برای سرویس دهی به موتور ، روغن باید از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاصی برخوردار باشد. در طول سرویس روغن ، موتور چندین فشار عملیاتی ایجاد می کند که بر توانایی طولانی مدت روغن در عملکرد مداوم بالا تأثیر منفی می گذارد. شرایط سرویس دهی نیز ممکن است بسته به محیط و نحوه استفاده از وسیله نقلیه بسیار متفاوت باشد. در نتیجه ، انتخاب روغن موتور برای تأمین نیازها و شرایط خاص خدمات نیاز به دانش چندین ویژگی مهم روغن ، از جمله ویسکوزیته دارد.
ویسکوزیته
ویسکوزیته ممکن است به عنوان مقاومت مایعات در برابر جریان تعریف شود. از آنجا که مولکول های یک سیال تا حدودی به یکدیگر جذب می شوند ، انرژی لازم است تا آنها را از هم جدا کرده و جریان ایجاد کند. به طور کلی ، مولکولهای بزرگتر جذابیت بیشتری بین آنها و گرانروی بیشتری دارند. انرژی مورد نیاز برای غلبه بر این جاذبه مولکول به مولکول و تولید جریان سیال را می توان نوعی اصطکاک دانست.
بنابراین ، ویسکوزیته را می توان نوعی اصطکاک مولکولی تعریف کرد. از بین کلیه خصوصیات فیزیکی و شیمیایی روغن موتور ، ویسکوزیته و رفتار ویسکومتر در هنگام استفاده اغلب مهمترین آنها تلقی می شود.
ویسکوزیته در شرایط عملیاتی
در سالهای اولیه موتورهای اتومبیل ، روغنها به سادگی فرموله می شدند و از معادله ویسکوزیته نیوتن پیروی می کردند. هر چه نیروی بیشتری برای ایجاد جریان سیال (تنش برشی) به کار رود ، سرعت آن نیز بیشتر می شود (سرعت برشی). اساساً ، نسبت تنش برشی به نرخ برشی – ویسکوزیته – در تمام نرخ برشی ثابت باقی مانده است. روغن موتورهای آن زمان اساساً تک درجه بودند و طبقه بندی SAE “W” نداشتند.
این رابطه ویسکومتریک در دهه 1940 تغییر یافت که مشخص شد افزودن مقادیر کمی از پلیمرهای با وزن مولکولی بالا ، ویژگی های جریان مطلوب روغن را برای عملکرد موتور در دمای پایین و کار در دمای بالا به دست می آورد. بر این اساس ، این روغن های حاوی پلیمر توسط سیستم طبقه بندی ویسکوزیته SAE به عنوان روغن موتور چند درجه ای ذکر شده اند ، زیرا آنها نیازهای هر دو منطقه دمای ویسکوزیته را برآورده می کنند.
از آن زمان ، روغن های چند درجه (به عنوان مثال ، SAE 10W-40 ، 5W-30 ، 0W-20 و غیره) بسیار محبوب شده اند. با این حال ، آنها دیگر از نظر ویژگیهای جریان نیوتنی نبودند ، زیرا با افزایش سرعت برش ویسکوزیته کاهش یافت. این مهم در موتورهای روانکاری که با سرعت برشی بالا کار می کنند (در میلیون ها ثانیه متقابل اندازه گیری شده) مهم تلقی شد ، در مقابل چند صد ثانیه متقابل ویسکومترهای با برش کم که برای مشخص کردن روغن موتور استفاده می شد.
ویسکومتری با نرخ برشی بالا
در نتیجه ، نیاز به ایجاد ویسکومتر با سرعت برشی بالا برای انعکاس ویسکوزیته در موتورهای تحت دمای کار ، ایجاد شد. در اوایل دهه 1980 ، ابزاری و تکنیکی ساخته شد که می توانست به چندین میلیون ثانیه متقابل در 150 درجه سانتیگراد برسد و همچنین برشهای زیادی را در دمای دیگر روی روغن موتور تازه و کارکرده اعمال کند.
