A folyékony kenőanyagok egyik igen fontos tulajdonsága a viszkozitás. A viszkozitás az áramló folyadékrétegek egymáson való elmozdulásakor fellépő belső súrlódás mértéke, tehát a folyadék folyással szembeni ellenállása. A köznyelvben ez a tulajdonság keveredik a sűrűséggel (pl. "sűrű, mint a méz"), de valójában nincs direkt összefüggés a kettő között (pl. két ugyanolyan sűrűségű kenőolajnak is lehet teljesen más viszkozitása), hiszen a sűrűség, mint fizikai mértékegység, egy sokkal általánosabb fogalom, adott térfogategységű anyag tömegét jelenti.
A viszkozitás nagyon fontos tulajdonsága, hogy erősen hőmérsékletfüggő. Minél magasabb a hőmérséklet, annál alacsonyabb a viszkozitás, azaz annál "folyósabb" a folyadék, annál vékonyabb a folyadékfilm. Ez a hőmérsékletfüggés teszi a gyakorlati felhasználó számára igen fontossá a viszkozitást, hiszen a felhasználás során a kenőanyagnak minden üzemi hőmérsékleten megfelelő viszkozitással kell rendelkeznie, hidegben is el kell jutnia a kenési pontokra és a maximális üzemi hőmérsékleten sem vékonyodhat el a folyadékfilm annyira, hogy a súrlódó alkatrészek berágódjanak vagy a szivattyú már ne tudja megfelelő módon keringetni a kenőolajat.
A viszkozitás, mint mértékegység
A fizikai gyakorlatban kétféle viszkozitást alkalmazunk, kinematikai és dinamikai viszkozitást. Ezek ugyanazt a fizikai tulajdonságot jellemzik és egymásból származtathatóak.
Kinematikai viszkozitás = dinamikai viszkozitás / sűrűség
Mindkét mennyiség megfelel a viszkozitás fent leírt meghatározásának (miszerint a folyadék folyással szembeni ellenállását mérik), de nem szabad őket összekeverni, mert mértékegységeik is különböznek:
- 1 mPa*s = 1 cP (centipoise), a dinamikai viszkozitás mértékegysége
- 1 mm2/s = 1 cSt (centistoke), a kinematikai viszkozitás mértékegysége
A kenőolajok esetén az adott szabványtól függően adják meg vagy az egyik, vagy a másik típusú viszkozitást adott hőmérsékletre nézve.
A viszkozitás, mint szabvány
Az összehasonlíthatóság megkönnyítése végett a kenőolajok jellemzésére szabványos viszkozitási osztályokat hoztak létre. A gyakorlatban ezekbe az osztályokba soroljuk be a kenőolajokat, illetve a gépgyártók is ezen viszkozitási osztályokat tüntetik fel az előírásaik során. Motorolajok és közlekedési hajtóműolajok esetén az amerikai SAE J 300-as szabványt használják szerte a világban.
A megszokott 10W,15W-40, 20W-50, 85W-140, stb. jelölések tehát ezen szabvány alapján vannak megadva. A "W" jelölésű osztályok a "téli" viszkozitások, itt a besorolás során azt nézik, hogy a dinamikai viszkozitás egy adott hőmérsékleten ne legyen magasabb egy adott határértéknél, illetve egy ASTM D4684 jelű szivattyúzhatósági tesztet is végeznek, a kettőnek egyszerre kell megfelelni. Kicsit leegyszerűsítve a "W" jelű viszkozitási osztály azt mutatja, hogy mennyire alacsony hőmérsékleten használható az adott kenőanyag.
A "W" nélküli viszkozitási osztályok, amelyek 100°C-on adják meg a minimális kinematikai viszkozitást, abból a szempontból sorolják be a kenőolajakat, hogy a magasabb üzemi hőmérsékleten mennyire "vékonyodik" el az olaj.
