ویسکوزیته در دمای بالا و نرخ برش بالا یا HTHS (High Temperature High Shear) شاخصی است که نشان میدهد روغن موتور در شرایطی نزدیک به واقعیتِ تماسهای تحت فشار شدید—یعنی دمای بالا و نرخ برش بسیار زیاد—چقدر «مقاومت جریان» و بهصورت دقیقتر «توان حفظ فیلم روغن» دارد. برخلاف ویسکوزیتههای رایج سینماتیک در ۴۰ و ۱۰۰ درجه، HTHS عمداً در ناحیهای اندازهگیری میشود که بسیاری از یاتاقانها، ناحیه رینگ–سیلندر و یاتاقانهای توربو در آن کار میکنند: جایی که فیلم روغن نازک است، سرعت نسبی بالاست و اگر روغن تحت برش ضعیف شود، احتمال تماس فلز با فلز بالا میرود. بنابراین HTHS یک پارامتر کلیدی برای فهمیدن این است که آیا روغن در بدترین سناریوهای حرارتی/مکانیکی، هنوز میتواند از یاتاقانها محافظت کند یا نه.
HTHS دقیقاً چیست و چه چیزی را اندازهگیری میکند؟
در این بخش تعریف میکنیم که HTHS دقیقاً چه کمیتی را نمایندگی میکند و چرا با «عدد گرید SAE روی قوطی» یکی نیست. HTHS ویسکوزیته دینامیکی روغن در دمای بالا (معمولاً ۱۵۰°C) و در نرخ برش بالا (در مرتبه 10^6 s⁻¹) است؛ یعنی شرایطی که در آن پلیمرهای بهبوددهنده شاخص گرانروی (VII) و حتی ساختار روغن پایه زیر بار برشی قرار میگیرند. خروجی آزمون معمولاً با واحد mPa·s (یا cP) گزارش میشود.
نکته مهم این است که در نرخ برش بالا، روغن ممکن است رفتار «نانیوتنی» نشان دهد؛ یعنی ویسکوزیته با افزایش برش کاهش پیدا کند (shear thinning). HTHS تلاش میکند همین کاهش احتمالی را در دمای بالا و برش بالا «قابل عددگذاری» کند تا بتوان بین روغنها مقایسه انجام داد.
- ویسکوزیته ۱۰۰°C (kinematic) بیشتر به طبقهبندی SAE کمک میکند، اما الزاماً نماینده شرایط یاتاقان تحت بار نیست.
- HTHS بیشتر به «پایداری فیلم روغن» و توان تحمل بار در لایه مرزی/مختلط نزدیک است.
- در بسیاری از مشخصات سازندگان و استانداردهای API/ACEA، HTHS مرزهای حداقلی دارد و صرفاً یک عدد تزئینی نیست.
چرا یاتاقانها در فشار و برش شدید به HTHS حساساند؟
در این بخش توضیح میدهیم که سازوکار باربری در یاتاقانها چگونه است و چرا یک عدد مثل HTHS میتواند تفاوت بین «کارکرد پایدار» و «شروع سایش» باشد. یاتاقانهای لغزشی (مثل یاتاقانهای میللنگ و یاتاقان شاتون) عمدتاً با روانکاری هیدرودینامیک کار میکنند؛ یعنی یک گوه روغن بین دو سطح ایجاد میشود و همین فیلم، بار را حمل میکند. اما در عمل، بهخصوص در دور/بار بالا، استارت سرد، شتابگیری، یا داغ شدن بیش از حد، یاتاقان وارد نواحی روانکاری مختلط میشود؛ جایی که ضخامت فیلم کاهش مییابد و حساسیت به افت ویسکوزیته بهشدت بالا میرود.
در نرخ برش بالا، مولکولها و افزودنیهای پلیمری تحت تنش قرار میگیرند. اگر روغن در برابر برش پایدار نباشد، ویسکوزیته مؤثر در شکاف یاتاقان افت میکند و در نتیجه:
- ضخامت فیلم روغن کم میشود و احتمال تماسهای نقطهای بالا میرود.
- دما در نقطه تماس افزایش مییابد و اکسیداسیون/نیتراسیون تسریع میشود.
- در یاتاقانهای حساس (بهویژه در موتورهای توربوشارژ و یاتاقانهای شناور توربو) ریسک خط و خش و چسبندگی افزایش پیدا میکند.
به بیان مهندسی، HTHS با توان روغن برای حفظ ویسکوزیته مؤثر در «شکافهای بسیار باریک» و «دماهای موضعی بالا» ارتباط مستقیم دارد؛ همان جایی که شکست فیلم، به سایش یاتاقان تبدیل میشود.
