωστόσο, τις τελευταίες δεκαετίες, παρατηρείται σταθερή μείωση του όγκου παραγωγής και της χρήσης συμβατικών ορυκτελαίων βάσης (που αποτελούν την ομάδα API I), καθώς η παλιά διαδικασία διύλισης διαλυτών χάνει έδαφος σε μια πιο σύγχρονη, οικονομική και περιβαλλοντικά καθαρή διαδικασία διύλισης γνωστή ως υδροδιύλιση. Το τελευταίο χρησιμοποιείται για την παρασκευή βασικών ελαίων API Group II και III. Ένα σημαντικό μειονέκτημα της υδροδιύλισης είναι ότι δεν μπορεί να παράγει προϊόντα υψηλού ιξώδους - τίποτα υψηλότερο από 200 SUS. Ως εκ τούτου, τα σύγχρονα λιπαντικά εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από πολυμερείς πυκνωτές, που χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση φωτεινών αποθεμάτων. Τέτοια πολυμερή πυκνωτικά έχουν επίσης μια άλλη χρήσιμη λειτουργία - αυξάνουν τον δείκτη ιξώδους (VI) του ελαίου, εξ ου και η κοινή τους ονομασία - βελτιωτικά δείκτη ιξώδους (VII).

Σήμερα, σχεδόν όλα τα λιπαντικά κινητήρων αυτοκινήτων είναι "πολύβαθμα", καθώς παρέχουν επαρκή απόδοση τόσο σε ψυχρά όσο και σε ζεστά κλίματα. Τα πολύτυπα έλαια περιγράφονται από δύο αριθμούς, όπως αυτό: ΣΑΕ 10W-40. Ο πρώτος αριθμός - 10 ακολουθούμενος από "W" - αναφέρεται στην απόδοση χαμηλής θερμοκρασίας. Βασικά, λέει ότι, το χειμώνα, αυτό το λάδι συμπεριφέρεται σαν μια κληρονομιά SAE 10W χειμερινής ποιότητας: θα πρέπει να σας επιτρέψει να στρέψετε τον κινητήρα σας στους -25oC και δεν θα χάσει την ικανότητά του να ρέει σε θερμοκρασίες κάτω από -30oC. Ο δεύτερος αριθμός, 40, λέει ότι το καλοκαίρι, το ίδιο πετρέλαιο συμπεριφέρεται σαν ένα παλαιό SAE 40 μονόβαθμο: έχει KV100 στην περιοχή από 12,5 έως 16,3 cSt και HTHS ιξώδες ελάχιστο 3,5 cP.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ του δεύτερου και του πρώτου αριθμού, τόσο ευρύτερη είναι η πολύβαθμη.  Οι ευρύτερες πολυβαθμίδες του σήμερα, όπως οι 0W-40, 5W-50 και 10W-60, διαθέτουν VI περίπου 180, αν και είναι δυνατό να ενισχυθεί ακόμη περισσότερο το VI, μέχρι 200-220. Ένα υψηλό VI είναι ένα ευπρόσδεκτο χαρακτηριστικό, καθώς ένα υψηλό λάδι VI δείχνει μικρότερη διακύμανση στο ιξώδες με τη θερμοκρασία. Ωστόσο, το πραγματικό φάσμα των οφελών εξαρτάται από το πώς επιτεύχθηκε αυτό το υψηλό VI, καθώς υπάρχουν πολλές παγίδες.

Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα για το πώς χρησιμοποιούνται στην πράξη οι πολυμερείς ενισχυτές VI.  Ας υποθέσουμε ότι έχετε 150N API Group II βασικό λάδι με KV40 = 28 cSt και KV100 = 5.2 cSt (VI = 109). Εάν προσθέσετε 15% συμπολυμερές ολεφίνης (OCP) τύπου βελτιωτικού VI, όπως το Paratone 8006, θα καταλήξετε σε ένα προϊόν πάχυνσης πολυμερούς με KV40 = 83 cSt και KV100 = 12 cSt (VI = 140). Έτσι, το VI αυξήθηκε από 109 σε 140. Πώς μπορείτε να αποκρυπτογραφήσετε ότι αυτό είναι ένα μείγμα πολυμερούς-ελαίου και όχι ένα έλαιο 600N χωρίς πολυμερές; Το πρώτο πράγμα που πρέπει να ελέγξετε είναι το σημείο ανάφλεξης: τα έλαια με πάχυνση πολυμερούς θα έχουν σχεδόν το ίδιο σημείο ανάφλεξης με το αρχικό βασικό έλαιο (150N, FP 220oC), το οποίο είναι πολύ χαμηλότερο από το σημείο ανάφλεξης ενός ισοδύναμου βασικού ελαίου χωρίς πολυμερές (600N, FP 270oC). Ο δεύτερος χρήσιμος έλεγχος είναι η απώλεια εξάτμισης: τα έλαια με πάχυνση πολυμερούς θα παρουσιάσουν σχεδόν την ίδια απώλεια εξάτμισης με το αρχικό βασικό έλαιο (150N, 15 wt% Noack), το οποίο είναι πολύ υψηλότερο από την εξατμιστική απώλεια ενός ισοδύναμου βασικού ελαίου χωρίς πολυμερές (600N, 2 wt% Noack).  

Το συμπέρασμα από αυτό το παράδειγμα είναι ότι η πάχυνση πολυμερούς και η ενίσχυση VI πρέπει να χρησιμοποιούνται με προσοχή: αν και σας βοηθά να συντονίσετε εύκολα το προϊόν viscometrics, ορισμένες άλλες ζωτικές ιδιότητες μπορεί να παραβλεφθούν. Η υπερβολική χρήση πολυμερών μπορεί να θέσει σε κίνδυνο τη σταθερότητα διάτμησης - γι 'αυτό το SAE J300 ορίζει το εύρος HTHS για κάθε βαθμό ιξώδους και γιατί τα εμπορικά πρόσθετα VII χαρακτηρίζονται από δείκτη σταθερότητας διάτμησης (SSI). Άλλα κοινά προβλήματα είναι η οξειδωτική πάχυνση και η ζελατινοποίηση σε χρησιμοποιημένα έλαια.

