Die Spezifikationen von Motoröl.

Die Rolle des Motoröls verstehen

Motoröl verringert die Reibung zwischen Oberflächen

Reduziert den Verschleiß

Reduziert die Hitze zwischen gleitenden Teilen

Reduziert Energieverluste

Wirkt wie ein Kühlmittel, um Wärme aus dem Reibungsbereich abzuführen

Dient als Dichtung zwischen dem Zylinder und den Kolbenringen

Was ist die Viskosität von Motoröl?

Die Viskosität ist ein Maß, das den Fließwiderstand einer Flüssigkeit kategorisiert. Da Öl jedoch bei Erwärmung dünner und bei Abkühlung dicker wird, muss die Viskositätsangabe des Öls eine Temperaturreferenz enthalten. Außerdem gibt es zwei Arten der Ölviskositätsmessung: kinematisch und absolut (auch dynamisch genannt).

Die kinematische Viskosität von Motoröl wird in Zentistokes (cST) oder mm2/s gemessen. Ein Zentistoke ist 1/100 eines Stokes. Ein Stoke ist ein Maß dafür, wie viel sich eine bestimmte Masse (Dichte) einer Flüssigkeit (in Zentimetern) während einer bestimmten Zeitspanne bewegt, basierend auf Gramm pro Kubikzentimeter durch eine Blende.

Hier ein einfaches Beispiel für die kinematische Viskosität: Bohren Sie ein Loch einer bestimmten Größe in einen kleinen Becher und verschließen Sie es. Füllen Sie dann den Becher mit 100° C heißem Motoröl. Ziehen Sie das Loch auf und messen Sie, wie viel Gramm Öl in einem bestimmten Zeitraum durch das Loch fließt. Jetzt haben Sie einen kinematischen Wert. Leider funktionieren Motoren nicht so. Die Messung des Fließwiderstands von Öl in einem Motor ist viel schwierigerkompliziert.

Erstens verlassen sich Motoren nicht auf die Schwerkraft, um den Ölfluss zu erhalten, sondern zirkulieren das Öl unter Druck mithilfe einer Ölpumpe. Zweitens tropft Motoröl nicht einfach aus einem Loch in einem Becher. Es muss zwischen Lagern und rotierenden Wellen und durch enge Ölkanäle fließen. Während das Öl zwischen Lagern und Wellen und durch die Kanäle gleitet, stößt es auf Widerstand.

Mit diesem Wissen kehren wir zu unserem Beispiel des tropfenden Bechers zurück. Anstatt die Oberseite des Bechers zur Atmosphäre hin offen zu lassen, verschließen wir ihn und üben einen Druck von 10 psi aus. Als Nächstes befestigen wir einen 12″-Trinkhalm an der Öffnung am Boden des Bechers. Wenn wir den Test bei -17,7°C (0°F) wiederholen, erhalten wir ein völlig anderes Ergebnis, und dieses Ergebnis ist seine absolute oder dynamische Viskosität.

Mit anderen Worten: Die absolute Viskosität eines Motoröls ist ein Maß dafür, wie sich das Öl verhält, wenn der Motor anspringt und das Öl gepumpt wird. Die absolute/dynamische Viskosität eines Motoröls gibt Aufschluss darüber, wie sich das Öl beim Kaltstart verhält und wie gut es in kaltem Zustand fördert.

Wie wird die Viskosität von Motoröl ausgedrückt?

Die Society of Automotive Engineers (SAE) verwendet die gängige Klassifizierung "XW-XX", wobei die Zahl vor dem "W" (Winter) die absolute/dynamische Tieftemperaturleistung des Öls (-17,7 °C) und die andere Zahl die kinematische Hochtemperatur des Öls bei 100 °C darstellt.

Die Wintereinstufung wird mit einem speziellen Prüfgerät, dem Kaltstartsimulator, berechnet, und jede Ölsorte wird in mPa's gemessen. Die Hochtemperaturklasse des Öls wird in (cSt) gemessen.

WICHTIGER HINWEIS: Die unten aufgeführten Ölsorten werden bei unterschiedlichen Temperaturen getestet! Ein 0W-Öl wird bei -35°C getestet, während das 5W-Öl bei -30°C getestet wird. Die Viskositäten der W-Sorten sind MAXIMALE Werte, während die Viskositäten der Hochtemperatursorten MINIMALE Werte sind.

Ein 5W-30-Öl verdickt sich also bei kaltem Wetter weniger als ein 10W-30-Öl, d. h. ein 5W-30-Öl lässt den Motor schneller anspringen und die Ölpumpe kann das Öl bei gleicher Temperatur leichter fördern als ein 10W-30-Öl.

