وبلاگ
راهنمای جامع درجه‌بندی ویسکوزیته SAE
وقتی روی بسته‌ی روغن موتور یا روغن دنده عددهایی مثل 5W-30، 10W-40 یا 75W-90 دیده می‌شود، در واقع با یک استاندارد بین‌المللی برای توصیف رفتار ویسکوزیته روغن روبرو هستیم. این عددها فقط یک کد ساده یا نام تجاری نیستند، بلکه نشان می‌دهند روغن در دمای پایین، دمای بالا، هنگام استارت سرد و در شرایط کاری واقعی چه رفتاری خواهد داشت. طبقه‌بندی SAE برای روغن موتور و روغن دنده به‌ترتیب در استانداردهای SAE J300 و SAE J306 به کار می‌رود. به همین دلیل، فهم درست SAE برای انتخاب روغن مناسب، موضوعی کاملا کاربردی و مهم است؛ چون انتخاب اشتباه روغن می‌تواند روی استارت سرد، مصرف سوخت، محافظت از قطعات و حتی طول عمر موتور یا دنده اثر بگذارد. در این مقاله، مفهوم درجه‌بندی SAE، تفاوت روغن‌های تک‌درجه‌ای و چنددرجه‌ای، معنی اعداد و حرف W، الزامات ویسکوزیته در دماهای پایین و بالا و نقش آزمون‌های آزمایشگاهی در ارزیابی روغن‌ها را بررسی می‌کنیم. همچنین دستگاه ویسکوزیته کینماتیک و ویسکومتر چرخشی برند Anton Paar را به عنوان دستگاهی مناسب برای این مورد معرفی می‌کنیم.
ویسکوزیته در روغن به چه معناست؟
ویسکوزیته به معنای مقاومت یک سیال در برابر جاری شدن است. هرچه روغن غلیظ‌تر باشد، حرکت آن کندتر است و هرچه رقیق‌تر باشد، راحت‌تر جریان پیدا می‌کند. اما نکته مهم این است که ویسکوزیته با دما تغییر می‌کند. روغن‌ها در سرما غلیظ‌تر و در گرما رقیق‌تر می‌شوند. بنابراین یک روغن مناسب باید بتواند در دمای پایین به‌خوبی جریان پیدا کند و در دمای بالا هم به اندازه کافی غلیظ بماند تا از قطعات محافظت کند. دقیقا همین جاست که استاندارد SAE وارد عمل می‌شود و با تعریف محدوده‌های مشخص، رفتار روغن را قابل مقایسه می‌کند.
درجه‌بندی ویسکوزیته SAE چیست؟
درجه‌بندی ویسکوزیته SAE، سیستمی برای طبقه‌بندی روغن‌های روانکار بر اساس مشخصات ویسکوزیته آنها در شرایط دمایی تعریف‌شده است. این درجه‌بندی به تولیدکنندگان، آزمایشگاه‌ها و مصرف‌کنندگان کمک می‌کند تا ویژگی‌های جریان روغن را بر اساس معیارهایی استاندارد بررسی و مقایسه کنند. در این سیستم، روغن‌های موتور را می‌توان از نظر درجه ویسکوزیته به دو گروه اصلی تقسیم کرد:
روغن‌های تک درجه‌ای (Monograde)
این روغن‌ها یک درجه ویسکوزیته SAE دارند؛ برای مثال (SAE 30 یا SAE 40) برخی روغن‌های تک‌درجه‌ای با حرف W مشخص می‌شوند و برای آنها الزامات دمای پایین نیز تعریف شده است. روغن‌های تک‌درجه‌ای در برخی کاربردهای محدود و تجهیزات فصلی، مانند بعضی موتورهای چمن زن، استفاده می‌شوند.
