شما اینجا هستید >>
نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای و نقش پلیمرهای اصلاحکننده گرانروی (VII)
در مهندسی تریبولوژی، عملکرد روغن موتورهای چنددرجهای نقش مهمی در کاهش اصطکاک و افزایش عمر قطعات مکانیکی دارد. این روغنها باید در شرایط سخت کاری و فشار بالا پایداری خود را حفظ کنند، به همین دلیل مهندسان همواره در حال بهبود فرمولاسیون آنها و بررسی بهتر نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای هستند.
در گذشته، مصرفکنندگان مجبور بودند میان روغنهای زمستانی و تابستانی انتخاب کنند، اما با توسعه روغنهای چنددرجهای (مولتیگرید) این مشکل برطرف شد و امروزه این نوع روغنها در سراسر جهان کاربرد گستردهای دارند. عملکرد مناسب این روغنها به خواص رئولوژیکی و کنترل ویسکوزیته در دماهای مختلف وابسته است. حفظ چسبناکی مناسب باعث تشکیل لایه محافظ روی قطعات و کاهش سایش موتور میشود.
نقش پلیمرهای بهبوددهنده ویسکوزیته در این فرایند بسیار مهم است. افزودنی VII که یک پلیمر با وزن مولکولی بالا محسوب میشود، رفتار حرارتی روغن را تغییر داده و پایداری آن را افزایش میدهد. همچنین شاخص گرانروی (VI) بهعنوان معیاری استاندارد برای ارزیابی کیفیت روانکارها استفاده میشود و میزان تغییر ویسکوزیته روغن موتور در دماهای مختلف را نشان میدهد.
در نهایت، روغنهای مولتیگرید از ترکیب روغن پایه باکیفیت و افزودنیهای پلیمری تشکیل میشوند و تعامل این مؤلفهها موجب پایداری حرارتی و عملکرد بهینه موتور در شرایط مختلف میشود
نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای و بررسی این که ضریب گرانروی (VI) چیست؟
تاریخچه استفاده از افزودنیهای پلیمری در روانکارها به دهه ۱۹۳۰ میلادی بازمیگردد. در آن زمان، دانشمندان متوجه افت شدید گرانروی سیالات در اثر حرارت موتور شدند. کاهش گرانروی باعث نازک شدن خطرناک لایه روانکار هیدرودینامیک میشد. این پدیده فیزیکی به قطعات متحرک موتور آسیبهای جبرانناپذیری وارد میرساند. نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای دقیقاً برای رفع این مشکل حیاتی طراحی شد. این طراحی مهندسی بر اساس مدیریت هوشمند اصطکاک و گرما شکل گرفت. موفقیت نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای نیازمند ارتقای شاخص ویسکوزیته بود.
برای دانستن عمیقتر این که ضریب گرانروی (VI) چیست؟ باید رفتار حرارتی سیالات را بشناسیم. این ضریب یک عدد بدون بعد در علم ترمودینامیک است. ضریب گرانروی VI شاخصی است که ثبات ویسکوزیته را در برابر گرما نشان میدهد. هرچه این عدد ریاضی بزرگتر باشد، ثبات روغن در دماهای مختلف بیشتر است. روغنهای معدنی معمولی استخراج شده از نفت خام شاخصی بین ۹۶ تا ۱۲۰ دارند.
تولید روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) این شاخص مهم را به شدت افزایش میدهد. معرفی روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) تحولی عظیم در مهندسی خودرو ایجاد نمود. انتخاب روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای با معرفی این محصولات نوین کاملاً تغییر کرد. تفاوت اصلی روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای در همین سطح از پایداری حرارتی است. روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای هر دو دارای استاندارد ویسکوزیته SAE هستند. در این سیستم طبقهبندی، حرف W نشانگر عملکرد مناسب زمستانی است. چسبناکی روغن در دماهای مختلف توسط این سیستم به صورت اعداد طبقهبندی میشود و برای استارت ایمن موتور در صبحهای سرد بسیار مهم است و دماهای مختلف در روغنهای یک درجهای قدیمی محدودیت حرارتی دارد. بنابراین، کاربرد روغن چند درجهای در موتور به سرعت در سطح جهانی گسترش یافت.
نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن و کاربرد روغن چند درجهای در موتور
کاربرد روغن چند درجهای در موتور مستقیماً بر پایه علم شیمی پلیمر استوار است. کاربرد روغن چند درجهای در موتور بدون حضور این درشتمولکولهای مهندسیشده امکانپذیر نیست. نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن کنترل هوشمندانه جریان سیال در شرایط مختلف است. نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن تنها با تغییرات دمایی داخل موتور نمایان میشود. این پلیمرهای پیشرفته به عنوان افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) شناخته و تجاریسازی میشوند. معماری فضایی افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) بسیار حساس به دما است. مولکولهای افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) در هوای سرد به شدت منقبض میشوند. نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما مستقیماً به این انقباض فضایی وابسته است.
نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما مشابه رفتار فیزیکی یک فنر پلاستیکی است. در دمای پایین محیط، زنجیرههای پلیمری به صورت یک کلاف درهمپیچیده درمیآیند. این فرم هندسی، کمترین مقاومت ممکن را در برابر جریان روانکار ایجاد میکند. این ویژگی جالب، مبنای اصلی نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما میباشد. با افزایش دمای داخلی موتور، حلالیت این پلیمرها در روغن پایه افزایش مییابد. در نتیجه، کلافهای پلیمری به تدریج باز شده و در سیال منبسط میگردند. این انبساط فضایی، حجم هیدرودینامیکی درشتمولکول را در محلول افزایش میدهد.
این فرآیند شیمیایی، مؤلفههای روغن مولتیگرید را در دماهای بالا بسیار کارآمدتر میکند. مؤلفههای روغن مولتیگرید در این حالت ویسکوزیته ظاهری بالاتری ارائه میدهند. در نتیجه، مؤلفههای روغن مولتیگرید افت طبیعی گرانروی ناشی از گرما را خنثی میسازند. این تعادل ظریف شیمیایی، راز اصلی نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای است. پایداری نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای از تماس مستقیم فلزات موتور جلوگیری مینماید. حفظ نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای باعث کارکرد نرم و بیصدای موتور میشود.
ساختار شیمیایی افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) و مؤلفههای روغن مولتیگرید
طراحی صنعتی مؤلفههای روغن مولتیگرید به دانش پیشرفته مهندسی پتروشیمی و سازگاری شیمیایی دقیق میان اجزای فرمولاسیون نیاز دارد. در این روغنها، ترکیباتی مانند پاککنندهها، مواد ضدسایش، آنتیاکسیدانها و متفرقکنندهها استفاده میشوند، اما افزودنی VII یا بهبوددهنده شاخص ویسکوزیته نقش اصلی را در پایداری روانکار ایفا میکند. امروزه پنج گروه اصلی پلیمر به عنوان افزودنی VII به کار میروند که مهمترین آنها پلیمتیلمتاکریلاتها (PMA) و کوپلیمرهای الفین (OCP) هستند.
این پلیمرها رفتار متفاوتی در کنترل چسبناکی روغن در دماهای مختلف دارند و عملکرد آنها مستقیماً به وزن مولکولی و ساختار پلیمری وابسته است. انتخاب صحیح نوع پلیمر و معماری آن، عملکرد روغن موتورهای چند درجهای را بهینه میکند و هدف اصلی تولیدکنندگان نیز بهبود همین عملکرد است.
در میان این ترکیبات، کوپلیمرهای الفین (OCP) به دلیل نقش مؤثرشان در افزایش ویسکوزیته شناخته میشوند. این پلیمرها روغن پایه را تقریباً بهصورت یکنواخت در تمام دماها غلیظ میکنند و بر عملکرد روغن در موتور تأثیر مستقیم دارند. استفاده از روغن چند درجهای مستلزم کنترل دقیق ویسکوزیته سینماتیک است و در موتورهای سنگین صنعتی به پلیمرهای مقاومتری نیاز میباشد.
همچنین در مقایسه روغنهای تکدرجهای و چنددرجهای، پایداری برشی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا مقاومت مکانیکی این روغنها در شرایط کاری متفاوت است. در نهایت، انتخاب روغن مناسب بر اساس نیاز حرارتی و شرایط عملکرد موتور انجام میشود
ضریب گرانروی (VI) در روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) چیست؟
در آزمایشگاههای کنترل کیفیت، ضریب گرانروی (VI) شاخصی کلیدی برای ارزیابی پایداری ویسکوزیته روغن در دماهای مختلف است. تعریف و محاسبه این شاخص بر اساس استاندارد ASTM D2270 انجام میشود و به اندازهگیری ویسکوزیته سینماتیک در دماهای ۴۰ و ۱۰۰ درجه سانتیگراد وابسته است. این دو دما شرایط عملکرد روغن در سرما و گرما را شبیهسازی کرده و مبنای ارزیابی کیفیت و دریافت تأییدیههای بینالمللی هستند.