Bei höheren Temperaturen verdünnt sich ein Öl der Sorte 5W-30 schneller als ein Öl der Sorte 5W-40 bei der gleichen hohen Temperatur.

Viskositätsindex (VI)

Jedes Öl verdünnt sich bei Erwärmung. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Öl verdünnt, wird durch den Viskositätsindex ausgedrückt. Wenn sich das Öl bei steigender Temperatur nur sehr langsam verdünnt, hat es einen hohen VI. Mit anderen Worten: Ein Öl mit hohem VI behält über einen großen Temperaturbereich eine gleichmäßigere Viskosität bei.

Der Einfluss der Temperatur auf die Ölviskosität ist NICHT gleichmäßig

Die Verdünnung bzw. Verdickung von Öl verläuft nicht linear, z. B. ändert sich die kinematische Viskosität eines Öls zwischen 50°F und 59°F stärker als zwischen 176°F und 185°F.

"Der Viskositätsindex (VI) für Grund- und Schmieröle wurde von Dean und Davis von Standard Oil im Jahr 1929 entwickelt. Zu dieser Zeit gab es noch keine Mehrbereichsöle und keine synthetischen Öle. Für die VI-Skala wurden zwei Grenzwerte festgelegt. Öle mit geringer temperaturabhängiger Viskositätsänderung (HVI-Öle, die aus Pennsylvania-Rohöl raffiniert wurden, paraffinisches Öl) befanden sich am oberen Ende der Skala.

Ihr VI wurde mit 100 angegeben, was dem besten VI entsprach. Öle mit erheblichen Viskositätsveränderungen (LVI-Öle, raffinierte Öle aus dem texanischen Golf, naphthenische Öle) stellten das untere Ende dar. Ihr VI wurde mit 0 angegeben - dies war der schlechtestmögliche VI. Die VI-Werte bezogen sich auf Mineralöle. Schmieröle wurden dann mit diesen Benchmarks verglichen. Wenn das Öl dem paraffinischen Öl ähnlich war, wurde ein VI von 100zugewiesen; wenn es dem naphthenischen Öl ähnlich war, wurde ein VI von 0 zugewiesen. In der Mitte wurde ein VI von etwa 50 zugewiesen. Um den VI auf Werte über 100 zu erhöhen, wurden später neue Grundöltypen und spezielle Additive entwickelt." -Anton Paar

Der Viskositätsindex (VI) von Motoröl reicht von -60 bis zu 400, je nachdem, welche Arten von Viskositätsmodifikatoren die Raffinerie oder der Ölmischer verwendet. Normalerweise enthält Motoröl zwischen 5 und 20 % Viskositätsverbesserer-Zusätze.

Dies ist wichtig. Oft wird angenommen, dass die erste und die zweite Zahl beide kinematische Werte sind. Das ist aber nicht der Fall. Die Zahl vor dem W ist die absolute Viskosität des Öls beim Anlassen, basierend auf ASTM TEST D5293 (Kaltstartsimulator), und die Pumpviskosität, basierend auf ASTM D4684, ASTM D3829, ASTM D6821 oder ASTM D6896 (Mini-Rotationsviskosimeter). Beim Kaltstarten wird der Kaltstart eines Motors bei verschiedenen Temperaturen simuliertauf der Grundlage der voraussichtlichen Viskosität des zu prüfenden Öls. Mit anderen Worten: Die Tester verwenden nicht für jedes Öl die gleiche Temperatur.

Um beispielsweise eine 0W-Einstufung zu erhalten, darf das Öl eine maximale Startviskosität von 6200 mPa (Megapascal) bei -31°F (-35°C) und eine maximale Pumpviskosität von 60.000 mPa bei -40°F/C nicht überschreiten.

Anhand dieses Diagramms können Sie nachvollziehen, wie zwei Öle mit der gleichen ersten Nummer zwei unterschiedliche absolute Viskositäten haben können.

Ein 5W-Öl bietet also bei ALLEN Temperaturen IMMER eine bessere Start- und Pumpfähigkeit als ein 10W-Öl. Natürlich ist es wichtiger, ein 0W- oder 5W-Öl in kälteren Klimazonen zu verwenden, um die Start- und Pumpfähigkeit zu verbessern, aber ein 0W- oder 5W-Öl verbessert auch die Start- und Pumpfähigkeit bei wärmeren Temperaturen.