روغن‌های چنددرجه‌ای (Multigrade)
این روغن‌ها باید الزامات دو محدوده ویسکوزیته را برآورده کنند. درجه آنها معمولا از دو بخش تشکیل می‌شود؛ (برای مثال 10W-40) بخش اول، عملکرد روغن در شرایط دمای پایین را مشخص می‌کند و بخش دوم به محدوده ویسکوزیته آن در دمای بالا مربوط است. بیشتر روغن‌های موتور خودرو از نوع چنددرجه‌ای هستند؛ زیرا باید در شرایط دمایی متفاوت، از زمان راه‌اندازی موتور تا رسیدن به دمای کاری، الزامات ویسکوزیته مشخصی را برآورده کنند.
اعداد و حرف W در درجه ویسکوزیته روغن موتور چه معنایی دارند؟
برای درک درجه‌ای مانند 5W-30 ، باید دو بخش آن را جداگانه بررسی کرد.
حرف W و ویسکوزیته در دمای پایین
در روغن‌های چندگریدی موتور، عدد اول همراه با حرف W می‌آید. این W مخفف Winter است. عدد قبل از W نشان می‌دهد روغن در سرما چقدر خوب عمل می‌کند. هرچه این عدد کمتر باشد، روغن در دمای پایین روان‌تر باقی می‌ماند و برای استارت سرد مناسب‌تر است. برای مثال، روغن 0W در سرما عملکرد بهتری از 10W دارد، چون باید در دماهای پایین‌تری هم آزمون‌های استاندارد را بگذراند. اهمیت این موضوع در استارت سرد بسیار زیاد است. وقتی موتور در هوای سرد روشن می‌شود، اگر روغن بیش از حد غلیظ باشد، پمپ شدن آن سخت‌تر می‌شود و رسیدن روغن به قطعات حیاتی زمان بیشتری می‌برد. این تاخیر می‌تواند سایش اولیه را افزایش دهد. به همین دلیل، استاندارد SAE برای گریدهای W دو آزمون مهم را در نظر می‌گیرد:
- تست شبیه ساز استارت سرد (Cold Cranking Viscosity یا CCS ): مقاومت روغن در برابر جریان هنگام استارت موتور در دمای پایین را ارزیابی می‌کند. این آزمون مطابق با ASTM D5293 انجام می‌شود.
- دمای مرزی پمپاژ روغن، بر اساس استاندارد SAE J300، دمایی است که در آن ویسکوزیته روغن به حداکثر ۶۰٬۰۰۰ میلی‌پاسکال‌ثانیه (mPa·s) می‌رسد. دمای آزمون متناسب با درجه ویسکوزیته روغن تعیین می‌شود. برای اندازه‌گیری ویسکوزیته ظاهری و تنش تسلیم روغن در این شرایط، از استانداردهای ASTM D4684، ASTM D3829، ASTM D6821 و ASTM D6896 با استفاده از ویسکومتر چرخشی کوچک (Mini Rotary Viscometer یا MRV) استفاده می‌شود.
جدول الزامات دمای پایین روغن‌های SAE W
| درجه ویسکوزیته SAE | حداکثر ویسکوزیته هنگام استارت (mPa·s) و دمای آزمون | حداکثر ویسکوزیته هنگام پمپاژ (mPa·s) و دمای آزمون |
| 0W | 6200 در 35- درجه سانتی‌گراد | 60,000 در 40- درجه سانتی‌گراد |
| 5W | 6600 در 30- درجه سانتی‌گراد | 60,000 در 35- درجه سانتی‌گراد |
| 10W | 7000 در 25- درجه سانتی‌گراد | 60,000 در 30- درجه سانتی‌گراد |
| 15W | 7000 در 20- درجه سانتی‌گراد | 60,000 در 25- درجه سانتی‌گراد |
| 20W | 9500 در 15- درجه سانتی‌گراد | 60,000 در 20- درجه سانتی‌گراد |
| 25W | 13,000 در 10- درجه سانتی‌گراد | 60,000 در 15- درجه سانتی‌گراد |
| 20 | — | — |
| 30 | — | — |
| 40 | — | — |
| 40 | — | — |
| 50 | — | — |
| 60 | — | — |
عدد دوم و ویسکوزیته در دمای بالا
اگر عدد اول به رفتار روغن در سرما مربوط باشد، عدد دوم نشان‌دهنده عملکرد روغن در دمای کاری موتور است. این عدد به ویسکوزیته روغن در 100 درجه سانتی‌گراد اشاره دارد و نشان می‌دهد روغن در دمای عملیاتی چه‌قدر غلیظ باقی می‌ماند. برای مثال، در روغن 5W-30، عدد 30 به این معناست که روغن باید در بازه مشخصی از ویسکوزیته در دمای 100 درجه قرار بگیرد. در روغن‌های تک‌درجه‌ای فاقد W، مانند SAE 30 یا SAE 40، این عدد ویسکوزیته روغن در دمای بالا را مشخص می‌کند.
