ทำความเข้าใจกับข้อมูลจำเพาะของน้ำมันเครื่อง

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับบทบาทของน้ำมันเครื่อง

น้ำมันเครื่องช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิว

ลดการสึกหรอ

ลดความร้อน ระหว่างชิ้นส่วนเลื่อน

ลดการสูญเสียพลังงาน

ทำหน้าที่เหมือนสารหล่อเย็นเพื่อระบายความร้อนออกจากบริเวณแรงเสียดทาน

ทำหน้าที่เป็นซีลระหว่างกระบอกสูบและแหวนลูกสูบ

ความหนืดของน้ำมันเครื่องคืออะไร

ความหนืดคือการวัดที่จัดหมวดหมู่ความต้านทานต่อการไหลของของเหลว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากน้ำมันจะบางลงเมื่อได้รับความร้อนและข้นขึ้นเมื่อเย็นลง พิกัดความหนืดของน้ำมันจึงต้องรวมค่าอ้างอิงของอุณหภูมิไว้ด้วย นอกจากนี้ยังมีการวัดความหนืดของน้ำมันอีกสองประเภท ไคเนมาติกและแอบโซลูท (เรียกอีกอย่างว่าไดนามิก)

ความหนืดไคเนมาติกของน้ำมันเครื่องวัดเป็นเซนติสโตก (cST) หรือ mm2/s centistoke คือ 1/100 ของ stoke สโต๊คเป็นการวัดที่กำหนดโดยมวล (ความหนาแน่น) ของการเคลื่อนที่ของของเหลว (หน่วยเป็นเซนติเมตร) ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง โดยคิดจากกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตรผ่านออริฟิซ

นี่คือตัวอย่างง่ายๆ ของ Kinematic ความหนืด เจาะรูขนาดเท่าถ้วยเล็กแล้วเสียบ จากนั้นเติมน้ำมันเครื่องที่อุณหภูมิ 100°C (212°F) ลงในถ้วย ถอดปลั๊กออกแล้ววัดปริมาณน้ำมันที่ไหลผ่านรูในช่วงเวลาที่กำหนด ขณะนี้คุณมีคะแนน Kinematic น่าเสียดายที่เครื่องยนต์ไม่ทำงานแบบนั้น การวัดค่าความต้านทานการไหลของน้ำมันในเครื่องยนต์มีมากกว่านั้นมากซับซ้อน

ประการแรก เครื่องยนต์ไม่ต้องพึ่งพาแรงโน้มถ่วงเพื่อให้ไหล พวกเขาหมุนเวียนน้ำมันภายใต้แรงดันโดยใช้ปั้มน้ำมัน ประการที่สอง น้ำมันเครื่องไม่เพียงแค่หยดออกจากรูในถ้วยเท่านั้น ต้องเคลื่อนที่ไปมาระหว่างตลับลูกปืนกับเพลาหมุน และผ่านช่องทางเดินน้ำมันแคบๆ เมื่อน้ำมันเลื่อนไปมาระหว่างตลับลูกปืนและเพลาและผ่านช่องทางต่างๆ ก็จะพบกับการลาก

เมื่อทราบแล้ว ให้กลับไปที่ตัวอย่างถ้วยรองน้ำหยดของเรา แทนที่จะปล่อยให้ส่วนบนของถ้วยเปิดสู่บรรยากาศ เราจะปิดฝาและใช้แรงดัน 10 psi ต่อไปเราจะติดหลอดดูดน้ำขนาด 12 นิ้วเข้ากับรูที่ก้นถ้วย หากเราทดสอบซ้ำที่ -17.7°C (0°F) เราจะได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง และผลลัพธ์นี้จะเป็นความหนืดสัมบูรณ์หรือไดนามิก

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความหนืดสัมบูรณ์ของน้ำมันเครื่องคือ a การวัดการทำงานของน้ำมันเมื่อเครื่องยนต์หมุนและสูบน้ำมัน ความหนืดสัมบูรณ์/ไดนามิกของน้ำมันเครื่องจะบอกคุณจริงๆ ว่าน้ำมันจะทำงานอย่างไรเมื่อสตาร์ทเครื่องตอนเครื่องเย็นเมื่อคุณออกตัว และสูบฉีดได้ดีแค่ไหนเมื่อเครื่องเย็น

