Viskoznost je važna

Motorno ulje vitalni je dio motora s unutarnjim izgaranjem. Bez ulja motor neće raditi. Ta je činjenica shvaćena već na samom početku tijekom stoljetne povijesti automobila. Benz Patent Motor Car, koji je izašao u javnost 1886. godine i obično se smatra prvim proizvodnim vozilom pogonjenim četverotaktnim motorom s unutarnjim izgaranjem, koristio je prilično strano podmazivanje kapanjem i šalicu za masnoću. Međutim, prvi pravi automobil masovne proizvodnje, poznati Ford Model T lansiran 1908. godine, već je koristio sustav podmazivanja prskanjem koji je konceptualno sličan onome što vidimo u modernim automobilima, osim što su i motor i prijenos Modela T dijelili isto ulje.

Budući da je motor s unutarnjim izgaranjem toliko kritično ovisan o ulju, brzo je ostvarena potreba za standardizacijom motornog ulja. Zapravo, već 1911. godine prvu klasifikaciju motornih ulja usvojilo je novoosnovano Društvo automobilskih inženjera (SAE). Ta prva SAE klasifikacija – takozvana specifikacija br. Više viskoznih ulja bilo je "teže" i imalo je veće točke bljeskalice i požara. Od tada - čak i danas - motorna ulja se još uvijek ponekad spominju po težini, iako se viskoznost ulja počela koristiti kao osnova za sve buduće SAE specifikacije od 1923. godine. Najnovija specifikacija SAE J300 donesena je 2015. godine. 

Zapravo, SAE J300 navodi četiri različite vrste viskoznosti: kinematičku viskoznost pri 100oC (KV100), najveću dopuštenu viskoznost za hladno ručenje (CCS) i pumpabilnost hladne temperature te viskoznost visokog smicanja na visokoj temperaturi (HTHS). Stoga se može čvrsto reći da je viskoznost važna!

Viskoznost ulja jedan je važan kvantifikator njegove svrsishodnosti. U motoru za paljenje svi pokretni dijelovi voze se na uljnom filmu. Svaka učestalost nepodmazanog kontakta metala i metala može imati katastrofalne posljedice i mora se izbjegavati pod svaku cijenu. Da bi nafta obavila svoj posao, mora se pravovremeno isporučiti do kritičnih točaka podmazivanja. Protok ulja kroz uljne kanale - ili galerije - u motoru uvelike je određen njegovom kinematičkom viskoznošću, zato je KV100 prva stvar koju treba pogledati pri odabiru pravog ulja. Međutim, također biste trebali moći pokrenuti automobil zimi. Kako temperatura pada, motorno ulje postaje sve viskoznije, na kraju se pretvara u čvrstu tvar nalik sapunu. Ako se to dogodi, nećete moći pokrenuti motor. Zato SAE J300 također navodi CCS i niskotemperaturnu pumpabilnost. Konačno, pod velikim opterećenjem motora, temperatura ulja u ležajevima može se povećati na 150-200oC, a istodobno vrlo visoke sile smicanja imaju tendenciju usitnjavanja molekula ulja u manje fragmente. Kao rezultat toga, viskoznost ulja opada. Kako bi se zajamčilo odgovarajuće podmazivanje ležajeva u tako teškim uvjetima, SAE J300 definira minimalnu viskoznost HTHS-a za svaki stupanj viskoznosti.

Ako je viskoznost previsoka, nije dobra: ulje možda neće stići na vrijeme i dovoljno brzo odnijeti toplinu. Međutim, korištenje debljeg od preporučenog ulja nije fatalno: na kraju krajeva, to se događa svaki put kada pokrenete hladni motor. Ako je viskoznost preniska, daleko je opasnija: nafta će prelako teći i neće stvoriti dovoljan pritisak. To će uzrokovati brzo trošenje ležajeva, natezanje klipa / prstena, napadaj i druge kritične probleme. Također ćete gotovo sigurno vidjeti povećanu potrošnju ulja.

Mnogi vitalni podsustavi u motoru kritično ovise o tlaku ulja, na primjer, zatezačima hidrauličkog razvodnog lanca i sustavima promjenjivog vremena ventila (VVT). Ako je tlak ulja nizak, ti sustavi mogu početi kvariti: zatezači lanca neće uspjeti stvoriti dovoljan pritisak da eliminiraju zatišje lanca, a fazori bregastog vratila neće uspjeti normalno napredovati s bregastom kamerom. To će nadoknaditi vrijeme motora, što će zauzvrat utjecati na performanse motora, ekonomičnost potrošnje goriva i emisije, te će na kraju uključiti svjetlo "Check Engine".