این بخش از استاندارد اهمیت زیادی دارد، چون اگر روغن در دمای بالا بیش از حد رقیق شود روانکاری ضعیف می‌شود و نمی‌تواند به‌خوبی از قطعات محافظت کند. از طرف دیگر، اگر خیلی غلیظ باشد، ممکن است اصطکاک داخلی افزایش یابد و راندمان کاهش پیدا کند. بنابراین عدد دوم در واقع تعادل روغن را در دمای کاری نشان می‌دهد.
استاندارد SAE J300 همچنین حداقل ویسکوزیته در دمای بالا و نرخ برش بالا (HTHS) را در دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد تعیین می‌کند. این آزمون شرایط موجود در داغ‌ترین و محدودترین نواحی موتور، مانند یاتاقان‌ها، را شبیه‌سازی می‌کند. بنابراین، شاخص مناسب‌تری برای ارزیابی توانایی روغن در حفاظت از قطعات تحت تنش شدید است.
| درجه ویسکوزیته SAE | حداقل ویسکوزیته در °C100 (mm²/s) | حداکثر ویسکوزیته در °C100 (mm²/s) | ویسکوزیته در نرخ برش بالا در °C150 (mPa·s) |
| 0W | 3.8 | — | — |
| 5W | 3.8 | — | — |
| 10W | 4.1 | — | — |
| 15W | 5.6 | — | — |
| 20W | 5.6 | — | — |
| 25W | 9.3 | — | — |
| 20 | 5.6 | کمتر از 9.3 | 2.6 |
| 30 | 9.3 | کمتر از 12.5 | 2.9 |
| 40 | 12.5 | کمتر از 16.3 | 2.9* |
| 40 | 12.5 | کمتر از 16.3 | 3.7** |
| 50 | 16.3 | کمتر از 21.9 | 3.7 |
| 60 | 21.9 | کمتر از 26.1 | 3.7 |
*درجه‌های 0W-40، 5W-40 و 10W-40
**درجه‌های 15W-40، 20W-40، 25W-40 و 40
روغن‌های دنده و تفاوت آنها با روغن موتور
برای روغن‌های دنده، استاندارد SAE J306 استفاده می‌شود. نکته مهم این است که اعداد SAE در روغن موتور و روغن دنده روی یک مقیاس یکسان قرار ندارند و نباید آنها را مستقیم با هم مقایسه کرد. برای مثال، 75W-90 یک روغن دنده است و معنی آن با 5W-30 روغن موتور متفاوت است، حتی اگر هر دوی آنها دو عدد داشته باشند. در روغن‌های دنده نیز بخش W به عملکرد در دمای پایین مربوط است و عدد دوم به ویسکوزیته در دمای کاری اشاره دارد. با این حال، محدوده‌های استاندارد و نحوه طبقه‌بندی متفاوت است، چون شرایط کاری دنده با موتور فرق دارد. دنده‌ها در معرض فشارهای برشی و تماس‌های متفاوتی هستند و به همین دلیل روغن آنها باید با استاندارد مخصوص خود ارزیابی شود. برای روشن شدن موضوع، مقایسه زیر را در نظر بگیرید:
- ویسکوزیته کینماتیکی یک روغن دنده SAE 75W-90 در دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد معمولا بین 13.5 و 24.0 cSt است.
