❄️ Lepkość pozorna CCS (niskie temp.)
Oznaczanie lepkości pozornej olejów silnikowych w niskich temperaturach (od −5°C do −40°C) za pomocą symulatora rozruchu zimnego (Cold Cranking Simulator). Kluczowy parametr klasyfikacji SAE.
Przegląd
Symulator rozruchu zimnego (Cold Cranking Simulator — CCS) jest urządzeniem laboratoryjnym symulującym warunki panujące w silniku spalinowym podczas zimnego rozruchu. Mierzy lepkość pozorną oleju silnikowego przy wysokich naprężeniach ścinających (~50 000 Pa) i wysokich szybkościach ścinania (~10⁴–10⁵ s⁻¹) w temperaturach od −5°C do −40°C. Lepkość CCS koreluje z zachowaniem oleju podczas kręcenia rozrusznikiem w mrozie — im niższa lepkość CCS, tym łatwiejszy rozruch silnika.
Wynik testu CCS jest jednym z dwóch parametrów niskotemperaturowych definiujących zimową klasę lepkości SAE (np. 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) zgodnie ze specyfikacją SAE J300. Na przykład olej klasy SAE 5W musi mieć lepkość CCS ≤6 600 mPa·s w temperaturze −30°C. Drugi parametr niskotemperaturowy — lepkość pompowania (MRV, ASTM D4684) — ocenia zdolność oleju do dotarcia do pompy olejowej.
Test CCS jest obowiązkowy dla każdego oleju silnikowego oferowanego na rynku. Wykonywany jest przez laboratoria rafinerii, producentów olejów (Shell, Castrol, Fuchs, Orlen Oil), instytuty badawcze (INiG-PIB, ITS) oraz laboratoria akredytowane w ramach badań homologacyjnych i kontrolnych. Wynik CCS decyduje o tym, w jakich warunkach klimatycznych olej może być bezpiecznie stosowany.
Urządzenie CCS zostało opracowane przez ASTM we współpracy z SAE i jest produkowane głównie przez firmę Cannon Instrument Company (USA). Współczesne modele (CCS-2100, CCS-G6) umożliwiają automatyczną analizę do 30 próbek bez nadzoru operatora.
Zasada metody
Próbkę oleju umieszcza się w pierścieniowej szczelinie między obracającym się rotorem a stacjonarnym statorem, schłodzonym do zadanej temperatury testowej. Rotor jest napędzany silnikiem elektrycznym o stałym momencie obrotowym. Lepkość oleju powoduje opór przeciwko obracaniu — im bardziej lepki olej, tym wolniej obraca się rotor. Prędkość obrotowa rotora jest mierzona i przeliczana na lepkość pozorną (w mPa·s) na podstawie kalibracji z olejami referencyjnymi o znanych lepkościach CCS (np. Cannon CL-series). Pomiar trwa kilkadziesiąt sekund po osiągnięciu stabilnej temperatury.
Zastosowania
- Klasyfikacja olejów silnikowych wg SAE J300 (klasy zimowe 0W–25W)
- Kontrola jakości olejów silnikowych w produkcji
- Badania homologacyjne olejów do silników osobowych i ciężarowych
- Ocena baz olejowych do formulacji olejów silnikowych
- Badania rozwojowe nowych formulacji olejów (R&D)
- Kontrola olejów silnikowych w eksploatacji (analiza olejowa)
- Weryfikacja specyfikacji ACEA i API (A3/B4, SN Plus itd.)
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres lepkości | 900–25 000 mPa·s |
| Zakres temperatur | −5°C do −40°C (typowo −10 do −35°C) |
| Szybkość ścinania | ~10⁴–10⁵ s⁻¹ |
| Naprężenie ścinające | ~50 000 Pa |
| Powtarzalność | ±5,2% wartości średniej |
| Odtwarzalność | ±14,8% wartości średniej |
Norma
- Numer normy
- ASTM D5293-20
- Tytuł (PL)
- Lepkość pozorna olejów silnikowych i baz olejowych w temperaturze od −10°C do −35°C za pomocą symulatora rozruchu zimnego (CCS)
- Title (EN)
- Standard Test Method for Apparent Viscosity of Engine Oils and Base Stocks Between –10°C and –35°C Using Cold-Cranking Simulator
Procedura krok po kroku
1. Sprawdzenie aparatury
Włącz CCS min. 30 min przed pomiarem. Sprawdź poziom czynnika chłodniczego. Zweryfikuj temperaturę celi pomiarowej (termometr kalibrowany).