ارتباط HTHS با پایداری فیلم روغن و رژیمهای روانکاری
در این بخش چارچوب مفهومی ارائه میکنیم تا HTHS را در کنار مفاهیم فیلم روغن و رژیمهای روانکاری ببینیم. بهطور کلاسیک، روانکاری بین دو سطح میتواند در سه رژیم رخ دهد: هیدرودینامیک، الاستوهیدرودینامیک و مرزی/مختلط. آنچه در محافظت از یاتاقانهای تحت فشار شدید حیاتی است، حفظ حداقل ضخامت فیلم و جلوگیری از ورود مکرر به حالت مرزی است.
HTHS از این منظر یک شاخص «نزدیک به میدان» است؛ چون در همان دما و نرخ برشی سنجیده میشود که در فیلمهای بسیار نازک اتفاق میافتد. وقتی HTHS بالاتر باشد، در شرایط یکسان (سرعت، بار و گپ یاتاقان) احتمال حفظ ضخامت فیلم بیشتر است. البته این گزاره مطلق نیست؛ چون طراحی موتور، تلرانسها، دبی پمپ روغن و کیفیت فیلتر نیز دخیلاند، اما HTHS یکی از پارامترهای مرکزی است.
یک تجربه رایج بین تعمیرکاران موتورهای تحت فشار این است که دو روغن با گرید ظاهراً مشابه (مثلاً هر دو 5W-30) میتوانند رفتار متفاوتی در صدای یاتاقان یا پایداری فشار روغن در دمای بالا نشان دهند. در بسیاری از این موارد، تفاوت در HTHS و پایداری برشی (و نه صرفاً ویسکوزیته ۱۰۰ درجه) یکی از توضیحات فنی محتمل است.
در کار میدانیِ واحدهای نت و اتوسرویسها معمولاً دیده میشود که «افت فشار روغن در گرمای کار» همیشه ناشی از پمپ نیست؛ گاهی روغن در برش بالا نازک میشود و فیلم یاتاقان را ضعیف میکند، بهخصوص در کارکردهای سنگین و ترافیکی.
HTHS چگونه اندازهگیری میشود؟ اشاره مفهومی به ASTM و الزامات API/ACEA
در این بخش بهصورت مفهومی به آزمونها و استانداردهای مرتبط اشاره میکنیم تا مقاله قابل ارجاع باشد. اندازهگیری HTHS معمولاً با ویسکومترهای مویرگی یا چرخشیِ ویژه در دمای ۱۵۰ درجه انجام میشود. در استانداردهای ASTM، روشهای شناختهشدهای برای سنجش HTHS وجود دارد که در صنعت روانکار برای طبقهبندی و انطباق با الزامات عملکردی استفاده میشوند؛ از جمله روشهایی مانند ASTM D4683 (ویسکومتر مویرگی با دمای بالا و برش بالا) و ASTM D5481 (روش چندسلولی/چندسازی). هدف این آزمونها نزدیک کردن شرایط آزمایش به محیط واقعی شکافهای با برش بالا در موتور است.
از منظر استانداردهای عملکردی، API و ACEA در کنار الزامات پاککنندگی، کنترل سایش و پایداری اکسیداسیون، به محدودیتهای ویسکوزیته/HTHS نیز توجه دارند. برای مثال در ردهبندیهای ACEA (بهخصوص خانواده A/B و C)، حداقلهای HTHS تعیین میشود تا روغن از نظر پایداری فیلم و سازگاری با اهداف مصرف سوخت/محافظت موتور در یک بازه مشخص قرار گیرد. در برخی ردهها، HTHS پایینتر برای کاهش اتلاف انرژی و بهبود مصرف سوخت پذیرفته میشود، اما همراه با الزامهای سختگیرانهتر در آزمونهای سایش و کنترل رسوب تا ریسک افزایش سایش مدیریت شود.
بنابراین وقتی روی برگه مشخصات فنی (TDS) یک روغن HTHS درج میشود، این عدد معمولاً نتیجه یک روش آزمون استاندارد است و میتواند مبنای مقایسه بین محصولات همرده باشد؛ البته به شرطی که کلاس عملکرد (API/ACEA) و کاربرد موتور نیز همخوان باشد.
پیامدهای عملی HTHS برای انتخاب روغن: چه زمانی HTHS بالاتر مفیدتر است؟
در این بخش از چارچوب مفهومی به تصمیمگیری عملی میرسیم و توضیح میدهیم چه سناریوهایی به HTHS حساسترند. بهطور کلی HTHS بالاتر میتواند در شرایطی که «بار و دمای موضعی بالا» و «شکافهای حساس» داریم، حاشیه اطمینان بیشتری برای حفظ فیلم ایجاد کند. سناریوهای رایج در ایران که این مسئله را پررنگ میکنند شامل ترافیک سنگین شهری، تابستانهای گرم، کارکرد طولانیمدت در سربالاییها، بارکشی، و موتورهای توربوشارژ است.