شاخص VI کیفیت و ماهیت روغن موتور چنددرجهای (مولتیگرید) را نشان میدهد. روغنهایی با VI بالاتر از ۱۲۰ عملکرد مطلوبتری دارند و نمونههای باکیفیت معمولاً شاخصی بیش از ۱۵۰ ارائه میکنند. محاسبه مداوم این ضریب برای پیشبینی عمر و عملکرد روغن موتور اهمیت زیادی دارد و مهندسان خودرو از آن برای تحلیل رفتار روانکار استفاده میکنند.
تغییرات ساختاری پلیمرها نقش مهمی در بهبود عملکرد ویسکوزیته دارند. ارزیابی نقش پلیمرها در روغن با استفاده از معادلات لگاریتمی و مدلهایی مانند هاگینز و کرامر انجام میشود که برای محاسبه ویسکوزیته ذاتی کاربرد دارند. این مدلهای ریاضی رفتار چسبناکی روغن را در دماهای مختلف توصیف میکنند و نشان میدهند که ویسکوزیته علاوه بر ساختار پلیمر، به غلظت آن در حلال نیز وابسته است. درک دقیق این ویژگیها به جلوگیری از خرابیهای شدید مانند آسیب یاتاقانهای موتور کمک میکند
| پارامتر استاندارد | نماد اختصاری | تعریف و روش اندازهگیری (استاندارد جهانی ASTM D2270) |
| ویسکوزیته در ۴۰ درجه | U | میزان گرانروی سینماتیک نمونه روغن مورد آزمایش در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد |
| ویسکوزیته مرجع بالا | H | ویسکوزیته روغنی با شاخص ۱۰۰ که گرانروی ۱۰۰ درجه آن دقیقاً مشابه نمونه است |
| ویسکوزیته مرجع پایین | L | ویسکوزیته روغنی با شاخص صفر که گرانروی ۱۰۰ درجه آن دقیقاً مشابه نمونه است |
| ویسکوزیته در ۱۰۰ درجه | KV_{100} | گرانروی سینماتیک در دمای جوش آب جهت ارزیابی مقاومت حرارتی و تشکیل فیلم |
نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای و کاربرد روغن چند درجهای در موتور
پژوهشهای کاملاً جدید در علم مواد، کاربرد روغن چند درجهای در موتور را متحول کرده است. کیفیت کاربرد روغن چند درجهای در موتور با سنتز پلیمرهای فوقشاخه بهبود چشمگیری یافته است. این ترکیبات پلیمری فوقشاخه، امنیت کاربرد روغن چند درجهای در موتور را کارآمدتر و پایدارتر نمودهاند. میسلهای هوشمند پلیمری، بخش مهمی از مؤلفههای روغن مولتیگرید را تشکیل میدهند. این مؤلفههای روغن مولتیگرید در اثر جذب گرما در محلول منبسط و بزرگتر میشوند. انبساط هدفمند این مؤلفههای روغن مولتیگرید افت ویسکوزیته روغن پایه را کاملاً جبران میکند.
این پدیده ترمودینامیکی، نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای را بینظیر و بینقص میسازد. پایداری ساختاری در نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای عمر مفید قطعات موتور را افزایش میدهد. روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای در این شرایط عملیاتی سخت، رفتار کاملاً متفاوتی دارند. ضعف ذاتی روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای معمولی در دمای بالا مشخص میشود. متأسفانه روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای قدیمی توانایی تشکیل این میسلهای محافظ را ندارند. این تفاوت عملکردی، ارزش استفاده از افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) را برجسته میکند.
کیفیت بالای افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) عملکرد عالی در استارت سرد را تضمین میکند. حضور مداوم افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) در هوای سرد مناطق قطبی کاملاً الزامی است. نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما امروزه توسط پلیمرهای سوپرامولکولی نیز بهینهسازی میشود. این درشتمولکولها، نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما را بسیار هوشمند و واکنشگرا میکنند. تغییر فاز فیزیکی از حلقه به زنجیره، اساس نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما است.