A táblázat harmadik oszlopában már egy újabb, a mai modern járművek motorolajaival szemben támasztott követelmény, a HTHS (magas hőmérséklet, magas nyírás) viszkozitás előírása található. Itt egy minimális dinamikai viszkozitást kell elérni az adott magas hőmérsékleten (150°C) és szimulált nyírási körülmények között (ASTM D4683 teszt). Mivel magas nyomáson (a gyakorlatban: magas nyírási igénybevétel esetén) a kenőolaj viszkozitása adott hőmérsékleten csökken, ez a teszt vizsgálja, hogy szélsőséges üzemi körülmények között se essen a motorolaj viszkozitása egy adott szint alá.
Most pedig fordítsuk az elméletet gyakorlatra. Mit jelent tehát, hogy egy motorolaj viszkozitása 15W-40? Azt hogy a -20°C-on a maximális viszkozitása 7000 mPa*s, az ASTM D4684 teszt szerint -25°C-ig szivattyúzható, 100°C-on a kinematikai viszkozitása 12,5 és 16,3 cSt, illetve HTHS viszonyok között sem esik a dinamikai viszkozitása 3,7 mPa*s alá. Mit érdemes ebből megjegyeznünk? Azt, hogy a viszkozitási osztály egy tartomány, azonban ezen tartományokon belül maradva is, igen más viszkozitása lehet egyes gyártók ugyanazon viszkozitási osztályba tartozó kenőolajainak.
Mi alapján határozza meg egy gyártó, hogy milyen viszkozitású olajat használjunk?
Röviden, kissé pontatlanul, de lényegre törően: az adott mechanikai szerkezetben használt illesztések alapján. Kissé bővebben: az adott konstrukció, illesztések, környezeti és üzemi hőmérséklettartomány, terhelések és sebességek, illetve üzemanyag takarékossági szempontok alapján. Könnyen belátható, hogy finomabb illesztések vékonyabb kenőolajat követelnek, hiszen a kisebb résekbe egy túlságosan magas viszkozitású olaj nem vagy csak lassan jut el. A környezeti hőmérséklettartomány szempontja is belátható. Ha pl. egyes éghajlatokon kizárt a 0°C alatti hőmérséklet, a gyártói előírás pl. 15W-40, ha lemehet -20°C-ig, 5W-40. Tágabb területet nézve, ipari felhasználásoknál mind a sebességek, mind a terhelések széles tartományban változnak. Általában gyorsabban forgó gépeknél és alacsony terhelésnél alacsonyabb viszkozitás, lassú járásnál és nagy terhelésnél magasabb viszkozitás segít a megfelelő kenés elérésében. Az üzemanyag takarékosság elsősorban európai propagálása miatt sok esetben az alacsonyabb meleg viszkozitású motorolajok a preferáltak (pl. 10W-40 helyett 5W-30), különösen a sokat futó tehergépjárművek, nyergesvontatók esetén.
Hajtóműolajok és ipari olajok
Az előbbiekben kissé elsodródtunk a motorolajok világába, azonban a közlekedési hajtóműolajok és az ipari olajok esetén két másik skála alapján kerülnek besorolásra a kenőolaj viszkozitások.
Közlekedési hajtóművek esetén szintén az amerikai SAE J 306-as szabvány a mérvadó, míg az ipari hajtómű- és hidraulikaolajok esetén általában az európai ISO 3448-as szabványt használjuk. Előbbi a 100°C-on vett kinematikai viszkozitás alapján sorolja be az olajokat (pl. 75W, 80W, 140, stb.), míg az európai szabvány a 40°C-os kinematikai viszkozitást veszi alapul a kategorizáláshoz. Néha a két rendszernek születik szerelemgyereke is, pl. az UTTO olajoknál előfordul, hogy mindkét besorolás szerint is megadják a viszkozitás tartományt: 10W-30 (80W).
Tehát összefoglalva, a kenőolajokat Európában három skála alapján soroljuk viszkozitási osztályokba. A motorolajokat a SAE J 300, a közlekedési hajtóműolajokat a SAE J 306, az ipari olajokat pedig általában az ISO 3448 szerint.