Kenőanyagok: A motorolaj VI.A motorolaj kiválasztása adott járműhöz az Engine Oils program segítségével |
|
 |
|---|
| 2. ábra - Az elemzéshez kiválasztott olajok és tulajdonságaik |
A program "Kinematic and HTHS Viscosity" ablakában a folyósságuk közti különbséget grafikusan megjeleníttetve:
 |
|---|
| 3. ábra - A vizsgált olajok folyósságai |
A bal felső diagram az olajok kinematikai viszkozitásának változását mutatja -20 °C és 120 °C között. A jobb felső és jobb alsó diagramokon ez a tartomány -20 °C - 40 °C és 40 °C - 120 °C intervallumokra van szétbontva a könnyebb áttekinthetőség végett. A bal alsó oszlopdiagram a vizsgált olajok HTHS dinamikai viszkozitását hasonlítja össze közvetlenül. Minket most főként a jobb felső diagram érdekel. Vizsgáljuk meg a viszkozitás alakulását -11 °C és -8 °C közötti tartományban (ez megfelel a téli reggeleken mérhető hőmérsékletnek), illetve írassuk ki a folyósság számszerű értékeit:
 |
|---|
| 4. ábra - A vizsgált olajok hidegfolyósságai |
Az eredmények -10 °C -on:
-
a piros (10w-40) olaj folyóssága: 2163,8 mm^2/s
-
a zöld (5w-40) olaj folyóssága: 1613,88 mm^2/s
-
a sárga (5w-40) olaj folyóssága: 1187,02 mm^2/s
-
a kék (0w-40) olaj folyóssága: 1129,17 mm^2/s
Ahogy sejteni lehetett, a 10w-40 besorolású olaj számottevően vastagabb a zord hidegben mint a többi, ezért ez az olaj a kiválasztás szempontjából kiesett. Figyelemreméltó viszont a kék és sárga olaj hidegfolyóssága, így erre a kettőre a továbbiakban jobban odafigyelünk.
Nézzük meg melegoldali tulajdonságaikat! A hármas és a négyes olaj kinematikai viszkozitása majdnem egybeesik 40 °C felett (jobb alsó diagram), a négyes valamivel viszkózusabb. 40 °C alatt (jobb felső diagram) viszont ennek a két olajnak a folyóssága ellentétesen viszonyul egymáshoz: a hármas olaj görbéje a négyes felett fut. Ha megnézzük az olajok adatait, akkor erre - megfelelő tapasztalat birtokában - számolás nélkül is következtetni lehet: mivel a sárga olaj viszkozitásindexe (179) alacsonyabb, mint a kék olajé (185), ezért folyóssága gyorsabban növekszik a hőmérséklet csökkenésével. Magyarán, ha a két olajat - melyeknek 100 °C-on folyóssága közel azonos - hűteni kezdjük, akkor a hármas olaj - bár 100 °C-on folyósabb, mint a kék olaj - biztos, hogy egy adott hőmérséklet alatt elveszti folyósságbeli előnyét a kékkel szemben kisebb viszkozitásindexe miatt. Ez (is) magyarázza azt, hogy az 4-es olaj miért 0w-40 besorolású, a sárga pedig miért "csak" 5w-40 osztályú. Ha kíváncsiak vagyunk arra, mekkora hőmérsékleten következik ez be, az Engine Oils program ebben is segítségünkre lesz:
 |
|---|
| 5. ábra - A kék és sárga olaj viszkozitásának metszéspontja |
Grafikusan és számszerűleg is kielégítve kíváncsiságunkat: a sárga olaj 29 °C alatt válik viszkózusabbá a kékkel szemben, 29 °C-on mindkét olaj viszkozitása 118,48 mm^2/s.
A kenőanyagok 100 °C-on történő folyásságának összehasonlítására a program többféle lehetőséget is felkínál. Vizsgálhatjuk a fentebb vázolt módon, elemezhetjük az SAE J300 szabvány szerint, vagy akár - tetszőleges hőmérsékleten - virtuális viszkozitásmérést futtathatunk le. Lássunk utóbbi kettőre 1-1 példát! Nézzük először a látványosabb lehetőséget, a folyósságtesztet!
Virtuális folyósságteszt
A laborokban a kinematikai viszkozitást különféle módszerekkel mérhetik, legelterjedtebb eljárás a kapilláris viszkoziméterekkel történő folyósságmérés. Számos ilyen készülék létezik, az egyik leggyakrabban alkalmazott viszkoziméter típus az Ostwald-féle műszer, illetve ennek módosított változatai. 
