Postup laboratorní metody měření viskozity motorového oleje (merítka a interpretační vhled)

Viskozita je pro motorové oleje velmi důležitá a je to asi také nejznámější vlastnost olejů. O viskozitě olejů již bylo popsáno mnoho papíru i na stránkách AutoEXPERTU. Zde si pro úplnost některé základy zopakujeme a doplníme dalšími, ne příliš často uváděnými údaji.

Viskozita je měřítkem tekutosti kapalin. Oleje s nižší viskozitou jsou tekutější (řidší) a mají menší vnitřní odpor proti proudění, proti toku. Vyšší viskozita olejů (hustější oleje) naopak znamená vyšší odpor a tím také pomalejší tok, přeneseně pak i vyšší odpor proti vzájemnému pohybu dvou mazaných součástí.

Měření kinematické viskozity

Viskozita olejů se měří viskozimetrem, který vidíte na obrázku. Hlavní součástí tohoto přístroje je skleněná kapilára, kterou při měření protéká vzorek oleje. Měří se čas, za který projde hladina oleje mezi dvěma ryskami, přičemž viskozimetr je při měření ponořen do vyhřívané lázně, kde je udržovaná nastavená teplota. Každý viskozimetr je od výrobce kalibrován a má svou vlastní konstantu, kterou se nakonec vynásobí změřený čas, čímž se získá hodnota kinematické viskozity v jednotkách mm2s-1 (dříve také cSt - centistokesy).

Kromě kinematické viskozity rozlišujeme ještě tzv. dynamickou viskozitu s jednotkami mPa.s, která se používá pro charakterizaci nízkoteplotních vlastností olejů a HTHS viskozity. Někde se můžete setkat s tzv. Englerovým viskozimetrem, který slouží zejména pro měření viskozity přímo na místě odběru vzorku v terénu. Jde o orientační měření pomocí nálevky s definovaným výtokovým otvorem. Rozdíl mezi oběma viskozitami je v tom, že kinematická viskozita je ovlivněna zemskou přitažlivostí (měření se provádí ve svislé poloze a kapalina teče dolů). Pro přepočet mezi oběma viskozitami se používá hodnota hustoty. Dynamická viskozita je součinem kinematické viskozity a hustoty.

Viskozitní index a teplotní závislost

Hodnota viskozity se velmi rychle mění podle aktuální teploty oleje. Závislost viskozity na teplotě vyjadřuje hodnota viskóznostního indexu. Čím méně se mění viskozita s teplotou, tím vyšší je viskozitní index. Viskozitní třídy motorových olejů se podle viskozity zařazují do viskozitních tříd podle klasifikace SAE. U viskozitní specifikace (např. SAE 10W/40) se rozlišuje tzv. zimní (10W) a letní (40) viskozitní číslo. Zimní viskozitní číslo se určuje pouze podle hodnot nízkoteplotních vlastností CCS viskozity a mezní čerpatelnosti a nemá žádnou souvislost s viskozitou při provozní teplotě oleje.

Letní číslo a praktické souvislosti

Některé oleje SAE 0W/30 mohou být při normální teplotě viskozní hustější než některé SAE 5W/30, rozhodující je pro ně tzv. HTHS viskozita. Letní číslo viskozity je určeno viskozitou při 100 °C, tedy přibližně provozní teplotou motorového oleje. Z toho vyplývá, že oleje SAE 15W/40, SAE 10W/40 a SAE 5W/40 mají při provozní teplotě motoru přibližně stejnou viskozitu. Při nízkých teplotách však jejich viskozitní vlastnosti velmi liší. Např. oleje SAE 5W/40 umožňují mnohem snadnější starty při zimních mrazech, olej je při velmi nízkých teplotách dostatečně tekutý.

Změny viskozity během provozu

Při provozu motorového oleje může docházet k velkým změnám jeho viskozity. Za nárůst viskozity odpovídá termická a oxidační degradace oleje a u vznětových motorů navíc množství sazí v oleji. Naopak snížení viskozity způsobuje nadměrný obsah paliva v oleji. Další příčinou snižování viskozity je střihová stabilita modifikátorů viskozity. Představte si polymerní látky: molekula je podlouhlá a tvoří provázky; při nižších teplotách jsou svinuty do spirálky, s vzrůstem teploty se rozvíjejí a mohou proplétat, čímž se viskozitní film zahušťuje. Při provozu oleje jsou tyto látky střihově namáhány a dochází k jejich trhání na menší molekuly, což znamená pokles viskozity.

