Viskoznost je pomembna

Motorno olje je pomemben del motorja z notranjim zgorevanjem. Brez olja motor ne bo deloval. To dejstvo je bilo razumljeno že na samem začetku več kot stoletne zgodovine avtomobila. Benz Patent Motor Car, ki je bil javnosti predstavljen leta 1886 in običajno velja za prvo serijsko vozilo, ki ga poganja štiritaktni motor z notranjim zgorevanjem, je uporabljal precej tuje mazanje s kapljanjem in mastno posodo. Vendar pa je prvi pravi množično proizveden avtomobil, slavni Ford Model T, ki je bil predstavljen leta 1908, že uporabljal sistem brizganja olja, ki je konceptualno podoben tistemu, kar vidimo v sodobnih avtomobilih, le da sta si motor in menjalnik modela T delila isto olje.

Ker je motor z notranjim zgorevanjem tako kritično odvisen od olja, je bila potreba po standardizaciji motornega olja hitro uresničena. Pravzaprav je že leta 1911 novo ustanovljeno Društvo avtomobilskih inženirjev (SAE) sprejelo prvo klasifikacijo motornih olj. Ta prva klasifikacija SAE – tako imenovana specifikacija št. 26 – je razvrstila motorna olja glede na specifično težo, plamenišče in požarne točke. Več viskoznih olj je bilo "težjih" in so imeli višje plamenske in požarne točke. Od takrat - tudi danes - se motorna olja še vedno včasih omenjajo po teži, čeprav se je viskoznost olja začela uporabljati kot osnova za vse prihodnje specifikacije SAE od leta 1923. Najnovejša specifikacija SAE J300 je bila sprejeta leta 2015. 

Pravzaprav SAE J300 določa štiri različne tipe viskoznosti: kinematično viskoznost pri 100 oC (KV100), največjo dovoljeno viskoznost za hladno ročico (CCS) in črpanje pri hladni temperaturi ter visokotemperaturno visoko strižno (HTHS) viskoznost. Zato lahko trdno trdimo, da viskoznost šteje!

Viskoznost olja je pomemben kvantifikator njegove primernosti za namen. V motorju za vžig vsi gibljivi deli vozijo na oljnem filmu. Vsaka pojavnost nemazanega stika kovina-kovina ima lahko katastrofalne posledice in se ji je treba za vsako ceno izogniti. Da bi olje opravilo svoje delo, ga je treba pravočasno dostaviti na kritične mazalne točke. Pretok olja skozi oljne kanale – ali galerije – v motorju je v veliki meri odvisen od njegove kinematične viskoznosti, zato je KV100 prva stvar, ki jo je treba upoštevati pri izbiri pravega olja. Vendar pa bi morali imeti možnost, da avto zaženete tudi pozimi. Ko temperatura pade, motorno olje postaja vse bolj viskozno in se sčasoma spremeni v trdno snov, podobno milu. Če se to zgodi, ne boste mogli zagnati motorja. Zato SAE J300 navaja tudi CCS in nizkotemperaturno črpanje. Nazadnje, pri visoki obremenitvi motorja se lahko temperatura olja v ležajih poveča na 150-200 oC, hkrati pa zelo visoke strižne sile ponavadi raztrgajo molekule olja na manjše fragmente. Posledično pade viskoznost olja. Da bi zagotovili ustrezno mazanje ležajev v tako težkih pogojih, SAE J300 določa najmanjšo HTHS viskoznost za vsak razred viskoznosti.

Če je viskoznost previsoka, ni dobro: olje morda ne pride pravočasno in dovolj hitro odžene toploto. Vendar pa uporaba debelejšega olja od priporočenega ni usodna: navsezadnje se to zgodi vsakič, ko zaženete hladen motor. Če je viskoznost prenizka, je veliko bolj nevarna: olje bo preveč enostavno odteklo in ne bo ustvarilo zadostnega pritiska. To bo povzročilo hitro obrabo ležajev, praskanje bata / obroča, napade in druge kritične težave. Prav tako boste skoraj zagotovo videli povečano porabo olja.

Številni vitalni podsistemi v motorju so kritično odvisni od tlaka olja, na primer hidravlični zategovalniki časovne verige in sistemi s spremenljivim krmiljenjem ventilov (VVT). Če je tlak olja nizek, lahko ti sistemi začnejo nepravilno delovati: zategovalniki verige ne bodo uspeli povečati dovolj pritiska, da bi odpravili ohlapnost verige, fazniki odmikača pa ne bodo normalno napredovali odmikača. To bo izravnalo čas motorja, ki bo vplival na zmogljivost motorja, ekonomičnost porabe goriva in emisije, sčasoma pa bo vklopil luč "Check Engine".