Konvencionalna bazna ulja koja se koriste za proizvodnju maziva radilice dobivaju se destilacijom i pročišćavanjem sirovog mineralnog ulja. Lagane frakcije destilata koriste se za proizvodnju različitih vrsta goriva, što čini glavni izvor dobiti za rafinerije, dok se teške frakcije dna - koje se često nazivaju dno bačve - koriste za proizvodnju maziva i nekih drugih proizvoda, uključujući asfalt i vosak. Povijesno gledano, proizvodnja maziva smatrana je jeftinim krajem procesa rafiniranja nafte, pokušavajući pretvoriti nusproizvod proizvodnje goriva u proizvod s dodanom vrijednošću. 

Povijesno gledano, najvažnija bazna ulja koja se koriste za formuliranje maziva radilice bila su ona od 100 do 600 SUS viskoznosti (20 do 130 cSt pri 100oF), kao i najviskoznija klasa mineralnih baznih ulja s tipičnim rasponom viskoznosti od 1000 do 5000 SUS - takozvane svijetle dionice. Međutim, u posljednjih nekoliko desetljeća došlo je do stalnog pada obujma proizvodnje i uporabe konvencionalnih mineralnih baznih ulja (koja čine API grupu I) jer stari proces rafiniranja otapala gubi tlo pod nogama zbog modernijeg, ekonomičnijeg i ekološki čistijeg procesa rafiniranja poznatog kao hidrorafiniranje. Potonji se koristi za proizvodnju baznih ulja API Group II i III. Jedan od glavnih nedostataka hidrorafiniranja je taj što ne može proizvesti proizvode visoke viskoznosti - ništa više od 200 SUS. Stoga moderna maziva uvelike ovise o polimernim zgušnjivačima, koji se koriste za zamjenu svijetlih zaliha. Takvi polimerni zgušnjivači imaju i još jednu korisnu funkciju – povećavaju indeks viskoznosti (VI) ulja, otuda i njihov zajednički naziv – poboljšivači indeksa viskoznosti (VII).

Danas su gotovo sva automobilska motorna ulja "multigradna", jer pružaju odgovarajuće performanse u hladnoj i vrućoj klimi. Multigradna ulja opisana su dvjema brojkama, poput ove: SAE 10W-40. Prva brojka – 10 nakon koje slijedi "W" – odnosi se na niskotemperaturne performanse. U osnovi, kaže da se u zimskom razdoblju ovo ulje ponaša kao naslijeđeni zimski razred SAE 10W: trebalo bi vam omogućiti da okrenete motor na -25oC i neće izgubiti sposobnost protoka na temperaturama do -30oC. Druga brojka, 40, kaže da se ljeti isto ulje ponaša kao naslijeđeni monograd SAE 40: ima KV100 u rasponu od 12,5 do 16,3 cSt, a HTHS viskoznost minimalno 3,5 cP.

Što je veća razlika između druge i prve brojke, to je šira multigradna.  Najširi multigrades današnjice, kao što su 0W-40, 5W-50 i 10W-60, imaju VI oko 180, iako je moguće pojačati VI još više, do 200-220. Visoka VI dobrodošla je značajka jer visoko VI ulje pokazuje manje varijacija u viskoznosti s temperaturom. Međutim, stvarni spektar koristi ovisi o tome kako je postignut ovaj visoki VI, jer postoje mnoge zamke.

Razmotrimo primjer kako se polimerni VI pojačivači koriste u praksi.  Pretpostavimo da imate bazno ulje API grupe II od 150N s KV40 = 28 cSt i KV100 = 5,2 cSt (VI = 109). Ako dodate 15% olefin kopolimera (OCP) tipa VI poboljšivača, kao što je Paratone 8006, završit ćete s polimerno zgusnutim proizvodom s KV40 = 83 cSt i KV100 = 12 cSt (VI = 140). Dakle, VI se povećao sa 109 na 140. Kako možete dešifrirati da je to mješavina polimer-ulje, a ne 600N ulje bez polimera? Prvo što treba provjeriti je točka bljeskalice: polimerno zgusnuta ulja imat će gotovo istu točku bljeskalice kao i izvorno bazno ulje (150N, FP 220oC), što je mnogo niže od točke bljeskalice baznog ulja bez poliviskoznih polimera (600N, FP 270oC). Druga korisna provjera je gubitak isparavanja: polimerno zgusnuta ulja pokazat će gotovo isti gubitak isparavanja kao i izvorno bazno ulje (150N, 15 wt.% Noack) što je mnogo veće od gubitka isparavajućeg gubitka ravnovrijednog baznog ulja bez polimera (600N, 2 wt.% Noack).  