تخریب مکانیکی و پایداری برشی در روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید)
تنشهای شدید مکانیکی درون موتورهای احتراق داخلی بسیار بالا و مخرب هستند. این تنشهای برشی مستقیماً بر روی ساختار روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) فشار وارد میکنند. یک روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) مرغوب باید در برابر این برشهای مکانیکی مقاوم باشد. میزان پایداری مکانیکی روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) عمر مفید و بازه تعویض آن را تعیین میکند. نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن در بین چرخدندهها و یاتاقانها به شدت به چالش کشیده میشود. نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن با بریده شدن و شکستن زنجیرههای بلند پلیمری از بین میرود. حفظ کارایی و نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن نیازمند سنتز ساختارهای فضایی بسیار مقاومتر است.
با شکستن دائمی پلیمرها، چسبناکی روغن در دماهای مختلف دچار افت غیرقابل بازگشت میشود. افت ناگهانی چسبناکی روغن در دماهای مختلف به معنای رقیق شدن بیش از حد روانکار است. کاهش شدید چسبناکی روغن در دماهای مختلف خطرات سایشی بسیار جدی برای موتور به همراه دارد. برای بهبود این وضعیت بحرانی، ساختار مؤلفههای روغن مولتیگرید به طور کامل بازطراحی شدهاند. استفاده از پلیمرهای مدرن ستارهای در مؤلفههای روغن مولتیگرید یک راهحل مهندسی عالی است. این نوع مؤلفههای روغن مولتیگرید پایداری برشی بسیار بهتری نسبت به زنجیرههای خطی ساده دارند.
به همین دلیل، کاربرد روغن چند درجهای در موتورهای توربوشارژر نیازمند حضور این پلیمرهای مقاوم است. تداوم ایمن کاربرد روغن چند درجهای در موتور مستقیماً به پایداری این کلافهای پلیمری وابسته است. گسترش روزافزون کاربرد روغن چند درجهای در موتور باعث توسعه روشهای استاندارد آزمون جدید شد. کیفیت نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای در آزمایشگاه با تستهای پایداری برشی ارزیابی میشود. دوام طولانی در نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای مهمترین مزیت رقابتی شرکتهای نفتی است. نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای در شرایط تنش برشی بالا، مانع از قفل شدن موتور میگردد.
تأثیر روغن پایه بر افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) و نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما
نوع روغن پایه تأثیر مستقیمی بر عملکرد افزودنی VII یا بهبوددهنده شاخص ویسکوزیته دارد. میزان انحلالپذیری این افزودنی به ساختار هیدروکربنی روغن پایه وابسته است و در روغنهای گروه III به دلیل آروماتیک پایین، حلالیت کمتری دارد. این ویژگی بر رفتار روغن در دماهای مختلف اثر میگذارد و کیفیت عملکرد آن در سرما و گرما به نحوه باز شدن ساختار پلیمری بستگی دارد. در روغنهای معدنی، این رفتار حرارتی و فیزیکی تفاوت بیشتری نشان میدهد.
تفاوت در ضریب گرانروی (VI) عمدتاً ناشی از ماهیت آروماتیک و نفتنیک روغن پایه و همچنین میزان حلالیت پلیمرهاست. کیفیت روغنهای تکدرجهای و چنددرجهای علاوه بر افزودنیها، به نوع روغن پایه و دقت فرمولاسیون وابسته است. هر دو نوع روغن در نهایت بر پایه روغنهای تصفیهشده تولید میشوند.
روغنهای موتور چنددرجهای تمام سنتتیک بهترین پایداری حرارتی را ارائه میدهند و میتوانند مصرف سوخت و اصطکاک داخلی موتور را کاهش دهند. در این روغنها، نقش پلیمرهای ویسکوزیته پایدارتر بوده و لایهای مقاوم در برابر سایش ایجاد میشود. همچنین کنترل ویسکوزیته در دماهای مختلف در پایههای سنتتیک گروه IV آسانتر است و این روغنها در برابر شوکهای حرارتی نوسان ویسکوزیته کمتری دارند.