Konvencionalna bazna olja, ki se uporabljajo za proizvodnjo maziv iz bloka motorja, se pridobivajo z destilacijo in čiščenjem surovega mineralnega olja. Frakcije lahkega destilata se uporabljajo za proizvodnjo različnih vrst goriv, ki predstavljajo glavni vir dobička za rafinerije, medtem ko se frakcije s težkim dnom – pogosto imenovane tudi dno soda – uporabljajo za proizvodnjo maziv in nekaterih drugih izdelkov, vključno z asfaltom in voskom. V preteklosti se je proizvodnja maziv štela za poceni konec postopka rafiniranja olja, ki je poskušal spremeniti stranski proizvod proizvodnje goriva v izdelek z dodano vrednostjo. 

V preteklosti so bila najpomembnejša bazna olja, ki so se uporabljala za formuliranje maziv v bloku motorja, tista z viskoznostjo 100 do 600 SUS (20 do 130 cSt pri 100 oF), pa tudi najbolj viskozni razred mineralnih baznih olj s tipičnim razponom viskoznosti od 1000 do 5000 SUS – tako imenovane svetle zaloge. Vendar pa se je v zadnjih nekaj desetletjih obseg proizvodnje in uporaba konvencionalnih mineralnih baznih olj (ki sestavljajo skupino I API) stalno zmanjševala, saj stari postopek rafiniranja topil izgublja podlago za sodobnejši, gospodarnejši in okolju prijaznejši postopek rafiniranja, znan kot hidrorafiniranje. Slednji se uporablja za proizvodnjo baznih olj API skupine II in III. Ena glavnih pomanjkljivosti hidrorafiniranja je, da ne more proizvajati izdelkov z visoko viskoznostjo - nič več kot 200 SUS. Zato so sodobna maziva močno odvisna od polimernih zgoščevalcev, ki se uporabljajo za zamenjavo svetlih zalog. Takšni polimerni zgoščevalci imajo še eno uporabno funkcijo - povečajo indeks viskoznosti (VI) olja, od tod tudi njihovo splošno ime - izboljševalci indeksa viskoznosti (VII).

Danes so skoraj vsa motorna olja "multigradna", saj zagotavljajo ustrezne zmogljivosti tako v hladnem kot vročem podnebju. Multigradna olja so opisana z dvema številkama, kot je ta: SAE 10W-40. Prva številka - 10, ki ji sledi "W" - se nanaša na zmogljivost pri nizkih temperaturah. V bistvu pravi, da se v zimskem času to olje obnaša kot zapuščina zimskega razreda SAE 10W: omogočiti vam mora, da motor zaženete pri -25 ° C in ne bo izgubil sposobnosti pretoka pri temperaturah do -30 ° C. Druga številka, 40, pravi, da se poleti isto olje obnaša kot zapuščina monogradnega SAE 40: ima KV100 v območju od 12,5 do 16,3 cSt in HTHS viskoznost najmanj 3,5 cP.

Večja kot je razlika med drugo in prvo številko, širša je multigradna.  Najširši multigrad današnjega časa, kot so 0W-40, 5W-50 in 10W-60, imajo VI okoli 180, čeprav je VI mogoče še povečati, do 200-220. Visoka VI je dobrodošla značilnost, saj visoko VI olje kaže manjše razlike v viskoznosti s temperaturo. Vendar pa je dejanski spekter koristi odvisen od tega, kako je bila ta visoka VI dosežena, saj je veliko pasti.

Poglejmo primer, kako se polimerni VI ojačevalci uporabljajo v praksi.  Predpostavimo, da imate bazno olje 150N API skupine II s KV40 = 28 cSt in KV100 = 5,2 cSt (VI = 109). Če dodate 15% olefinski kopolimer (OCP) tipa VI izboljševalca, kot je Paratone 8006, boste na koncu dobili polimerno odebeljen izdelek s KV40 = 83 cSt in KV100 = 12 cSt (VI = 140). Tako se je VI povečal s 109 na 140. Kako lahko dešifrirate, da je to mešanica polimera in olja in ne 600N olje brez polimerov? Prva stvar, ki jo je treba preveriti, je plamenišče: polimerno zgoščena olja bodo imela skoraj enako plamenišče kot prvotno bazno olje (150N, FP 220oC), ki je veliko nižje od plamenišča enakovrednega baznega olja brez polimerov (600N, FP 270oC). Druga uporabna kontrola je izguba izhlapevanja: polimerno zgoščena olja bodo pokazala skoraj enako izgubo izhlapevanja kot prvotno bazno olje (150N, 15 mas.% Noack), ki je veliko večje od izgube izhlapevanja enakovrednega baznega olja brez polimerov (600N, 2 mas.% Noack).  