Zaključak iz ovog primjera je da polimerno zadebljanje i VI pojačavanje treba koristiti pažljivo: iako vam pomaže da lako prilagodite viskometriju proizvoda, mogu se zanemariti i neka druga vitalna svojstva. Prekomjerna uporaba polimera može ugroziti stabilnost smicanja - zato SAE J300 definira HTHS raspon za svaki stupanj viskoznosti i zašto komercijalne VII aditive karakterizira indeks stabilnosti smicanja (SSI). Ostali uobičajeni problemi su oksidativno zadebljanje i geliranje u rabljenim uljima.

Postoje značajne razlike između različitih klasa poboljšivača VI u smislu učinkovitosti, stabilnosti smicanja, topljivosti i, naravno, cijene. Na primjer, poboljšivači olefin-kopolimera (OCP) VI danas su postali "obična vanilija" vrsta tehnologije poboljšanja VI, s primarnim fokusom na proizvode proizvedene vrijednošću, dok se poboljšivači stireničnog i polialkil metakrilata (PAMA) VI sve više koriste u vrhunskim proizvodima. Ta činjenica dokazuje da podaci o viskoznosti iz SAE J300 još uvijek ne prikazuju cijelu sliku: možete uskladiti sva četiri očitanja viskoznosti i još uvijek vidjeti razlike u performansama proizvoda. To je zato što konvencionalna viskometrija ne govori ništa o, na primjer, kemijskoj stabilnosti molekula VII, njihovim mogućim interakcijama s drugim sastojcima formulacija maziva ili ne-Newtonovom reološkom ponašanju filmova maziva koji sadrže polimere. Iako je teorijsko razumijevanje VII djelovanja različitih klasa polimera i njihov učinak na tribologiju maziva izuzetno napredovalo, iskustvo ostaje najbolji učitelj u ovom uglavnom empirijskom području.

Danas se tanja ulja aktivno promiču kako bi se poboljšala ekonomičnost potrošnje goriva.  Međutim, imajte na umu da je u pogonskom motoru mazivo kućišta radilice uvijek u određenoj mjeri "razrijeđeno" gorivom. Stupanj razrjeđivanja goriva ovisi o vrsti motora i uvjetima vožnje. Zaustavljanje gradskog prometa jedan je od nepovoljnih scenarija kojih većina ljudi nije ni svjesna. U najgorim slučajevima ulje može sadržavati čak 10-15% goriva. Drugi nepovoljni scenarij je brza vožnja, kao što su utrke automobila, gdje se bogate smjese zraka i goriva namjerno koriste za hlađenje motora. Kao rezultat razrjeđivanja goriva, motorno ulje lako ide jedan stupanj prema dolje: počnete s uljem 5W-30 i uskoro ga nađete razrijeđenog do razine 5W-20. Ulje također postaje tanje kada je motor jako opterećen i radi vruće, na primjer, dok vuče prikolicu. Neki proizvođači imaju tendenciju da u svoje formulacije uključe veću sigurnu maržu, postavljajući cilj v100 točno u sredini odgovarajućeg stupnja viskoznosti i HTHS-a znatno iznad dopuštene minimalne vrijednosti. Drugi pokušavaju gurnuti svoje proizvode do ruba kako bi maksimalno povećali prednosti ekonomičnosti potrošnje goriva. Na primjer, 5W-40 s KV100 = 14,5 cSt izdržat će razrjeđivanje goriva od 4-5% bez pada s stupnja. Sličan proizvod "poboljšane ekonomičnosti goriva" od 5W-40 s KV100 = 13,0 cSt past će s razine već pri razrjeđivanju goriva od 2%. Stoga ste općenito uvijek sigurni da idete jedan razred više od onoga što preporučuje proizvođač motora, ali nikada ne koristite tanja ulja nego što je preporučeno.

S izuzetkom nekoliko vodećih proizvoda, mainstream maziva uvijek su dizajnirana za vrijednost. Ali mi u BIZOL-u opsjednuti smo kvalitetom – želimo našim kupcima pružiti najbolje što možemo. Da biste razumjeli razliku, pogledajte donji dijagram ili - još bolje - isprobajte BIZOL.