این ابزار ویسکومتر شبیه ساز بلبرینگ مخروطی نامیده شد. این روش توسط ASTM به عنوان روش آزمون D4683 برای استفاده در 150 درجه سانتی گراد و اخیراً به عنوان D6616 برای استفاده در 100 درجه سانتی گراد پذیرفته شد. این تست نیمکت نشینی از کیفیت روغن موتور به عنوان گرانروی درجه حرارت بالا ، سرعت برش بالا (HTHS) معروف شد. حداقل محدودیت ها برای گریدهای مختلف در سیستم طبقه بندی ویسکوزیته SAE اعمال شد.
جالب اینجاست که بعداً نشان داده شد که این ابزار در ارائه معیارهای گشتاور برشی یا تنش برشی و سرعت برشی هنگام کار منحصر به فرد و اساساً مطلق است. این تنها ویسکومتر شناخته شده ای است که قادر به انجام این کار است.
ویسکوزیته و جذب انرژی
همانطور که ویسکوزیته برای جلوگیری از فرسایش از طریق روغن کاری هیدرودینامیکی برای موتور مفید است ، از جنبه های منفی نیز برخوردار است که می تواند بر کارایی موتور تأثیر بگذارد. اصطکاک مولکولی روغن که در حرکت نسبی دو سطح را از هم جدا می کند ، برای غلبه بر آن به انرژی نیاز دارد. این مقدار قابل توجهی انرژی از موتور در ازای محافظت در برابر سایش است. بنابراین ، فرمول دقیق ویسکوزیته روغن برای دارندگان وسایل نقلیه و دولتهایی که محدودیتهای مصرف سوخت را تعیین می کنند بسیار حیاتی است.
کاهش ویسکوزیته روغن می تواند گام مهمی در کاهش اصطکاک ویسکوز برای بهبود بهره وری سوخت باشد. جالب توجه است که طی چند سال گذشته ، تعداد اتومبیل هایی که با روغن موتور کار می کنند و دارای گرانروی کمتری هستند ، افزایش یافته است ، بنابراین به طور قابل توجهی بازده موتور آنها را بهبود می بخشد.
یک دهه پیش ، کمترین درجه گرانروی SAE روغن SAE 0W-20 و 5W-20 بود ، با SAE 20 دارای حداقل ویسکوزیته با سرعت برشی بالا 2.6 سانتی گراد (cP) برای شبیه سازی عملکرد موتور در 150 درجه سانتیگراد. شکل 2 داده های نشان داده شده از روغن موتور در آمریکای شمالی و جنوبی و همچنین روغن موتور SAE 5W-30 فروخته می شود.
هیچ یک از این روغن های درجه پایین هنوز برای تجزیه و تحلیل به بازار نرسیده اند. از آنجا که ویسکوزیته ارتباط مستقیمی با میزان انرژی مصرف شده توسط موتور برای محافظت در برابر سایش از طریق روانکاری هیدرودینامیکی دارد ، انتظار می رود چنین کاهش ویسکوزیته مزایای مهمی در بهره وری سوخت داشته باشد اما فقط در موتورهایی است که برای استفاده از آنها طراحی شده است
کیفیت روغن موتور را از کجا می توان فهمید؟
معمولا کیفیت روغن ها را از شاخصی به نام(API (American Petroleum Instituteمیسنجند.
به این صورت که در مقابل API، حرف S و پس از ان یکی از حروفAتاN به غیر از (LوK)درج میشوند.براین اساس، هر چه حرف انگلیسی درج شده در مقابل حرف Sبه Nنزدیکتر باشد، نشاندهنده ی کیفیت بهتر روغن موتور است.هرچه کیفیت روغن موتور بهتر باشد،پایداری و کارکرد ان نیز بیشتر است. به طور مثال کیفیت روغنی که شاخص Api آن SN است از روغنی که شاخص ان SL است از کیفیت بالاتری برخوردار است.البته برای موتورهای ماشین های مختلف کیفیتی را که خود سازنده برای ان تعریف کرده باید مورد استفاده قراربگیرد. .