- ویسکوزیته سینماتیکی یک روغن موتور SAE 10W-40 یا SAE 15W-40 در دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد معمولا بین 12.5 و 16.3 cSt است.
| درجه ویسکوزیته SAE روغن دنده | حداکثر دما برای ویسکوزیته cP150,000، مطابق ASTM D2983 | حداقل ویسکوزیته در °C100 (mm²/s)، مطابق ASTM D445 | حداکثر ویسکوزیته در °C100 (mm²/s)، مطابق ASTM D445 |
| 70W | 55– | 3.72 | — |
| 75W | 40– | 4.4 | — |
| 80W | 26– | 5.29 | — |
| 85W | 12– | 6.46 | — |
| 80 | — | 8.02 | کمتر از 11.0 |
| 85 | — | 10.15 | کمتر از 13.5 |
| 90 | — | 13.13 | کمتر از 18.5 |
| 110 | — | 17.4 | کمتر از 24.0 |
| 140 | — | 23.74 | کمتر از 32.5 |
| 190 | — | 33.33 | کمتر از 41.0 |
| 250 | — | 48.49 | — |
شاخص ویسکوزیته چه تفاوتی با درجه ویسکوزیته SAE دارد؟
درجه ویسکوزیته SAE و شاخص ویسکوزیته، دو مفهوم مرتبط اما متفاوت هستند. درجه SAE، روغن را بر اساس حدود مشخص ویسکوزیته در شرایط آزمون طبقه‌بندی می‌کند. در مقابل، شاخص ویسکوزیته (Viscosity Index یا VI) نشان می‌دهد ویسکوزیته روغن با تغییر دما تا چه اندازه تغییر می‌کند. بنابراین، دو روغن با درجه SAE یکسان الزاما در تمام دماها رفتار کاملا یکسانی ندارند. درجه SAE مشخص می‌کند روغن چه الزامات طبقه‌بندی را برآورده کرده است؛ اما شاخص ویسکوزیته اطلاعات دیگری درباره وابستگی ویسکوزیته به دما ارائه می‌دهد. این تمایز هنگام بررسی داده‌های آزمایشگاهی و مقایسه روانکارها اهمیت دارد؛ زیرا برای شناخت کامل ویژگی‌های روغن، نباید تنها به درجه درج‌شده روی بسته‌بندی اکتفا کرد.
تجهیزات مناسب برای بررسی این پارامتر کدامند؟
درجه ویسکوزیته SAE بر اساس الزامات مشخص و نتایج آزمون تعیین می‌شود. بنابراین، اندازه‌گیری دقیق ویسکوزیته در دماهای تعریف‌شده برای ارزیابی و کنترل کیفیت روغن ضروری است. ویسکومترهای آنتون‌پار، بسته به مدل و روش اندازه‌گیری، برای بررسی ویسکوزیته و ارزیابی برخی از ویژگی‌های مرتبط با طبقه‌بندی روغن‌ها به کار می‌روند. ویسکومتر کینماتیک سری SVM و ویسکومتر چرخشی سری ViscoQC تجهیزات کاربردی آنتون پار برای استفاده در این مورد هستند.
جمع بندی
درجه‌بندی ویسکوزیته SAE یکی از معیارهای مهم برای شناخت و مقایسه روغن‌های موتور و دنده است. این طبقه‌بندی با مشخص کردن الزامات ویسکوزیته در دماهای مختلف، به ارزیابی رفتار روغن در شرایط سرد و گرم کمک می‌کند. آشنایی با تفاوت استانداردهای SAE J300 و SAE J306، مفهوم اعداد و حرف W و همچنین تفاوت شاخص ویسکوزیته با درجه SAE، درک دقیق‌تری از ویژگی‌های روانکارها فراهم می‌کند.
اندازه‌گیری دقیق ویسکوزیته و انجام آزمون‌های استاندارد، نقش مهمی در ارزیابی و کنترل کیفیت روغن‌ها دارد. تجهیزات آنتون‌پار، از جمله ویسکومترهای سری SVM و ViscoQC، راهکارهایی برای بررسی ویسکوزیته روانکارها ارائه می‌دهند. انتخاب دستگاه مناسب نیز باید بر اساس نوع نمونه و الزامات آزمون موردنظر انجام شود.