Υπάρχουν ουσιαστικές διαφορές μεταξύ των διαφόρων κατηγοριών βελτιωτικών VI όσον αφορά την απόδοση, τη σταθερότητα διάτμησης, τη διαλυτότητα και, φυσικά, την τιμή. Για παράδειγμα, τα βελτιωτικά ολεφίνης-συμπολυμερούς (OCP) VI έχουν γίνει σήμερα ένας τύπος τεχνολογίας βελτίωσης VI "απλής βανίλιας", με πρωταρχική εστίαση σε προϊόντα μηχανικής αξίας, ενώ βελτιωτικά στυρενικού και μεθακρυλικού πολυαλκυλίου (PAMA) VI χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε προϊόντα κορυφαίας βαθμίδας. Το γεγονός αυτό αποδεικνύει ότι τα δεδομένα ιξώδους που αναφέρονται στο SAE J300 εξακολουθούν να μην δίνουν ολόκληρη την εικόνα: μπορείτε να ταιριάξετε και τις τέσσερις μετρήσεις ιξώδους και να εξακολουθείτε να βλέπετε διαφορές στην απόδοση του προϊόντος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η συμβατική ιξωδομετρία δεν λέει τίποτα για, για παράδειγμα, τη χημική σταθερότητα των μορίων VII, τις πιθανές αλληλεπιδράσεις τους με άλλα συστατικά λιπαντικών σκευασμάτων ή τη μη νευτώνεια ρεολογική συμπεριφορά των μεμβρανών λιπαντικών που περιέχουν πολυμερές. Παρόλο που η θεωρητική κατανόηση της δράσης VII των διαφόρων κατηγοριών πολυμερών και η επίδρασή τους στην τριβολογία λιπαντικών έχει προχωρήσει πάρα πολύ, η εμπειρία παραμένει ο καλύτερος δάσκαλος σε αυτόν τον σε μεγάλο βαθμό εμπειρικό τομέα.

Σήμερα, τα λεπτότερα έλαια προωθούνται ενεργά για τη βελτίωση της οικονομίας καυσίμου.  Λάβετε υπόψη, ωστόσο, ότι σε έναν κινητήρα που λειτουργεί, το λιπαντικό στροφαλοθαλάμου είναι πάντα σε κάποιο βαθμό "αραιωμένο" από το καύσιμο. Ο βαθμός αραίωσης καυσίμου εξαρτάται από τον τύπο του κινητήρα και τις συνθήκες οδήγησης. Η κυκλοφορία στην πόλη είναι ένα δυσμενές σενάριο που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν γνωρίζουν καν. Στις χειρότερες περιπτώσεις, το πετρέλαιο μπορεί να περιέχει έως και 10-15% καυσίμου. Ένα άλλο δυσμενές σενάριο είναι η οδήγηση υψηλής ταχύτητας, όπως οι αγώνες stock car, όπου πλούσια μείγματα αέρα-καυσίμου χρησιμοποιούνται σκόπιμα για την ψύξη των κινητήρων. Ως αποτέλεσμα της αραίωσης καυσίμου, το λάδι κινητήρα μειώνεται εύκολα: ξεκινάτε με λάδι 5W-30 και σύντομα το βρίσκετε αραιωμένο σε επίπεδο 5W-20. Το λάδι γίνεται επίσης λεπτότερο όταν ο κινητήρας είναι βαριά φορτωμένος και ζεσταίνεται, για παράδειγμα, κατά τη ρυμούλκηση ενός ρυμουλκούμενου. Ορισμένοι κατασκευαστές τείνουν να ενσωματώνουν μεγαλύτερο περιθώριο ασφαλείας στις συνθέσεις τους, θέτοντας τον στόχο v100 ακριβώς στη μέση του αντίστοιχου βαθμού ιξώδους και του HTHS πολύ πάνω από την επιτρεπόμενη ελάχιστη τιμή. Άλλοι προσπαθούν να ωθήσουν τα προϊόντα τους στην άκρη για να μεγιστοποιήσουν τα οφέλη εξοικονόμησης καυσίμου. Για παράδειγμα, ένα 5W-40 με KV100 = 14,5 cSt θα αντέξει 4-5% αραίωση καυσίμου χωρίς να πέσει από την ποιότητα. Ένα παρόμοιο προϊόν 5W-40 "βελτιωμένης οικονομίας καυσίμου" με KV100 = 13,0 cSt θα πέσει από την ποιότητα ήδη σε αραίωση καυσίμου 2%. Ως εκ τούτου, σε γενικές γραμμές, είστε πάντα ασφαλείς να πάτε ένα βαθμό πάνω από αυτό που συνιστά ο κατασκευαστής του κινητήρα σας, αλλά ποτέ μην χρησιμοποιείτε λεπτότερα λάδια από τα συνιστώμενα.

Με εξαίρεση λίγα εμβληματικά προϊόντα, τα mainstream λιπαντικά είναι πάντα σχεδιασμένα για αξία. Αλλά εμείς στη BIZOL έχουμε εμμονή με την ποιότητα - θέλουμε να προσφέρουμε στους πελάτες μας το καλύτερο που μπορούμε. Για να κατανοήσετε τη διαφορά, δείτε το παρακάτω διάγραμμα ή – ακόμα καλύτερα – δοκιμάστε το BIZOL.