ارزیابی نهایی کاربرد روغن چند درجهای در موتور و مؤلفههای روغن مولتیگرید
ترکیب دقیق مؤلفههای روغن مولتیگرید باید استانداردهای سختگیرانه کیفی API و ACEA را با موفقیت پاس کنند. تکتک مؤلفههای روغن مولتیگرید موجود در فرمولاسیون وظیفه حفاظتی خاصی را بر عهده دارند. ایجاد تعادل شیمیایی بین مؤلفههای روغن مولتیگرید برای حفاظت طولانیمدت از قطعات متحرک موتور حیاتی است. البته کاربرد روغن چند درجهای در موتورهای دیزلی سنگین و موتورهای بنزینی سبک تفاوتهای ظریفی دارد. انتخاب گرید مناسب برای کاربرد روغن چند درجهای در موتور بر اساس توصیه استاندارد سازنده خودرو انجام میشود. توسعه جهانی کاربرد روغن چند درجهای در موتور با پیشرفت طراحی موتورهای احتراق داخلی همراه بوده است.
موفقیت پایدار در نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای در گرو آزمایشهای مستمر رئولوژیکی است. جزئیات نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای با استفاده از ویسکومترهای پیشرفته مویرگی به دقت بررسی میشود. نظارت مداوم بر نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای مانع از خرابیهای پرهزینه و زودرس میگردد. پلیمرهای افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) از سایش شدید بادامکها و رینگها جلوگیری میکنند. انتخاب و استفاده از ترکیبات افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) باکیفیت برای شرکتها ضروری است. فرآیند توسعه و بهینهسازی افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) در پتروشیمیها همچنان در جریان است.
رفتار روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای در هوای سرد
این رفتار با تست نقطه ریزش (Pour Point) بررسی میشوند. نقطه ضعف روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای معمولی در زمستانهای بسیار سخت به خوبی مشخص میگردد. روی بستهبندی روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای کدهای شناسایی و گرانروی متفاوتی درج شده است. شاخص ضریب گرانروی (VI) نشاندهنده میزان پیشرفت صنعتی در علم مهندسی مواد پلیمری است. درک نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما نشانهای بارز از تسلط بر این تکنولوژی هوشمند است. تنظیم ارادی نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما از طریق مهندسی پلیمرها، یک شاهکار شیمی است. اختراع روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) بیشک یکی از مهمترین دستاوردهای این علم برای صنعت میباشد.
مفاهیم پیشرفته در نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای و ضریب گرانروی (VI) چیست؟
مهندسی سطح و تریبولوژی در طراحی سیستمهای پیشرفته روانکاری خودرو اهمیت بسیار ویژهای دارد. تماس خشک فلز با فلز باعث خرابی مکانیکی فاجعهبار در یاتاقانها و اجزای متحرک میشود. بهبود نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای دقیقاً از وقوع این پدیده ویرانگر جلوگیری میکند. در واقع، نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای لایهای غیرقابل نفوذ از سیال را ایجاد مینماید. حفظ این لایه ضخیم هیدرودینامیک، ارزش نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای را کاملاً توجیه میکند. اما مبنای فیزیکی این محافظت و پاسخ به اینکه ضریب گرانروی (VI) چیست؟ در کجاست؟ برای رسیدن به پاسخ، باید رفتار ترمودینامیکی و خواص سیالات پیچیده را بسیار دقیقتر بررسی کنیم.
علم مکانیک سیالات به مهندسان میآموزد که ویسکوزیته سیال اکیداً تابعی از دمای محیط است. ساختار روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) شدت این تابعیت حرارتی را به حداقل ممکن میرساند. فرمولاسیون روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) با استفاده از پیشرفتهای مهندسی شیمی توسعه و تکامل یافته است. تولید صنعتی روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) نیازمند تجهیزات پیشرفته و مدرن پالایشگاهی و اختلاط است. انتخاب نهایی بین روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای کاملاً به نوع کاربری دستگاه بستگی دارد. روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای در ماشینآلات صنعتی، ژنراتورهای ثابت و انواع خودروها کاربرد فراوان دارند. با این حال، موتورهای مدرن با سرعت دوران بالا، صرفاً از روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای پیشرفته استفاده میکنند.