ความหนืดของน้ำมันเครื่องแสดงออกมาอย่างไร

Society of Automotive Engineers (SAE) ใช้การจำแนกประเภททั่วไปของ "XW-XX" โดยที่ตัวเลขที่อยู่ข้างหน้า "W" (ฤดูหนาว) คือประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำแบบสัมบูรณ์/ไดนามิก (-17.7°C (0°F)) และอีกจำนวนแสดงถึงอุณหภูมิสูง Kinematic ของน้ำมันที่ 100°C (212°F)

ฤดูหนาวคะแนนคำนวณโดยใช้เครื่องมือทดสอบพิเศษที่เรียกว่าเครื่องจำลองการหมุนเหวี่ยงเย็น และวัดเกรดน้ำมันแต่ละเกรดในหน่วย mPa เกรดสำหรับอุณหภูมิสูงของน้ำมันวัดเป็น (cSt)

หมายเหตุสำคัญ: เกรดของน้ำมันที่แสดงด้านล่างได้รับการทดสอบที่อุณหภูมิต่างกัน! น้ำมัน 0W ได้รับการทดสอบที่อุณหภูมิ -35°C ในขณะที่น้ำมัน 5W ได้รับการทดสอบที่อุณหภูมิ -30°C ความหนืดของเกรด W อยู่ในระดับสูงสุดที่อนุญาต ในขณะที่ความหนืดของเกรดอุณหภูมิสูงคือขั้นต่ำ

ดังนั้น น้ำมันเกรด 5W-30 จึงมีความข้นน้อยกว่า น้ำมันเกรด 10W-30 ในสภาพอากาศหนาวเย็น นั่นหมายความว่าน้ำมัน 5W-30 จะช่วยให้เครื่องยนต์ของคุณหมุนเร็วขึ้น และปั้มน้ำมันสามารถสูบจ่ายได้ง่ายกว่าน้ำมัน 10W-30 ที่อุณหภูมิเย็นเท่ากัน

ที่อุณหภูมิสูงกว่า เกรด 5W-30 จะบางลง ออกเร็วกว่าน้ำมันเกรด 5W-40 ที่อุณหภูมิสูงเท่ากัน

ดัชนีความหนืด (VI)

น้ำมันทั้งหมดจะบางลงเมื่ออุ่นขึ้น อัตราที่น้ำมันบางจะแสดงโดยดัชนีความหนืด หากน้ำมันมีอัตราการเจือจางที่ช้ามากเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่า VI ของน้ำมันก็จะสูง กล่าวอีกนัยหนึ่ง น้ำมันที่มีค่า VI สูงจะรักษาความหนืดได้สม่ำเสมอกว่าในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

ผลกระทบของอุณหภูมิที่มีต่อความหนืดของน้ำมันจะไม่สม่ำเสมอ

การทำให้น้ำมันบางหรือหนาขึ้นคือ ไม่เป็นเชิงเส้น ตัวอย่างเช่น ความหนืดจลนศาสตร์ของน้ำมันจะเปลี่ยนแปลงมากขึ้นระหว่าง 50°F ถึง 59°F ซึ่งจะอยู่ระหว่าง 176°F ถึง 185°F

“ความหนืดดัชนี (VI) สำหรับน้ำมันพื้นฐานและน้ำมันหล่อลื่นได้รับการพัฒนาโดยดีนและเดวิสจาก Standard Oil ในปี พ.ศ. 2472 ในขณะนี้ ไม่มีน้ำมันหลายเกรดและไม่มีน้ำมันสังเคราะห์ สำหรับระดับ VI มีการกำหนดจุดจำกัดสองจุด น้ำมันที่มีการเปลี่ยนแปลงความหนืดตามอุณหภูมิต่ำ (น้ำมัน HVI ที่กลั่นจากน้ำมันดิบในรัฐเพนซิลเวเนีย น้ำมันพาราฟินิก) อยู่ในระดับสูงของมาตราส่วน

ค่า VI ของพวกเขาถูกระบุด้วย 100 ซึ่งแสดงถึงค่า VI ที่ดีที่สุด น้ำมันที่มีการเปลี่ยนแปลงความหนืดอย่างมีนัยสำคัญ (น้ำมัน LVI, กลั่นจากน้ำมันดิบอ่าวเท็กซัส, น้ำมันแนฟเทนิก) เป็นตัวแทนของค่าต่ำสุด VI ของพวกเขาถูกระบุด้วย 0 – นี่เป็น VI ที่แย่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ค่า VI ที่เกี่ยวข้องกับน้ำมันแร่ จากนั้นนำน้ำมันหล่อลื่นมาเปรียบเทียบกับเกณฑ์มาตรฐานเหล่านี้ หากน้ำมันมีความคล้ายคลึงกับน้ำมันพาราฟินิก ค่า VI เท่ากับ 100 ถ้ามันคล้ายกับน้ำมันแนฟเทนิก ค่า VI ของ 0 ถูกกำหนด ในช่วงกลาง จะมีการกำหนด VI ประมาณ 50 คน เพื่อเพิ่มค่า VI ให้มีค่าสูงกว่า 100 จึงมีการพัฒนาน้ำมันพื้นฐานชนิดใหม่และสารเติมแต่งพิเศษในภายหลัง” —Anton Paar