Zaključek tega primera je, da je treba zgoščevanje polimerov in povečanje VI uporabljati previdno: čeprav vam pomaga enostavno nastaviti viskozimetrijo izdelka, lahko spregledate nekatere druge vitalne lastnosti. Prekomerna uporaba polimerov lahko ogrozi strižno stabilnost - zato SAE J300 določa območje HTHS za vsak razred viskoznosti in zato je za komercialne dodatke VII značilen indeks strižne stabilnosti (SSI). Druge pogoste težave so oksidativno zgoščevanje in geliranje v uporabljenih oljih.

Med različnimi razredi VI izboljševalcev obstajajo bistvene razlike glede učinkovitosti, strižne stabilnosti, topnosti in seveda cene. Na primer, olefin-kopolimer (OCP) VI izboljševalci so danes postali tehnologija za izboljšanje VI tipa "navadne vanilije", s primarnim poudarkom na izdelkih z vrednostnim inženiringom, medtem ko se stirenski in polialkil metakrilat (PAMA) VI izboljševalci vse pogosteje uporabljajo v vrhunskih izdelkih. To dejstvo dokazuje, da podatki o viskoznosti, navedeni v SAE J300, še vedno ne prikazujejo celotne slike: lahko se ujemajo z vsemi štirimi odčitki viskoznosti in še vedno vidite razlike v učinkovitosti izdelka. To je zato, ker konvencionalna viskometrija ne pove ničesar o, na primer, kemijski stabilnosti molekul VII, njihovih možnih interakcijah z drugimi sestavinami formulacij maziv ali nenewtonskem reološkem obnašanju mazivnih filmov, ki vsebujejo polimere. Čeprav je teoretično razumevanje VII. delovanja različnih razredov polimerov in njihovega vpliva na tribologijo maziv izjemno napredovalo, izkušnje ostajajo najboljši učitelj na tem večinoma empiričnem področju.

Danes se tanjša olja aktivno spodbujajo za izboljšanje ekonomičnosti porabe goriva.  Upoštevajte pa, da je v delujočem motorju mazivo v bloku motorja vedno do neke mere "razredčeno" z gorivom. Stopnja redčenja goriva je odvisna od vrste motorja in voznih pogojev. Mestni promet s pogostim ustavljanjem in speljevanjem je neugoden scenarij, ki se ga večina ljudi sploh ne zaveda. V najslabšem primeru lahko olje vsebuje kar 10-15% goriva. Drug neugoden scenarij je hitra vožnja, kot so dirke z avtomobili, kjer se bogate mešanice zraka in goriva namerno uporabljajo za hlajenje motorjev. Zaradi redčenja goriva motorno olje zlahka pade za eno stopnjo: začnete z oljem 5W-30 in kmalu ugotovite, da je razredčeno na ravni 5W-20. Olje postane tanjše tudi, ko je motor močno obremenjen in vroče, na primer med vleko priklopnika. Nekateri proizvajalci v svoje formulacije ponavadi vključijo večjo varno mejo, tako da cilj v100 postavijo na sredino ustrezne stopnje viskoznosti, HTHS pa precej nad dovoljeno najmanjšo vrednostjo. Drugi poskušajo svoje izdelke potisniti na rob, da bi povečali koristi ekonomičnosti porabe goriva. Na primer, 5W-40 s KV100 = 14,5 cSt bo zdržal 4-5% redčenja goriva, ne da bi padel iz razreda. Podoben 5W-40 "izboljšana ekonomičnost porabe goriva" s KV100 = 13,0 cSt bo padel z razreda že pri 2% razredčevanju goriva. Zato ste na splošno vedno varni, da greste za eno stopnjo od tega, kar priporoča proizvajalec motorja, vendar nikoli ne uporabljajte tanjših olj, kot je priporočeno.

Z izjemo nekaj vodilnih izdelkov so običajna maziva vedno zasnovana za vrednost. V BIZOL-u pa smo obsedeni s kakovostjo – svojim strankam želimo prinesti najboljše, kar lahko. Če želite razumeti razliko, si oglejte spodnji diagram ali – še bolje – poskusite BIZOL.