دینامیک مولکولی مؤلفههای روغن مولتیگرید و نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای
طراحی آزمایشگاهی مؤلفههای روغن مولتیگرید یک فرآیند بسیار دقیق، حساس و علمی در پتروشیمی است. تکتک مواد شیمیایی در مؤلفههای روغن مولتیگرید برای هدفی کاملاً مشخص به محلول اضافه میشوند. ترکیبات پراکندهساز (Dispersants) یکی از حیاتیترین مؤلفههای روغن مولتیگرید به شمار میروند. این مواد از تجمع و رسوب ذرات دوده ناشی از احتراق جلوگیری به عمل میآورند. همچنین، حضور افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) قلب تپنده این سیستم محافظتی است. غلظت دقیق افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) معمولاً بسیار با احتیاط محاسبه میشود. مقدار مصرفی افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) در فرمولها معمولاً بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ پیپیام متغیر است.
این پلیمرهای حساس، چسبناکی روغن در دماهای مختلف را به صورت هوشمندانه و اتوماتیک کنترل میکنند. تنظیم دقیق چسبناکی روغن در دماهای مختلف برای جلوگیری از افت فشار اویلپمپ کاملاً الزامی است. میزان چسبناکی روغن در دماهای مختلف بر مصرف سوخت و آلایندگی خودرو نیز تأثیر مستقیم و غیرقابل انکاری دارد. کنترل متمرکز چسبناکی روغن در دماهای مختلف تنها توسط این درشتمولکولهای پلیمری انجام میگیرد. تأثیر و نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن در این مرحله بحرانی بسیار چشمگیر و کارآمد است. در دمای جوش، نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن به عنوان یک سپر حرارتی قدرتمند عمل میکند. نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن مانع از نازک شدن خطرناک سیال روانکار بین قطعات میشود.
چاره ی کار در زمستان های بسیار سرد
هنگام زمستانهای بسیار سرد و یخبندان، کیفیت نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما مورد آزمایش عملی قرار میگیرد. اگر طراحی نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما ضعیف باشد، استارت زدن میللنگ بسیار دشوار میشود. تنظیمات پاشش سوخت ایسیو (ECU) خودرو نیز با کیفیت نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما مرتبط است. کیفیت بالای کاربرد روغن چند درجهای در موتور عمل استارت زدن در دمای زیر صفر را بسیار آسان میکند. این ویژگی مهم، بزرگترین و محسوسترین مزیت کاربرد روغن چند درجهای در موتور برای مصرفکنندگان است. بررسیهای مکانیکی از کاربرد روغن چند درجهای در موتور نشاندهنده کاهش شدید استهلاک قطعات استارت میباشد.
| نوع افزودنی مهم | نام شیمیایی رایج | عملکرد اصلی در ساختار روانکار |
| شویندهها (Detergents) | سولفوناتها، سالیسیلاتها | خنثیسازی اسیدها و تمیز نگه داشتن سطوح فلزی |
| متفرقکنندهها (Dispersants) | پلیایزوبوتیلن سوکسینیمید | معلق نگه داشتن دوده و جلوگیری از تشکیل لجن |
| ضدسایش (Anti-wear) | روی دیآلکیل دیتیوفسفات (ZDDP) | تشکیل لایه محافظ رویایی روی قطعات تحت فشار |
| ضد کف (Anti-foam) | پلیمرهای سیلیکونی، اکریلاتها | جلوگیری از تشکیل حبابهای هوا در اثر تلاطم شدید |
روشهای اندازهگیری استاندارد ASTM D2270 برای کاربرد روغن چند درجهای در موتور و مؤلفههای روغن مولتیگرید
اندازهگیری بسیار دقیق و علمی گرانروی نیازمند ابزارهای کالیبره شده و محیط ایزوله است. استاندارد جهانی ASTM D2270 چارچوب مشخصی برای این محاسبات پیچیده ارائه میدهد. برای تعیین کیفیت نهایی مؤلفههای روغن مولتیگرید از این روش محاسباتی معتبر استفاده میشود. آزمایشگاههای مدرن عملکرد مؤلفههای روغن مولتیگرید را با ویسکومترهای دقیق مویرگی میسنجند. نتیجه عملکرد مؤلفههای روغن مولتیگرید با اعداد ریاضی در برگههای آنالیز ثبت میگردد. این ارقام ریاضی مشخص میکنند.
این پارامترهای آزمایشگاهی نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای را از نظر تئوری و ریاضی اثبات میکنند. اثبات ریاضی و فیزیکی نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای برای دریافت استانداردهای خودروسازان ضروری است. موفقیت نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای مستقیماً به کاهش فاصله مقدار ویسکوزیته در سرما و گرما بستگی دارد. معادلات لگاریتمی ارزش واقعی روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) را به طور قطعی نشان میدهند.