Na obrázku jsou uvedeny průběhy viskozity při provozu několika moderních olejů. Jde o provoz v zážehových motorech, obsah paliva byl velmi nízký a uvedené změny viskozity byly tedy způsobeny především střihovou stabilitou olejů. Největší změny nastaly během prvních 100 km po naplnění oleje do motoru, kdy viskozita klesla o 10 až 15 %. Vznětové motory způsobují pozvolnější pokles viskozity olejů, u nich je také potřeba uvažovat i postupně se zvyšující obsah sazí, které naopak viskozitu oleje zvyšují. Většina současných olejů SAE xW/40 je střihově méně stabilní než oleje SAE xW/30 a při provozu se viskozitní rozdíly mezi nimi smazávají. Nižší střihová stabilita moderních motorových olejů SAE xW/40 je většinou záměrná, a jejím cílem je úspora paliva.

Důsledky změn viskozity a praktické doporučení

Přijatelné rozmezí viskozity v praxi bývá max ±20 %. Tato hodnota byla stanovena pro velkoobjemové vznětové motory; pro zážehové motory lze připustit větší odchylky směrem k nižším hodnotám, i vzhledem ke střihové nestabilitě moderních olejů. Pokles viskozity je tedy možné připustit až o 30 %. Příliš nízká viskozita může vést k tenkému mazacímu filmu; při vysokém zatížení může dojít k porušení mazacího filmu a zvýšenému opotřebení nebo zadírání třecích dílů. Náhodnou analýzou 30 vzorků upotřebených olejů vypuštěných ze vznětových motorů Škoda Fabia a Renault bylo zjištěno, že tento problém se týkal až 10 % případů.

Příliš viskózní oleje mohou být oxidačně degradované nebo obsahovat nadměrné množství sazí; nebo mohou obsahovat chladicí kapalinu v oleji. Důsledkem je pak zvýšené opotřebení a problém s mazáním. Dlouhodobé studie a praktické testy ukazují, že správný výběr oleje a jeho provozní třídy je klíčový pro dlouhou životnost motoru.

Další souvislosti a poznámky z literatury

Stanovení a porovnání kinematické viskozity bylo prováděno v různých podmínkách. Tokové vlastnosti olejů byly modelovány několika matematickými modely (Arrheniova, exponenciální a Gaussova), s nejlepším shodným výsledkem u Gaussova modelu. Použité oleje zahrnovaly různé vzorky po zajíždění a po provozu. Detailní znalost tokového chování motorových olejů je kriticky významná pro hodnocení a inženýrské výpočty v oboru spalovacích motorů.

Praktické tabulky a poznámky k měření

V tabulkovém přehledu lze uvést: typ oleje SAE xW/xx, teplota měření, naměřená kinematická viskozita a poznámky o změnách během provozu. Při měření se používá standardní vybavení: viskozimetr s kapilárou, tepelná lázeň a kalibrační konstanta výrobce.

Významnou součástí moderní lidské praxe je monitorování stavu oleje a jeho viskozity v reálném čase v průmyslových linkách. Inline měření viskozity může poskytovat rychlou detekci odchylek a umožňuje optimalizovat intervaly výměny oleje a údržbových zásahů.

Shrnutí hlavních poznatků

• Viskozita motorového oleje určuje tekutost a odpor proti proudění, klíčová pro mazací film.
• Měření se provádí pomocí viskozimetru s kapilárou; kinematická viskozita se vyjadřuje v mm2s-1; dynamická viskozita v mPa.s.
• SAE viskozitní třídy odrážejí zimní a letní vlastnosti; HTHS je důležitý pro posouzení chování při provozu.
• Teplota mění viskozitu; viskozitní index ukazuje stabilitu vůči změnám teploty.
• Střihová stabilita modifikátorů viskozitních indexů ovlivňuje pokles viskozity během provozu.
• Nadměrná či naopak nízká viskozita ovlivňuje mazací film a opotřebení; v praxi tolerujeme určité odchylky.

tags: #mereni #viskozity #motoroveho #oleje