Dostępnych jest wiele różnych klas lepkości, a cieńsze oleje silnikowe stają się coraz bardziej powszechne. Pierwszą rzeczą, którą należy rozważyć, są klasy lepkości zalecane przez OEM. Jeśli twój silnik jest fabryczny, trzymaj się tego, czego używali inżynierowie, kiedy go projektowali i rozwijali. Większość silników dopuszcza różne klasy lepkości, co pozwala na dokonanie wyboru, który najlepiej pasuje do zastosowania Twojego sprzętu. Jeśli Twój silnik został zmodyfikowany, zrozumienie tego może pomóc Ci w dokonaniu właściwego wyboru.
Początkując od podstaw, istnieją dwa rodzaje lepkości, kinematyczna i dynamiczna. Lepkość kinematyczna jest podawana w liczbach, które wszyscy znamy z pojemnika z olejem. Klasa lepkości kinematycznej zazwyczaj składa się z pojedynczej liczby (klasa lepkości mono) lub dwóch liczb z kreską pomiędzy nimi (klasa lepkości multi). Ponieważ większość olejów do dużych obciążeń to oleje o różnej lepkości, skoncentrujemy się na systemie dwucyfrowym. W 15W-40 pierwsza liczba po lewej stronie (tutaj 15) oznacza lepkość w niskich temperaturach i zawiera literę „W” (która oznacza zimę, inżynierowie są tacy kreatywni). Druga liczba po prawej stronie (w tym przykładzie 40) oznacza lepkość kinematyczną w normalnej temperaturze pracy silnika, zazwyczaj 100 stopni C. Im niższa liczba lepkości kinematycznej, tym rzadszy jest olej. Na przykład, olej 5W-40 będzie rzadszy w niskich temperaturach niż 15W-40, ale w normalnej temperaturze pracy oba oleje będą płynąć tak samo. Jednakże, gdy porównamy olej 10W-30 z 15W-40, zarówno w niskich jak i wysokich temperaturach olej 10W-30 będzie cieńszy, z mniejszymi oporami przepływu. Pamiętaj, że syrop kukurydziany jest wysoki, a likier kukurydziany niski.
Tak wygląda lepkość kinematyczna. Porozmawiajmy teraz o najnowszej klasyfikacji API. Jak to jest, że oleje CK mają inną lepkość niż oleje FA, nawet jeśli oba mają 10W-30? Na lepkość wpływają trzy rzeczy, temperatura, ciśnienie i prędkość, z jaką olej jest ścinany (co jest związane z prędkością obrotową silnika). Przeważnie pracujemy przy ciśnieniu atmosferycznym lub nieco wyższym, więc możemy uznać je za względnie stałe. Temperatura zmienia się od otoczenia do normalnej temperatury pracy silnika, która zwykle wynosi około 100 stopni C. Oznacza to, że największą zmienną jest prędkość. Lepkość kinetyczna jest mierzona przy bardzo małej prędkości, pod wpływem jedynie grawitacji. Istnieją trzy pomiary lepkości dynamicznej, które definiują klasę SAE. Dwa w niskiej temperaturze, lepkość podczas zimnego rozruchu korbowego, CCS, wykonywany przy dużej prędkości (ścinanie) i Mini lepkość obrotowa, MRV, jeden przy małej prędkości (ścinanie). Popularna lepkość dynamiczna stosowana w celu poprawy ekonomiki paliwowej jest określana jako lepkość wysokotemperaturowa, wysokościnająca (HTHS). Obecnie dysponujemy technologią umożliwiającą modyfikację lepkości w taki sposób, aby lepkość zachowywała się inaczej wraz ze zmianą prędkości, co pomaga nam spełnić wymagania nowoczesnych silników.
Od teorii do praktyki
Konkurencja polega na wyborze pomiędzy niższą lepkością w celu zmniejszenia strat związanych z pompowaniem i ścinaniem, a utrzymaniem wału korbowego przed dotknięciem tulei poprzez unoszenie się na klinie oleju (termin techniczny to smarowanie hydrodynamiczne). Straty pasożytnicze to rzeczy, które obciążają moc silnika, pomyśl o pasożycie, jak o pijawce. Ładny obraz mentalny teraz? Niższa lepkość jest łatwiejsza do pompowania i ścinania. To dlatego wiele olejów do dużych obciążeń przechodzi z tradycyjnego 15W-40 na 10W-30. Jeśli silnik jest zaprojektowany i wykonany tak, aby używać oleju 10W-30, może to poprawić oszczędność paliwa i moc w porównaniu z olejem 15W-40. Różnica w pompowaniu jest dość prosta, ale co z olejem ścinającym? Jest to smarowanie hydrodynamiczne, które powstaje, gdy korba przesuwa się po klinie oleju dostarczanego przez pompę olejową wewnątrz łożysk. Grubszy olej sprawia, że korba zużywa więcej energii, aby się poruszać. Pomyśl o rzucaniu piłką baseballową pod wodą. Jeśli wykonujesz ruch bardzo powoli, ilość pracy nie różni się wiele od tej, którą wykonujesz w powietrzu (kinematycznie). Ale gdy próbujesz rzucać szybciej, potrzebna siła rośnie szybciej niż zmiana prędkości twojego ramienia (dynamiczne). Pomyśl też, o ile trudniej byłoby to zrobić w syropie kukurydzianym niż w wodzie. To jest ten sam problem, który widzimy w stratach pasożytniczych w silnikach, wały korbowe i inne ruchome części silnika muszą ścinać olej. A im wolniej olej jest ścinany lub im cieńszy, tym mniej energii tracimy. Dlatego właśnie obserwujemy stałe obniżanie prędkości przelotowej silników wysokowydajnych, co obniża straty pasożytnicze i poprawia ekonomię paliwową.