Az egyetemen - műszaki kémia című tárgy gyakorlatán - mi is ilyen készüléket használtunk.Felpítését a jobb oldali ábra szemlélteti. Leegyszerűsítve egy olyan "U" alakú üvegcső, melynek egyik szárán két "buborék", az "U" másik szárán egy gömb található. A két "buborék" alatti egyenes csőszakasz kapilláris, ezen keresztül folyik át az olaj a két gömbből az "U" másik szárán lévő gyűjtőgömbbe. Az egymás felett elhelyezkedő "buborékok" közül az alsó alatt és felett jelölés található. A viszkozimétert használat közben előre beállított - jellemzően 40 vagy 100 °C -os - hőmérsékletű fürdőbe helyezik. Miután az eszközbe töltött olaj átvette a fürdő hőmérsékletét, a két gömböt tartalmazó szárát megszívják úgy, hogy az olaj az alsó gömböt teljesen megtöltse és az olaj szintje valamivel magasabban legyen, mint a gömb feletti jelölés. Ezután magára hagyják a rendszert, miközben mérik a két jelölés közötti olajmennyiség átfolyási idejét. A mérést többször megismétlik és átlagolják a folyási időket. Minden egyes viszkoziméterhez tartozik egy műszerállandó. Ennek értékét vagy mellékeli a viszkoziméterhez a készülék gyártója, vagy pedig mérőfolyadékkal a labor határozza meg. A műszerállandó adja meg a közvetlen összefüggést a folyási idő és az olaj kinematikai viszkozitása között. A vizsgált folyadék kinematikai viszkozitása az átlagolt folyási idő és a műszerállandónak a szorzata.
Az Engine Oils program "fordított" viszkozitásmérést végez. Célja nem az átfolyási idő alapján történő viszkozitás meghatározása, - azt számolással állapítja meg - hanem a különböző viszkozitású olajok eltérő folyósságának látható megjelenítése. Először - a 40 és 100 °C-hoz tartozó folyósság alapján - kiszámolja az aktuális hőmérséklethez tartozó kinematikai viszkozitást, majd ennek alapján választja meg a folyosságteszt animációjának sebességét. Ezzel szemléltetve a folyósság számszerű értékét. A 4 olaj viszkozitását egyszerre akár különböző hőmérsékleteken is mérhetjük. A teszt(ek) lefutása után a program hibakereső algoritmusa ellenőrzi a mérés helyességét.
A 4 vizsgált olaj virtuális viszkozitásmérése 100 °C-on:
 |
|---|
| 6. ábra - Folyamatban lévő virtuális folyósságmérés |
A tesztet lefuttatva a kapott folyási idők (zárójelben az olaj viszkozitása):
-
a piros (10w-40) olaj folyási ideje: 39,828 s (14,71 mm^2/s)
-
a zöld (5w-40) olaj folyási ideje: 39,188 s (14,5 mm^2/s)
-
a sárga (5w-40) olaj folyási ideje: 35,547 s (13,1 mm^2/s)
-
a kék (0w-40) olaj folyási ideje: 36,672 s (13,5 mm^2/s)
Ahogy látható, a viszkozitásnak megfelelően alakultak a folyási idők, a legviszkózusabb olaj folyt le a leglassabban, a legfolyósabb pedig a leggyorsabban. A teszt eredménye csak relatív, nem azt jelenti, hogy a valóságban elvégzett folyósságteszt számszerűleg azonos eredményeket produkálna! Azt mutatja meg, hogy a valós teszt folyási idejei is hasonlóan alakulnának: a viszkózusabb olaj hosszabb idő alatt ürülne ki a mérőgömbből. A valóságos folyási idővel történő azonosság azért nem valósulhat meg, mert a valós viszkoziméter műszerállandója eltér(het) a programban alkalmazott műszer virtuális állandójától. Azt, hogy laborkörülmények között milyen műszerállandóval rendelkező eszközzel kell mérni adott folyósságú olajat, ajánlások tartalmazzák. Értelemszerűen vastagabb olaj méréséhez olyan viszkoziméter szükséges, amelynek kapillárisa nagyobb átmérőjű. Az Engine Oils program egyféle műszerállandójú viszkozimétert használ, ezért alacsonyabb hőmérsékleteken a folyási idők akár hosszú perceket is igénybe vehetnek.