ค่า VI ของน้ำมันเครื่องมีค่าตั้งแต่ -60 ถึง 400 ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวปรับความหนืดที่ใช้โดยโรงกลั่นหรือเครื่องปั่นน้ำมัน โดยปกติแล้ว น้ำมันเครื่องจะมีสารเพิ่มความหนืดระหว่าง 5% ถึง 20%

สิ่งนี้มีความสำคัญ ผู้คนมักคิดว่าตัวเลขที่หนึ่งและสองเป็นค่าจลนศาสตร์ทั้งคู่ พวกเขาไม่. เลขหน้าตัววคือความหนืดสัมบูรณ์ของน้ำมันขณะหมุนตามมาตรฐาน ASTM TEST D5293 เครื่องจำลองการเหวี่ยงเย็น) และความหนืดของการปั๊มตามมาตรฐาน ASTM D4684, ASTM D3829, ASTM D6821 หรือ ASTM D6896 (เครื่องวัดความหนืดแบบหมุนขนาดเล็ก) การหมุนเหวี่ยงแบบเย็นจะจำลองการสตาร์ทเครื่องยนต์แบบเย็นที่อุณหภูมิต่างๆ ตามความหนืดที่คาดการณ์ไว้ของน้ำมันที่กำลังทดสอบ กล่าวคือ ผู้ทดสอบไม่ได้ใช้อุณหภูมิที่เท่ากันสำหรับน้ำมันแต่ละชนิด

ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ได้พิกัด 0W น้ำมันต้องมีค่าความหนืดในการหมุนไม่เกิน 6200 mPa (เมกะปาสกาล) ที่ -31°F (-35°C) และสูงสุด สูบจ่ายความหนืด 60,000 mPa ที่ -40° F/C

ดูแผนภูมินี้เพื่อทำความเข้าใจว่าน้ำมัน 2 ชนิดที่มีหมายเลขแรกเหมือนกันสามารถมีความหนืดสัมบูรณ์สองค่าต่างกันได้อย่างไร

ดังนั้น น้ำมัน 5W จะให้ความสามารถในการหมุนและปั๊มได้ดีกว่า 10W ที่ทุกอุณหภูมิเสมอ เห็นได้ชัดว่า การใช้น้ำมัน 0W หรือ 5W ในสภาพอากาศที่เย็นกว่านั้นสำคัญกว่าเพื่อช่วยในการหมุนและปั๊ม แต่ 0W หรือ 5W ยังช่วยให้สามารถหมุนและปั๊มได้ในอุณหภูมิที่อุ่นขึ้นด้วย

ตอนนี้เรามาตรวจสอบความแตกต่างกัน ใน mPa สัมบูรณ์/ไดนามิกของน้ำมันสองตัวที่มีเลขตัวแรกเหมือนกัน: 10W40 และ 10W-60

10W-40 มีความหนืดไดนามิก 735.42 mPa @ 0°C แต่น้ำมัน 10W-60 มีความหนืดไดนามิก 1453.82 mPa @ 0°C น้ำมันทั้งสองคือ 10W! แม้ว่าทั้งคู่จะมีกำลัง 10 วัตต์ แต่ก็มีข้อเหวี่ยงและกำลังสูบที่ต่างกันโดยสิ้นเชิงลักษณะเฉพาะ

ประเภทของตัวปรับค่าดัชนีความหนืด

น้ำมันเกรดตรงและน้ำมันหลายเกรดมีสารปรับความหนืดสำหรับทั้งแบบธรรมดา และน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ ผู้ผลิตใช้ผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย เช่น โพลิเมอร์ที่ละลายในน้ำมันหรือโคโพลิเมอร์

สารลดจุดไหลเทและจุดไหลเท

จุดไหลเทของน้ำมันคืออุณหภูมิที่น้ำมันไม่ไหลอีกต่อไป สารเติมแต่งที่กดจุดช่วยชะลอการข้นของน้ำมันที่อุณหภูมิต่ำลง โดยชะลอการตกผลึกของส่วนประกอบพาราฟินิกของน้ำมัน สิ่งนี้จะลดอุณหภูมิจุดไหลลง