تولیدکنندگان معتبر و برندهای جهانی روی کیفیت روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) سرمایهگذاری هنگفتی کردهاند. کیفیت برتر در بازار روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) مرهون همین محاسبات ریاضی سختگیرانه است. در نهایت بازار مصرف، روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای با همین روش از یکدیگر متمایز و قیمتگذاری میشوند. ارزیابی کیفی بین روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای منحصراً توسط همین جداول ریاضی انجام میپذیرد. روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای با هر برندی هرگز از رعایت این استانداردهای بینالمللی مستثنی نیستند.
پالایش روغن پایه و تأثیر آن بر افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) و ضریب گرانروی (VI) چیست؟
روغنهای پایه عمدتاً از طریق فرآیند پیچیده تقطیر در خلأ در پالایشگاهها تولید میشوند. این فرآیند صنعتی، کیفیت نهایی روغن پایه و میزان حلالیت افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) را تعیین میکند. روغنهای معدنی گروه I در API دارای مقادیر زیادی گوگرد و ترکیبات آروماتیک مضر هستند. ترکیبات پلیمری افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) در این محیط آروماتیک به خوبی حل میشود. اما پایداری اکسیداسیون بسیار پایین این روغنها در حرارت بالا به شدت مشکلساز است. برای رفع این ضعف، پالایشگاهها از فرآیند هیدروکراکینگ برای ارتقا و تولید روغنهای گروه II و III استفاده میکنند.
شاخص ذاتی خود روغن پایه
برای درک بنیادیتر از اینکه ضریب گرانروی (VI) چیست؟ باید شاخص ذاتی خود روغن پایه را دانست. روغنهای هیدروکراک شده گروه III به خودی خود دارای شاخص گرانروی بالاتری نسبت به گروه اول هستند. در این پایهها بدون هیچگونه افزودنی نیز نسبتاً قابل قبول است. این شاخص بالا به تنهایی نشان میدهد ضریب گرانروی (VI) چیست و چقدر در پایههای مدرن اهمیت دارد. با این حال، حلالیت زنجیرههای پلیمر در گروه III به دلیل فقدان آروماتیکها به شدت کاهش مییابد. این مسئله شیمیایی بر کیفیت کاربرد روغن چند درجهای در موتور تأثیر منفی و نامطلوبی میگذارد. مهندسان پلیمر برای حفظ کیفیت کاربرد روغن چند درجهای در موتور، ساختار فضایی پلیمرها را اصلاح میکنند. این اصلاحات شیمیایی، کاربرد روغن چند درجهای در موتور را در تمام روغنهای پایه بهینهسازی میکند.
فرمولاسیون روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) با روغن پایه سنتتیک PAO (گروه IV) بهترین کیفیت ممکن را دارد. یک روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) تمام سنتتیک مقاومت فوقالعادهای در برابر تبخیر حرارتی (Volatility) دارد. دوام ساختاری روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) باعث طولانی شدن بازه زمانی تعویض روغن میشود. ثبات نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای در این بازههای کارکرد طولانی بسیار حیاتی و مهم است. ثبات در نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای مانع از تجمع و رسوب لجن سیاه میشود. در نتیجه، نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای از ایجاد رسوبات سخت کربنی در محفظه موتور جلوگیری میکند.
بررسی تخصصی چسبناکی روغن در دماهای مختلف و نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن
کاهش فیزیکی چسبناکی روغن در دماهای مختلف یک فرآیند طبیعی و اجتنابناپذیر در سیالات است. با افزایش دمای محیط، فاصله آزاد بین مولکولهای هیدروکربن به دلیل انرژی جنبشی افزایش مییابد. این افزایش فاصله بین مولکولی منجر به افت سریع چسبناکی روغن در دماهای مختلف میگردد. مقابله هوشمندانه با این افت چسبناکی روغن در دماهای مختلف، هنر اصلی علم شیمی روانکارها است. فعال شدن نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن، جبران دقیق فیزیکی برای همین افت طبیعی است. ایفای نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن با افزایش حجم مؤثر کلافها در حلال انجام میشود. درک کامل مکانیسم نقش پلیمر ویسکوزیته در روغن نیازمند بررسی قوانین پیچیده هیدرودینامیک است.