2. Kalibracja
Zmierz lepkość oleju referencyjnego CL odpowiedniego do zakresu pomiaru. Wynik musi mieścić się w ±5% wartości certyfikowanej. W razie odchylenia — rekalibruj.
3. Przygotowanie próbki
Próbkę oleju silnikowego doprowadź do temperatury pokojowej. Wymieszaj przez odwracanie pojemnika kilkukrotnie. Nie podgrzewaj powyżej 50°C.
4. Napełnienie celi pomiarowej
Naciągnij ~5 mL oleju do strzykawki. Wprowadź olej do pierścieniowej szczeliny celi pomiarowej CCS. Unikaj pęcherzyków powietrza.
5. Ustawienie temperatury testowej
Wybierz temperaturę pomiaru zgodnie z deklarowaną klasą SAE: 0W → −35°C, 5W → −30°C, 10W → −25°C, 15W → −20°C, 20W → −15°C, 25W → −10°C.
6. Chłodzenie i pomiar
CCS schładza celę do zadanej temperatury (czas ~5–10 min). Po ustabilizowaniu włącza rotor ze stałym momentem. Mierzy prędkość obrotową i oblicza lepkość. Czas pomiaru ~30 s.
7. Odczyt wyniku
Odczytaj lepkość pozorną CCS w mPa·s. Porównaj z limitem SAE J300 dla deklarowanej klasy (np. 5W: max 6 600 mPa·s @ −30°C).
8. Czyszczenie celi
Wypłucz celę pomiarową naftą (3× po 5 mL), następnie heksanem (2× po 5 mL). Wysusz strumieniem powietrza. Cela gotowa do następnej próbki.
9. Powtórzenie pomiaru
Wykonaj minimum 2 pomiary dla każdej próbki. Różnica między powtórzeniami ≤5,2% wartości średniej (kryterium powtarzalności).
10. Weryfikacja końcowa
Na koniec serii zmierz ponownie olej referencyjny CL. Wynik musi potwierdzać stabilność kalibracji (±5% wartości certyfikowanej).
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Symulator rozruchu zimnego CCS | Cannon CCS-2100, Cannon CCS-G6 (automatyczny, do 30 próbek) | 150 000–350 000 PLN |
| Układ chłodzenia | Wbudowany kompresor kaskadowy lub zewnętrzna kąpiel kriogeniczna (ciekły azot) | wbudowany w CCS |
| Standardy lepkości CCS | Cannon CL-series (CL130, CL250, CL500, CL3500) — certyfikowane oleje referencyjne | 300–600 PLN / 500 mL |
| Strzykawki dozujące | Strzykawki plastikowe 5–10 mL do napełniania celi pomiarowej | 50–100 PLN / 100 szt. |
| Rozpuszczalnik do czyszczenia | Nafta lub heksan do płukania celi między próbkami | 30–80 PLN / L |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Olej referencyjny CL130 | — | Cannon CL130, certyfikowana lepkość CCS w zakresie −5°C do −35°C, 500 mL |
| Olej referencyjny CL250 | — | Cannon CL250, średni zakres lepkości, do weryfikacji kalibracji |
| Olej referencyjny CL3500 | — | Cannon CL3500, wysoki zakres lepkości (oleje klasy 20W–25W) |
| Nafta (do czyszczenia) | 8008-20-6 | Rozpuszczalnik do płukania celi pomiarowej po każdej próbce |
| Heksan (do czyszczenia końcowego) | 110-54-3 | Do końcowego płukania i suszenia celi, szybko paruje |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Niskie temperatury (do −40°C) — ryzyko odmrożeń, nie dotykać metalowych części celi gołymi rękami
- Nafta i heksan — łatwopalne, pary tworzą mieszaniny wybuchowe, praca w wentylowanym pomieszczeniu
- Heksan — szkodliwy przy wdychaniu (H304, H361f), neurotoksyczny przy przewlekłej ekspozycji
- Oleje silnikowe — mogą zawierać dodatki drażniące, stosować rękawice ochronne