Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2009, 57(4), 95-102 | DOI: 10.11118/actaun200957040095

Teplotní závislost kinematické viskozity různých druhů motorových olejů

Libor Severa, Miroslav Havlíček, Vojtěch Kumbár
Ústav techniky a automobilové dopravy, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika

Motorové oleje slouží k mazání a čištění spalovacích motorů. Dále chrání motory před korozí, zdokonalují těsnění a odvádějí teplo od jednotlivých částí a prvků motoru. Tato práce je primárně zaměřena na kvantifikaci vlivu teploty na kinematickou viskozitu motorových olejů. Sledováno bylo šest komerčně distribuovaných olejů různých výrobců: Moto 4T Off Road / Repsol, Motex 4T-X / Chevron, Silkolene Comp 4 / Fuchs, 5100 Ester 4T / Motul, Power 1 GPS / Castrol a DuraBlend 4T / Valvoline. Použité oleje jsou určeny především pro motocyklové motory a patří do stejné viskozitní třídy 10W-40. Čtyři oleje jsou syntetické, dva polosyntetické. Tokové křivky sestavovány nebyly, protože (v souladu s literaturou a vlastním měřením) byly oleje považovány za Newtonovskou kapalinu. Vzhledem k této skutečnosti nebylo třeba provádět žádné speciální úpravy vzorků před začátkem měření (např. zatěžování definovanou rychlostí deformace po definovanou dobu, odstávání vzorků apod.). Oleje byly zchlazeny na teploty pod 0 °C a dále u nich byla v řízených teplotních podmínkách stanovena kinematická viskozita (mm2 / s) v rozsahu teplot -5 °C až +115 °C. V souladu s očekáváním u všech olejů hodnota kinematické viskozity klesala se zvyšující se teplotou. Vzhledem k tomu, že je viskozita motorového oleje výrazně teplotně závislá a za účelem objektivizace jejího vyjádření, byla v souladu s normou ISO 8217 stanovena referenční teplota 40 °C. Hodnoty viskozit testovaných olejů se při této referenční teplotě pohybovaly od 104 do 146 mm2 / s. Bylo zjištěno, že viskozita různých olejů přímo nekoreluje s jejich hustotou. Teplotní závislost olejů byla modelována pomocí několika matematických modelů. Mezi naměřenými a vypočtenými hodnotami byly zjištěny následující korelace: R2 = 0,92 pro Vogelův vztah, R2 = 0,96 pro Arrhéniův vztah, R2 = 0,993 pro polynom šestého stupně a R2 = 0,9993 pro Gaussův vztah. Popis a znalost teplotní závislosti kinematické viskozity motorových olejů jsou velmi významné, a to zvláště při hodnocení provozní účinnosti spalovacích motorů. Navržené modely mohou být použity pro popis a predikci tokového chování motorových olejů.

motorový olej, kinematická viskozita, modelování

Temperature dependent kinematic viscosity of different types of engine oils

The objective of this study is to measure how the viscosity of engine oil changes with temperature. Six different commercially distributed engine oils (primarily intended for motorcycle engines) of 10W-40 viscosity grade have been evaluated. Four of the oils were of synthetic type, two of semi-synthetic type. All oils have been assumed to be Newtonian fluids, thus flow curves have not been determined. Oils have been cooled to below zero temperatures and under controlled temperature regulation, kinematic viscosity (mm2/s) have been measured in the range of -5 °C and +115 °C. Anton Paar digital viscometer with concentric cylinders geometry has been used. In accordance with expected behavior, kinematic viscosity of all oils was decreasing with increasing temperature. Viscosity was found to be independent on oil's density. Temperature dependence has been modeled using several mathematical models - Vogel equation, Arrhenius equation, polynomial, and Gaussian equation. The best match between experimental and computed data has been achieved for Gaussian equation (R2 = 0.9993). Knowledge of viscosity behavior of an engine oil as a function of its temperature is of great importance, especially when considering running efficiency and performance of combustion engines. Proposed models can be used for description and prediction of rheological behavior of engine oils.

Keywords: engine oil, kinematic viscosity, modeling
Grants and funding:

The work has been supported by research and development project EU COST 356 "Agricultural transportation and its environmental effects" and research plan No. MSM6215648905 "Biological and technological aspects of the sustainability of controlled ecosystems and their adaptability to climate change" financed by the Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech Republic.