Az SAE J300 alapján történő elemzés
A szoftver az olajok SAE J300 szabvány alapján történő vizsgálatát is igen egyszerűvé teszi:
 |
|---|
| 7. ábra - Az SAE J 300 szabvány |
Egy-egy vizsgált olaj palettáján feltüntetésre kerülnek az olaj folyósságával kapcsolatos adatok: viszkozitási osztály, viszkozitásindex, kinematikai viszkozitás 40 és 100 °C-on, HTHS viszkozitás. A program megadja, hogy az aktuális viszkozitási osztályhoz milyen indíthatósági és szivattyúzhatósági, valamint minimum HTHS értékek tartoznak. Abban az esetben, ha az olaj technikai adatlapján nem került feltüntetésre a kenőanyag HTHS viszkozitása, akkor - élve annak gyanújával, hogy értéke nem lehet kiemelkedő - a program az SAE J300 szabvány alapján meghatározott minimumszintet tünteti fel. A szoftver emellett az adott osztályhoz tartozó kinematikai viszkozitási intervallumot is megjeleníti és a vizsgált olaj folyósságát bepozícionálja ezen az intervallumon. Ebből könnyen leolvasható, hogy az elemzett olaj az adott fokozaton belül hol helyezkedik el. Esetünkben a palettákból az alábbi következtetést vonhatjuk le:
-
1-es olaj: hidegindíthatósági viszkozitásának határa 7000 mPas -25 °C-on, szivattyúzhatósági határhőmérséklete -30 °C (azaz -20 °C alatt nem javasolt használni a cikksorozat előző részében leírtak alapján). HTHS viszkozitása 4,06 mPas, ez megnyugtatóan a 10w-40 osztályhoz rendelt 3,5 mPas szint felett helyezkedik el, nagyobb szintű üzem közbeni motorvédelmet nyújt, de cserébe növeli a fogyasztást. Kinematikai folyóssága 14,71 mm^2/s 100 °C-on, ez a viszkozitási osztályhoz tartozó intervallum (12,5-16,3 mm^2/s) közepétől valamivel magasabban helyezkedik el.
-
2-es olaj: hidegindíthatósági viszkozitásának határa 6600 mPas -30 °C-on, szivattyúzhatósági határhőmérséklete -35 °C. HTHS viszkozitása 3,8 mPas. Kinematikai folyóssága 14,5 mm^2/s 100 °C-on, ez a viszkozitási osztályhoz tartozó intervallum közepén helyezkedik el.
-
3-as olaj: hidegindíthatósági viszkozitásának határa 6600 mPas -30 °C-on, szivattyúzhatósági határhőmérséklete -35 °C. HTHS viszkozitása 3,68 mPas. Ez az érték már közelebb van az SAE 40-es osztály előírt, minimum HTHS értékéhez. Egyben azt is jelzi, hogy ezzel az olajjal valószínűleg a tüzelőanyag-fogyasztás valamivel mérsékeltebb lenne. Kinematikai folyóssága 13,1 mm^2/s 100 °C-on, ez a viszkozitási osztályhoz tartozó intervallum alsó határához közel esik.
-
4-es olaj: hidegindíthatósági viszkozitásának határa 6200 mPas -35 °C-on, szivattyúzhatósági határhőmérséklete -40 °C (ezzel az olajjal használva a járművet még -30 °C körül is indíthatnánk motorunkat). HTHS viszkozitása 3,8 mPas. Kinematikai folyóssága 13,5 mm^2/s 100 °C-on, ez a viszkozitási osztályhoz tartozó intervallum alsó harmadába esik.
A teljesítményszintek összehasonlítása
A folyósság mellett nézzük meg az olajok teljesítményszintjeit (emlékeztetőül a gyárilag előírt olajnak teljesítenie kell az API SL/CF, ACEA A3/B3 szinteket):
 |
|---|
| 8. ábra - Az olajok teljesítményszintjei és a szintek leírásai |
A megkövetelt API besorolást mind a 4 olaj teljesíti, illetve a 2-es, 3-as és 4-es olaj túl is teljesíti, ám az ACEA esetében csak a 2-es olaj A3/B3 besorolása egyezik meg a gyári előírással. De ha megnézzük, milyen jellemzőkkel bír az A3/B4 szint, nyilvánvalóvá válik, hogy alkalmazhatjuk az A3/B3 helyett is, mivel ezt leírása egyértelműen megengedi: "Stabil, viszkozitástartó olaj, nagyteljesítményű benzin- és közvetlen befecskendezős dízelmotorok számára. Használható ott is, ahol A3/B3 van előírva".