สารปรับปรุงดัชนีความหนืด (VII)

สารปรับปรุง VII มักเป็นโมเลกุลโพลิเมอร์สายยาวที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงซึ่งเปลี่ยนรูปร่างตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เมื่อเย็นจะพับให้แน่นหรือขด เมื่ออยู่ในสภาวะเย็น จะไม่เพิ่มความหนืดของน้ำมัน อย่างไรก็ตาม เมื่อน้ำมันมีอุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลจะ “คลายตัว/คลี่ออก” ดังนั้นจึงใช้พื้นที่มากขึ้นและเพิ่มแรงเสียดทานของน้ำมันเครื่องเพื่อชดเชยลักษณะการทำให้น้ำมันบางลงด้วยความร้อน กล่าวคือทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความข้นเพื่อลดการทำให้น้ำมันบางลง

• โอเลฟินโคโพลิเมอร์ (OCP)

• โพลิอัลคิลเมทาคริเลต (PAMA)

• โพลิไอโซบิวทิลีน (PIB)

• โพลีเมอร์บล็อกสไตรีน

• เมทิลเมทาคริเลต (MMA)

• ยางโพลีบิวทาไดอีน (PBR)

• ซิส-โพลีไอโซพรีน (ยางสังเคราะห์)<5

• โพลีไวนิลพัลมิเทต

•พอลิไวนิลแคปริเลต

• โคพอลิเมอร์ของไวนิลพัลมิเทตกับไวนิลอะซีเตต

แต่พอลิเมอร์ VII มีข้อเสีย ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลของโพลิเมอร์สูงเท่าไรก็ยิ่งขยายตัวมากขึ้นเท่านั้น แต่ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลสูงเท่าไร ก็ยิ่งมีแนวโน้มที่จะ "เฉือน" มากขึ้นเมื่อไหลระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวสองชิ้น หากเครื่องกลั่น/เครื่องปั่นน้ำมันใช้โพลิเมอร์ VII ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงที่มีความเข้มข้นสูงกว่า ก็จะยิ่งสามารถป้องกันไม่ให้น้ำมันบางลงเมื่อได้น้ำมันใหม่ แต่เมื่อน้ำมันมีการสะสมไมล์ การตัดเฉือนจะทำลายโพลิเมอร์และลดความสามารถในการรักษาความหนืดตามที่ระบุ ดังนั้น โพลิเมอร์สายยาวจึงแตกตัวค่อนข้างเร็วเนื่องจาก "แรงเฉือน" ระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ อันที่จริง ในช่วงเวลาสั้นๆ แรงเฉือนที่เกิดจากเครื่องยนต์อาจทำให้น้ำมัน 5w30 ทำหน้าที่เหมือนกับน้ำมัน 5w20 (หรือต่ำกว่า) สิ่งนี้ทำให้การปกป้องเครื่องยนต์ลดลง

ในทางกลับกัน เครื่องปั่น/สารกลั่นของฉันเติมโพลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลสูงพร้อมกับโพลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลต่ำร่วมกับน้ำมันพื้นฐานที่มีความหนืดสูงขึ้นเพื่อให้มีความสมดุลระหว่าง ทินเนอร์ที่อุณหภูมิสูงและอายุการใช้งานของน้ำมันที่ยาวนานขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นสูตรที่ขึ้นอยู่กับผู้กลั่น/เครื่องปั่นแต่ละราย

โดยสรุป

น้ำมันเครื่องสมัยใหม่เป็นส่วนผสมของน้ำมันพื้นฐานกับสารเติมแต่งเพื่อลดการทำให้บางที่อุณหภูมิสูงขึ้นและ สารเติมแต่งอื่น ๆ เพื่อลดความหนาที่อุณหภูมิเย็นนอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับความหนืดด้วยสารเติมแต่ง ตัวกลั่น และเครื่องปั่นเพิ่ม สารป้องกันการกัดกร่อน สารปรับแรงเสียดทาน สารซักฟอก และสารป้องกันฟอง

การเลือกความหนืดและคุณภาพของน้ำสต็อกพื้นฐาน ตลอดจนประเภทและปริมาณของสารเติมแต่งขึ้นอยู่กับ เครื่องกลั่นหรือเครื่องปั่นอิสระ เป็นสูตรที่ขึ้นอยู่กับราคาของวัตถุดิบและชื่อเสียงด้านคุณภาพที่ผู้กลั่นหรือเครื่องปั่นต้องการบรรลุ