Received: March 16, 2009; Published: October 11, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Severa, L., Havlíček, M., & Kumbár, V. (2009). Temperature dependent kinematic viscosity of different types of engine oils. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 57(4), 95-102. doi: 10.11118/actaun200957040095
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. Albertson, W. C., Staley, D. R., Mc Donald, M. M., Pryor, B. K., 2008: Engine oil viscosity diagnostic system and methods, United States Patent 20080223114.
    2. ANONYMOUS, 2006: On-line Fluid Condition Monitoring Technology. Practicing Oil Analysis Magazine 2, 15-21.
    3. ASTM Standard, 2005: Standard Test Method for Low Temperature, Low Shear Rate, Viscosity/Temperature Dependence of Lubricating Oils Using a Temperature-Scanning Technique, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005, DOI: 10.1520/D5133-05, www.astm.org. DOI: 10.1520/D5133-05 Go to original source...
    4. DOWSON, D., 2000: Thinning films and tribological interfaces. Published by Elsevier, ISBN-13: 978-0-444-50531-6.
    5. Fitch, E. C., 2002: Temperature Stability. Machinery Lubrication Magazine 3, 35-39.
    6. Friso, D. and Bolcato, F., 2004: Rheological properties of some newtonian food liquids. Rivista di Ingegneria Agraria 2, 75-80.
    7. GUO, B., LYONS, W. and GHALAMBOR, A., 2007: Petroleim production engineering. Elesevier Science and Technology Books, ISBN 0750682701.
    8. Hlaváč, P., 2007: The rheologic properties of dark beer, Proceedings of Research and Teaching of Physics in the Context of University Education, Nitra, 5-6. 6. 2007, pp.169-175.
    9. ISO 8217: 2005, Petroleum products - Fuels (class F).
    10. Khonsari, M. M., 2007: Low Temperature and Viscosity Limits. Machinery Lubrication Magazine 2, 26-31.
    11. LEUGNER, L., 2005: The Practical Handbook of Machinery Lubrication. Published by Maintenance Technology International, pp.180.
    12. MAGGI, C. P., 2006: Advantages of Kinematic Viscosity Measurement in Used Oil Analysis. Practicing Oil Analysis Magazine 5, 38-52.
    13. MANN, D., 2007: Motor Oils and Engine Lubrication. Motor Oil Engineers, L. L. C., Detroit.
    14. Marcotte, M., Taherian, A. R., Trigui, M., Ramaswamy, H. S., 2001: Evaluation of rheological properties of selected salt enriched food hydrocolloids. Journal of Food Engineering 48, 157-167. DOI: 10.1016/S0260-8774(00)00153-9 Go to original source...
    15. NORIA COMPANY, 2008: Lubrication and Oil Analysis Dictionary, http://www.noria.com/dictionary/.
    16. SEVERA, L. and LOS, J., 2008: On the influence of temperature on dynamic viscosity of dark beer. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis 2, 303-307. DOI: 10.11118/actaun200856020303 Go to original source...
    17. SPEAROT, J. A, 1989: High-Temperature, High-Sheer (HTHS) Oil Viscosity Measurement and Relationship to Engine Operation, ASTM Publication, Philadelphia, ISBN: 0-8031-1280-7. Go to original source...
    18. SPEAROT, J. A, 1992: Engine Oil Viscosity Classification Low-Temperature Requirements - Current Status and Future Needs. In Low temperature Lubricant Rheology Measurement and Relevance to Engine Operation, ASTM Publication, Philadelphia, pp.161-169. Go to original source...
    19. Stewart, R. M., 1977: The Relationship Between Oil Viscosity and Engine Performance-A Literature Search. The Joint SAE-ASTM Symposium on The Relationship of Engine Oil Viscosity to Engine Performance, Detroit, February 28-March 4, pp.5-24. Go to original source...
    20. TAKATA, R. and WONG, V.W., 2006: Effects of lubricant viscosity on ring/liner friction in advanced reciprocating engine systems. Proceedings of ICEF06 ASME Internal Combustion Engine Division 2006 Fall Technical Conference November 5-8, 2006, Sacramento, California, USA, 1526-1535. Go to original source...
    21. Tavares, D. T., Alcantara, M. R., Tadini, C. C., Telis-Romero. J., 2007: Rheological Properties of Frozen Concentrated Orange Juice (FCOJ) as a Function of Concentration and Subzero Temperatures. International Journal of Food Properties 10 (4), 829-839. DOI: 10.1080/10942910601118805 Go to original source...
    22. Thibault, R., 2001.: How To Read an Oil Can. Machinery Lubrication 1, 3-6.
    23. Troyer, D. 2002: Understanding Absolute and Kinematic Viscosity. Practicing Oil Analysis Magazine 1, 15-19.
    24. Wikipedia contributors, 2009: "Motor Oil" Wikipedia, The Free Encylcopedia - English Version (accessed March 13, 2009).

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content