A viszkozitásindexek összevetése
Mielőtt meghoznánk döntésünket, vessünk egy pillantást az olajok viszkozitásindexére is! Az Engine Oils program az olajok technikai adatlapján feltüntetett 40 és 100 °C-on mért kinematikai viszkozitás alapján képes - az ASTM D2270 szabványban leírtak szerint - a viszkozitásindext kiszámolni, grafikusan megjeleníteni. Ennek gyakorlati hasznát az adja, hogy egyes esetekben a gyártók az olajok viszkozitásindexét nem az ASTM D2270 alapján határozzák meg, hanem más szabványok szerint, így a viszkozitásindexek összehasonlítása fals eredményre vezethet. A cikksorozat IV. részében szó esett róla, hogy a viszkozitásindex az olaj minőségének egyik fokmérője. Ezért annak pontos ismerete a kenőanyagok összehasonlításánál (is) szerepet játszik. A viszkozitásindex-számolást elvégeztetve a 4 olajra, a program az alábbi eredményekkel szolgál:
 |
|---|
| 9. ábra - Az olajok viszkozitásindexe |
Ebben az esetben mind a 4 kenőanyag utólag kiszámolt viszkozitásindexe egyezik a gyártók által megadott értékkel. A program képes annak meghatározására is, hogyha a számolt és névleges VI értékek különböznek, akkor a névleges VI alapján mekkora lenne az olaj folyóssága, ha referenciahőmérsékletnek 40 °C vagy 100 °C-t adnánk meg. Például, ha az olaj adatlapja szerint annak VI-e 175, de a program által kiszámolt VI 163-ra adódik, akkor az Engine Oils - mind grafikusan, mind számszerűleg - megmutatja, hogy az olajat 40 °C-os referenciahőmérsékletről felmelegítve 100 °C-ra, annak viszkozitása nem az adatlapon megadott 100 °C-on mért viszkozitással esne egybe (ami a 163-as tényleges viszkozitásindexhez tartozik), hanem attól magasabb, "X" értékű lenne, mivel az adatlapon közölt névleges VI 175. Ugyanez fordítva is kiszámoltatható: ha 100 °C-os referenciahőmérsékletről hűtjük le az olajat 40 °C-ra, akkor annak viszkozitása nem az adatlapon megadott 40 °C-hoz tartozó viszkozitással egyezne meg, hanem attól alacsonyabb (folyósabb), "Y" értékű lenne, hiszen a névleges (gyártó által megadott) VI értéke magasabb, mint az ASTM D2270 szabvány szerint kiszámolt viszkozitásindex. Így a hűtés hatására a kenőanyag kevésbé válik sűrűnfolyóssá.
Az olaj kiválasztása
A fentiekben közölt elemzések alapján a vizsgált olajok köre 4-ről kettőre szűkült: a 10w-40 besorolású piros olajat már az elején, a hidegfolyósság vizsgálatánál elvetettük, a maradék 3 olaj további vizsgálatánál a kettes olaj rosszabb hidegfolyóssági mutatókat produkált, ezért továbbszűkítettük a vizsgálat körét a hármas- és négyes olajra (mivel az egyik kezdeti célkitűzés a lehetőleg minél jobb hidegfolyóssági tulajdonság volt). A melegoldali folyósságuk alapján a 3-as olaj megfelelőbbnek tűnik a benzinfogyasztás mérséklése szempontjából (alacsonyabb HTHS érték), de ez egyúttal valamivel kisebb mértékű motorvédelmet is jelent. De igazából a két olaj közötti HTHS különbség nem jelentős. Ha a versenyben maradt két olaj adatlapját a gyártók weboldaláról letöltjük, akkor az alábbi megállapításokat tehetjük: a 3-as olaj technikai jellemzői elég szűkszavúak, az eddig elemzett tulajdonságokon túl csak a NOACK párolgás értékéről közöl új információt, ennek értéke 11%, ami nem rossz, de lehetne jobb is, mivel az olaj teljesen szintetikus. A NOACK párolgási veszteség jelentősége, a veszteség értékéből levonható következtetések taglalása az előző részben került bemutatásra. Ha a 4-es olaj adatlapját vizsgáljuk meg, akkor több plusz információhoz juthatunk: a szintetikus kenőanyag teljes bázisszáma 11,8 (jó savsemlegesítő hatással bír, ellenben hamuképző tulajdonsága rosszabb lehet), foszfortartalma 0,1 %, ami épp felső határon van (lásd az előző részt). Sajnos ez az adatlap is hiányos, a NOACK párolgás értékét nem tünteti fel. Ezért csak tippelhetjük azt, hogy a magas TBN érték és foszfortartalom egyúttal alacsony párolgási jellemzővel párosul, így az olaj nem képez jelentős mennyiségű lerakódást a motorban használata közben. Ellenben - a feltüntetett adatok alapján igen nagy valószínűséggel - a kenőanyag jellemzőit pozitívan befolyásoló adalékok magasabb hányadban vannak benne jelen. Mindezek alapján a választásunk a 4-es (kék) olajra esik, figyelembe véve a szélesebb viszkozitási osztály miatt (0w-40) esetlegesen megnövekedő olajfogyasztás lehetőségét is. Ha a most kiválasztott olaj használata során ez beigazolódna és mértéke jelentős lenne, akkor következő olajcserekor a 3-as (5w-40-es) olajra váltanánk. Ezzel a kenőanyaggal is megfelelnénk a kiválasztás legelején lefektetett legfontosabb kritériummak: minél jobb hidegfolyóssággal rendelkezzen az új kenőanyag.