Untersuchen wir nun die Unterschiede im absoluten/dynamischen mPa von zwei Ölen mit der gleichen ersten Nummer: 10W40 und 10W-60

Das 10W-40 hat eine dynamische Viskosität von 735,42 mPa bei 0°C. Das 10W-60 Öl hat jedoch eine dynamische Viskosität von 1453,82 mPa bei 0°C. Beide Öle sind 10W! Obwohl sie also beide 10W sind, haben sie völlig unterschiedliche Start- und Fördereigenschaften.

Arten von Viskositätsindexmodifikatoren

Normal- und Mehrbereichsöle enthalten Viskositätsmodifikatoren für konventionelle und synthetische Öle. Die Hersteller verwenden eine Vielzahl von Produkten wie öllösliche Polymere oder Copolymere.

Pourpoint- und Pourpoint-Senker

Der Pourpoint eines Öls ist die Temperatur, bei der das Öl nicht mehr fließt. Pourpoint-senkende Additive verlangsamen die Verdickung des Öls bei niedrigeren Temperaturen, indem sie die Kristallisation der paraffinischen Bestandteile des Öls verzögern. Dadurch wird die Pourpoint-Temperatur gesenkt.

Viskositätsindex-Verbesserer (VII)

VII-Verbesserer sind in der Regel langkettige, hochmolekulare Polymermoleküle, die ihre Form bei Temperaturveränderungen ändern. In kaltem Zustand sind sie eng gefaltet oder gewickelt. In diesem Zustand erhöhen sie die Ölviskosität nicht. Steigt jedoch die Temperatur des Öls, "entrollen/entfalten" sich die Moleküle und nehmen mehr Platz ein und erhöhen die Reibung des Motoröls aufSie kompensieren die wärmeverdünnenden Eigenschaften des Öls, d. h. sie wirken als Verdickungsmittel, um die Ölverdünnung zu verringern.

- Olefin-Copolymere (OCP)

- Polyalkylmethacrylate (PAMA)

- Polyisobutylene (PIB)

- Styrol-Blockpolymere

- Methylmethacrylat (MMA)

- Polybutadien-Kautschuk (PBR)

- cis-Polyisopren (ein synthetischer Kautschuk)

- Polyvinylpalmitat

- Polyvinylcaprylat,

- Copolymere aus Vinylpalmitat und Vinylacetat,

Aber es gibt einen Nachteil von Polymer VII. Je höher das Molekulargewicht des Polymers ist, desto mehr dehnt es sich aus. Aber je höher das Molekulargewicht ist, desto mehr neigen sie zum "Scheren", wenn sie zwischen zwei sich bewegenden Teilen fließen. Wenn ein Ölraffinerie-/Mischbetrieb eine höhere Konzentration von Polymeren mit hohem Molekulargewicht VII verwendet, kann er die Ölverdünnung verhindern, wenn das Öl neu ist. Aber wenn das ÖlMit zunehmender Kilometerzahl werden die Polymere durch die Scherung beschädigt und die Fähigkeit, die angegebene Viskosität aufrechtzuerhalten, wird verringert. Langkettige Polymere brechen daher aufgrund der Scherung" zwischen beweglichen Teilen relativ schnell zusammen. Tatsächlich kann die vom Motor verursachte Scherung über einen kurzen Zeitraum dazu führen, dass sich ein 5w30-Öl wie ein 5w20-Öl (oder niedriger) verhält. Dies führt zu einer Verringerung des Motorschutzes.

Auf der anderen Seite kann ein Mischer/Raffineur einige hochmolekulare Polymere zusammen mit niedermolekularen Polymeren in Verbindung mit einem Grundstoff mit höherer Viskosität hinzufügen, um ein Gleichgewicht zwischen der Verdünnung bei hohen Temperaturen und einer längeren Lebensdauer des Öls zu erreichen. Mit anderen Worten, es ist ein Rezept, das vom jeweiligen Raffineur/Mischer abhängt.

Zusammengefasst

Moderne Motorenöle sind eine Mischung aus einem Grundöl mit Additiven, die die Verdünnung bei höheren Temperaturen verringern, und anderen Additiven, die die Verdickung bei kälteren Temperaturen verringern, sowie aus viskositätsbezogenen Additiven, die von den Raffineuren und Mischern hinzugefügt werden, wie Korrosionsschutz-, Reibungsmodifizierungs-, Reinigungsmittel- und Anti-Schaum-Additive.

Die Wahl der Viskosität und der Qualität des Grundstoffs sowie die Art und Menge der Zusatzstoffe sind dem Refiner oder unabhängigen Mischer überlassen. Es handelt sich um ein Rezept, das auf dem Preis der Rohstoffe und dem Qualitätsanspruch, den der Refiner oder Mischer erreichen möchte, basiert.