Viskozitní index neboli VI se používá k popisu toho, jak výrazně se viskozita oleje mění s teplotou. Vyšší VI se obvykle chápe jako menší změna viskozity při změně teploty.
Oliver Taylor z University of Oxford ale analyzoval, co se stane s klasickým výpočtem VI u moderních velmi nízkoviskózních motorových olejů. Výsledek ukázal, že při porovnávání různých viskozitních tříd může jedno číslo začít být zavádějící.
Co vlastně viskozitní index říká?
Motorový olej je za studena hustší a po zahřátí řidší. Viskozitní index se snaží tuto změnu převést na jedno snadno porovnatelné číslo.
Metoda historicky vychází ze srovnání s referenčními základovými oleji. Jeden referenční olej dostal hodnotu VI 100, druhý VI 0 a ostatní oleje byly následně hodnoceny podle své viskozity při 40 a 100 °C.
V analyzované práci autor pracoval s výpočtem podle ASTM D2270-10.
Jednoduše: VI není přímo naměřená viskozita. Je to vypočtené číslo vytvořené z viskozitních hodnot a referenčního matematického systému.
Kde začíná být problém u velmi řídkých olejů?
Taylor matematicky analyzoval, jak se výpočet chová při postupném snižování viskozity oleje.
Zjistil, že při velmi nízké kinematické viskozitě při 100 °C se vztah začne chovat stále více nelineárně.
Důsledkem je, že dvě kapaliny mohou mít velmi podobnou relativní změnu viskozity mezi 40 a 100 °C, ale výsledné číslo VI může být rozdílné jen proto, že mají odlišnou absolutní viskozitu.
Jak to vypadá na příkladu 5W-30 a SAE 8?
Autor použil jednoduchý poměr:
x = KV40 / KV100
Ten ukazuje, kolikrát je olej v modelovém příkladu viskóznější při 40 °C než při 100 °C.
Poměr KV40/KV100 = 5
Poměr KV40/KV100 = také 5
Oba modelové oleje měly stejný poměr viskozity mezi 40 a 100 °C. Přesto vyšel jednomu VI 192 a druhému pouze 129. Právě tím autor ukazuje, proč může být přímé porovnávání VI mezi výrazně odlišnými viskozitními třídami problematické.
Jak výrazný může být rozdíl ve výpočtu?
Autor zkoušel i teoretický extrém: kapalinu, která by měla stejnou viskozitu při 40 i 100 °C.
U modelového 5W-30 vycházel maximální VI 1119, zatímco u nízkoviskózního SAE 8 až 1646.
Přesto by v tomto teoretickém příkladu oba oleje vykazovaly stejnou vlastnost: viskozita by se mezi oběma teplotami vůbec nezměnila.
Tato vysoká čísla nejsou popisem běžných komerčních motorových olejů. Autor je používá jako matematický krajní příklad, aby ukázal chování samotného výpočtu VI.
Co autor doporučuje místo slepého porovnávání VI?
Taylor nenavrhuje viskozitní index úplně zahodit. Upozorňuje ale, že při vývoji velmi nízkoviskózních olejů může být vhodnější porovnat přímo skutečné hodnoty kinematické viskozity.
Konkrétně navrhuje sledovat viskozitu:
- při teplotě motoru na začátku testu,
- a při nejvyšší teplotě dosažené během provozního cyklu.
Tím se podle autora odstraní část matematické komplikace VI a přímo se porovnává vlastnost, která je pro konkrétní motor a provoz skutečně důležitá.
Co z toho plyne pro motorové oleje v praxi?
Hlavní poučení je jednoduché: vyšší VI automaticky neznamená, že jeden olej je ve všech ohledech lepší než druhý.
Zvlášť při porovnávání olejů velmi odlišných viskozitních tříd může samotné číslo VI skrývat skutečnost, že výpočet reaguje také na absolutní hodnotu KV100.
Pro pochopení chování oleje je proto užitečné sledovat vedle VI také:
- kinematickou viskozitu při 40 °C,
- kinematickou viskozitu při 100 °C,
- HTHS viskozitu, pokud je pro danou aplikaci relevantní,
- a především požadovanou SAE třídu a výkonové specifikace motoru.
Tato práce neříká, že viskozitní index je „špatný“ údaj. Ukazuje konkrétní matematické omezení jeho použití při porovnávání moderních velmi nízkoviskózních formulací.
Co tato část výzkumu naopak nedokazuje?
- Nešlo o motorový ani tribologický test konkrétních komerčních olejů.
- Hlavní část této analýzy je matematická studie výpočtu VI.
- Modelové hodnoty 5W-30 a SAE 8 v tabulce nejsou důkazem výkonu konkrétního produktu.
- Výsledek neznamená, že nízké nebo vysoké VI je samo o sobě lepší.
- Analýza vychází z metodiky ASTM D2270-10 použité v původní práci z roku 2016.
- Ze studie nelze určit vhodnou viskozitní třídu pro konkrétní automobil.
Jaký je hlavní závěr?
Viskozitní index je užitečný způsob, jak jednoduše popsat změnu viskozity s teplotou. U velmi nízkoviskózních olejů ale nemusí být vhodné porovnávat různé SAE třídy pouze podle hodnoty VI.
Taylorova analýza ukázala, že při nízkých hodnotách KV100 se matematika výpočtu stává výrazně nelineární. Dva oleje se stejným poměrem KV40/KV100 proto mohou získat rozdílné hodnoty VI.
Pro technické posouzení moderních nízkoviskózních olejů proto autor doporučuje vedle VI sledovat přímo skutečnou viskozitu při teplotách relevantních pro daný motor a provoz.