Jelentés készítése
A vizsgálat eredményéről jelentést készíthetünk. A jelentés tartalmazza az olaj(ok)nak a program adatbázisában szereplő adatait, a bemutatásra került viszkozitás-diagramokat, a viszkozitásindex-számolás eredményét, az SAE J300 alapján történő elemzéseit:
 |
|---|
| 10. ábra - Jelentés |
Gyakran ismételt kérdések
Az olajokkal kapcsolatos kérdésekre a válaszokat, valamint a programmal kapcsolatos egyéb információkat az Engine Oils FAQ-ja tartalmazza:
 |
|---|
| 11. ábra - Engine Oils - Frequently asked questions |
A program letöltése
Az Engine Oils program próbaváltozata az alábbi képre kattintva tölthető le:
 |
|---|
Konklúzió
A fenti példán keresztül képet kaphattunk az Engine Oils szoftver gyakorlati hasznáról: segítséget nyújt a bővíthető adatbázisában található olajok közötti folyósságbeli eltérések számszerű, vizuális és grafikus összehasonlításához, ezzel megkönnyítve egy adott járműhöz történő olaj kiválasztását. A program nem azt adja meg, hogy egy adott járműbe milyen motorolaj való, hanem a rendelkezésre álló kenőanyagok közül a járművünk számára legideálisabb kiválasztásához nyújt segítséget. Ehhez - az olajokkal kapcsolatos alapvető tudást feltételezve - olyan háttérinformációkat nyújt, melyek a döntést leegyszerűsíthetik.
A program használatához elengedhetetlen ismeretanyagot a 6 részes cikksorozat tartalmazza. Részletesen tárgyalásra kerültek az olajokkal kapcsolatos követelmények, felépítésük, szerkezetük, a szerkezeti különbözőségből származó előnyök és hátrányok, jellemző tulajdonságaik, minősítésükhöz szükséges információk, az olaj kiválasztásánál figyelembe veendő szempontok.
Észrevételed, javaslatod, kérdésed van a cikkel kapcsolatban? Ide kattintva megírhatod!
Felhasznált irodalom:
1, Gépjárműszerkezetek - Műszaki Könyvkiadó
2, Belsőégésű motorok folyamatai - dr. Kalmár István, dr. Stukovszky Zsolt
3, BME - Közlekedésmérnöki Kar - Műszaki kémia - órai jegyzet
4, Opie Oils - Oil man
5, Környezetbarát motorolajok - Baladincz Jenő - Hancsók Jenő - Magyar Szabolcs - Pölzcmann György
6, ZPlus - Techbrief - Oil Base Stocks
7, Michael Kaufman - Motor Oil Bible
Nyilatkozat:
Az oldalon közzétett információk tájékoztató jellegűek és felelősségvállalás nélkül kerültek közlésre. Eltérés esetén a gépjármű és a kenőanyag gyártójának álláspontja az irányadó. Az Engine Oils program használatából eredő bárminemű közvetett vagy közvetlen kárért nem terheli felelősség a program készítőjét. Az Engine Oils szoftver tulajdonjoga - beleértve a program másolatait is - a program készítőjét illeti meg. A program használatával a felhasználó a felelősségvállalási kritériumokat és a tulajdonjoggal kapcsolatos információkat tudomásul veszi.