Te same czynniki, które wpływają na ekonomię paliwową, wpływają również na moc. Jednakże, jeśli nadal będziemy obniżać lepkość, dojdziemy do punktu, w którym olej nie będzie wystarczająco gęsty, aby zapobiec ocieraniu się korby o tuleje podczas pracy. Wtedy zaczynamy tracić żywotność i trwałość silnika. Aby zrozumieć, jaka grubość oleju jest potrzebna, musimy dowiedzieć się, co konstruktorzy silnika nazywają współczynnikiem lambda. Zacznijmy od sprzętu. Odległość pomiędzy łożyskami czopów a wałem korbowym zależy przede wszystkim od trzech głównych czynników: lepkości oleju, powierzchni tulei stykającej się z wałem korbowym oraz siły nacisku na korbowód. Obciążenie tłoka przez korbowód prowadzi do tego, że górna tuleja na korbowodzie i dolna tuleja w łożyskach głównych zużywają się jako pierwsze. Siła spalania powoduje, że korbowód stara się wypchnąć wał korbowy z dna bloku.
Aby to uprościć, rozważmy Lambdę jako stosunek grubości oleju, siły działającej na tuleję i wysokości asperity. Zdefiniowaliśmy wszystkie te czynniki z wyjątkiem wysokości odsadzenia, więc zacznijmy od tego. Gdy części są obrabiane, nawet bardzo gładkie powierzchnie nie są już tak gładkie, gdy przyjrzymy się im z bliska. Ma to sens, im bardziej chropowate są powierzchnie, tym większa grubość oleju jest wymagana, aby nie stykały się one ze sobą. Im gładszy jest wał korbowy, tym mniejsza warstwa oleju jest potrzebna, aby zapobiec tarciu. Ulepszenia w procesach produkcji przez producentów silników, takie jak wypalanie, polerowanie i superwykańczanie wałów korbowych, mogą pozwolić na stosowanie cieńszych olejów.
Jednakże, w tym samym czasie projektanci silników dążący do zwiększenia oszczędności paliwa zwiększają ciśnienie w cylindrze, co zwiększa siłę nacisku na korbowód, co powoduje rozrzedzenie filmu olejowego. Zwiększona oszczędność paliwa i zmniejszona emisja dwutlenku węgla są osiągane przez obniżenie prędkości obrotowej silnika, więc silnik może ścinać olej wolniej (Pamiętaj rzucając baseball pod wodą). W tym samym czasie silnik używa cieńszego oleju dla lepszej ekonomii paliwowej, a jednocześnie obserwuje zwiększoną siłę na korbowodzie, która w przeszłości wymagałaby grubszego oleju. Zaawansowane techniki produkcji sprawiają, że jest to możliwe, a my ściśle współpracujemy z producentami silników, aby stworzyć właściwą równowagę między ekonomią a trwałością.
Teraz krótka uwaga dla wszystkich, którzy mają chipy lub wysokowydajne aktualizacje silników wysokoprężnych. Zwiększają one ciśnienie w cylindrze często znacznie powyżej limitów projektowych producenta, dlatego nie zalecamy stosowania oleju o niższej lepkości. Jeśli zmiany, których dokonaliście, nie obejmują zwiększonych technik wykańczania powierzchni, powinniście przynajmniej okazać łożyskom trochę miłości do oleju 15W-40.
W przypadku floty komercyjnej z dobrą ekonomią paliwową, przejście na olej CK 10W-30 jest dobrym posunięciem z punktu widzenia ekonomii paliwowej. Jeśli bardziej zależy Ci na trwałości silnika i eksploatujesz silniki do końca ich żywotności, a kilka punktów procentowych oszczędności paliwa nie jest tak atrakcyjne, możesz wybrać olej 15W-40. Wybierz odpowiednią lepkość, a Twój silnik Ci za to podziękuje, kontynuując wykonywanie swojej pracy.