تعادل بین مؤلفههای روغن مولتیگرید برای ایجاد این ثبات هیدرودینامیک با وسواس کالیبره میشوند. مقدار کمی و دقیق مؤلفههای روغن مولتیگرید در آزمایشگاههای پیشرفته تریبولوژی تعیین میگردد. ترکیب اشتباه و نامتوازن مؤلفههای روغن مولتیگرید باعث افزایش بیش از حد ویسکوزیته و سفتی سیال میشود. ویسکوزیته بیش از حد بالا باعث ایجاد اصطکاک سیالاتی مزاحم و افزایش مصرف سوخت میگردد. بنابراین، روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای باید با دقت بسیار بالا فرموله شوند. استفاده نابجا از روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای با گرانروی نامناسب باعث گرم شدن موتور میشود. انتخاب صحیح در خرید روغن موتور یک درجهای یا چند درجهای، فشار استهلاک روی پمپ اویل را کاهش میدهد.
تأثیرات زیستمحیطی نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما و روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید)
حفاظت پایدار از محیط زیست به یکی از مهمترین دغدغههای صنایع مدرن خودرو تبدیل شده است. بهینهسازی نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما نقش مهمی در کاهش آلایندگی خروجی دارد. بهبود چشمگیر نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما زمان گرم شدن موتور را در زمستان کاهش میدهد. این کاهش زمان کارکرد سرد، نحوه عملکرد روغن در سرما و گرما را از نظر زیستمحیطی بسیار باارزش میسازد. با این روانکاری سریع، کاتالیزورهای اگزوز خودرو بسیار سریعتر به دمای فعال شدن میرسند. تولید روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) مدرن در پیشبرد این فرآیند پاک بسیار مؤثر است. ویسکوزیته کنترل شده و پایین روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) در لحظه استارت، مصرف سوخت خام را کم میکند. این مزیت مکانیکی، اهمیت کاربرد روغن موتور چند درجهای (مولتیگرید) را در کاهش دیاکسید کربن نشان میدهد.
نسل جدید افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) با ساختارهای مدرن پلیمری قابلیت بازیافت بهتری در طبیعت دارند. همچنین ساختار مقاوم افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) کمتر در محفظه احتراق تبخیر و سوخته میشود. پایداری حرارتی بالای افزودنی VII روغن موتور (Viscosity Index Improver) آلودگیهای هیدروکربنی خروجی از اگزوز را مستقیماً کاهش میدهد. رواج کاربرد روغن چند درجهای در موتور در ناوگان حملونقل به حفظ محیط زیست کمک شایانی میکند. استفاده مستمر از کاربرد روغن چند درجهای در موتور باعث افزایش طول عمر مبدلهای کاتالیزورها میشود. استانداردهای جدید API، کاربرد روغن چند درجهای در موتور با ویسکوزیته پایین را به عنوان یک الزام زیستمحیطی میشناسند.
راندمان عالی در نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای مستقیماً بر شاخصهای آلایندگی (Emissions) تأثیرگذار است. راندمان زیستمحیطی و اقتصادی خودروها امروزه کاملاً به کیفیت نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای گره خورده است. در نهایت، نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای با استفاده از روغن پایه سنتتیک و پلیمرهای پیشرفته مدام ارتقا مییابد.
سوالات متداول در رابطه با نحوه عملکرد روغن موتورهای چند درجهای
این شاخص تغییرات ویسکوزیته روغن نسبت به دما را نشان میدهد. هرچه این عدد بزرگتر باشد، روغن در برابر گرما بسیار پایدارتر عمل میکند.
این روغنها طوری فرموله شدهاند که در تمامی فصول سال بدون نیاز به تعویض استفاده شوند. آنها ضمن تسهیل استارت سرد، در گرمای شدید نیز از سایش قطعات محافظت میکنند.
این درشتمولکولها در سرما به شکل کلاف بسته هستند. با گرم شدن روغن، زنجیرهها منبسط شده و افت گرانروی روغن پایه را در حرارت جبران میکنند.
فرمول این روغنها از ترکیب روغن پایه تصفیه شده، مواد بهبوددهنده شاخص ویسکوزیته (VII)، افزودنیهای ضدسایش (ZDDP)، مواد پاککننده و پراکندهسازها تشکیل میشود.
با افزایش دمای موتور، انرژی جنبشی مولکولها بالا میرود و نیروی جاذبه بینمولکولی کاهش مییابد. این پدیده فیزیکی باعث رقیقتر شدن روغن در گرما میگردد.