در مقابل، HTHS بالاتر معمولاً با افزایش مقاومت برشی و اتلاف انرژی همراه است و ممکن است اندکی مصرف سوخت را بالا ببرد یا پاسخگویی سرد را تغییر دهد. به همین دلیل انتخاب باید «طبق توصیه سازنده موتور» و «شرایط کاری واقعی» انجام شود؛ نه صرفاً بر اساس این تصور که هرچه HTHS بیشتر باشد، همیشه بهتر است.
برای اتوسرویسها و ناوگانها، یک رویکرد عملی این است که ابتدا کلاس عملکرد و گرید توصیهشده را از دفترچه/پلاک مشخصات استخراج کنند و سپس در همان کلاس، روغنی را انتخاب کنند که HTHS و پایداری برشی مناسبی دارد. در بسیاری از درخواستهای استعلام، کاربر میخواهد بداند کدام روغن برای شرایط ترافیکی/گرمایی بهتر «فشار روغن را نگه میدارد». اینجا مقایسه TDS و توجه به HTHS معنی پیدا میکند؛ همانطور که هنگام انتخاب از بین گزینههای موجود روغن موتور میتوان HTHS را بهعنوان یکی از معیارهای فنیِ کنار API/ACEA در نظر گرفت.
جدول مقایسه: HTHS بالا در برابر HTHS پایین (مزایا، ریسکها، کاربردها)
در این بخش با یک جدول مقایسه، تصمیمگیری را شفاف میکنیم. توجه کنید که «بالا» و «پایین» بودن HTHS باید در چارچوب کلاس روغن و توصیه سازنده تفسیر شود؛ هدف جدول، نشان دادن جهت اثرهاست نه نسخه واحد برای همه موتورها.
| شاخص | HTHS بالاتر | HTHS پایینتر |
|---|---|---|
| پایداری فیلم روغن در یاتاقان | معمولاً بهتر؛ حاشیه اطمینان بیشتر در بار/دما بالا | حساستر به دمای بالا و برش؛ نیازمند طراحی موتور/استاندارد مناسب |
| ریسک سایش در فشار شدید | در شرایط سنگین معمولاً کمتر | اگر خارج از توصیه سازنده استفاده شود میتواند ریسک را افزایش دهد |
| مصرف سوخت و اتلاف انرژی | ممکن است اندکی بالاتر باشد | معمولاً بهتر برای اهداف صرفهجویی سوخت (در کلاسهای مربوط) |
| کاربردهای رایج | بارکشی، ترافیک سنگین، گرمای بالا، توربو، کارکرد پیوسته | موتورهای جدید با تلرانس دقیق و توصیه صریح سازنده برای روغن کماصطکاک |
| نکته کنترلی | همراه با کنترل دما و کیفیت فیلتر، اثرگذاری بیشتر میشود | نیاز به پایش وضعیت و رعایت دقیق فواصل تعویض |
چالشها و راهحلهای میدانی: چگونه با HTHS ریسک سایش یاتاقان را کم کنیم؟
در این بخش چالشهای رایج در ایران را فهرست میکنیم و راهحلهای اجرایی ارائه میدهیم تا HTHS فقط یک مفهوم تئوریک نماند. بسیاری از خرابیهای یاتاقان «چندعلتی» هستند: دمای بالا، آلودگی ذرات، رقیقشدن روغن با سوخت، انتخاب نامناسب گرید، یا کیفیت پایین فیلتر. اما HTHS در نقطهای اثر میگذارد که مجموع این عوامل، فیلم روغن را ناپایدار میکنند.
چالش ۱: ترافیک و گرمای شهری و افت فشار روغن
در این بخش توضیح میدهیم که در ترافیک، دور موتور پایین ولی بار حرارتی بالاست و جریان هوا کم میشود؛ روغن داغتر میشود و اگر HTHS کافی نباشد، فشار و ضخامت فیلم در شکافهای حساس افت میکند. راهحل عملی، تطبیق گرید/کلاس با توصیه سازنده و انتخاب روغن با پایداری برشی مناسب است؛ مخصوصاً اگر خودرو یا ناوگان عمدتاً در شهرهای گرم یا پرترافیک کار میکند. برای کسبوکارهایی که در پایتخت سرویس میدهند، ارزیابی انتخاب روغن بر اساس شرایط واقعی کارکرد روغن موتور در شهر تهران میتواند مبنای گفتوگوی فنی دقیقتری باشد.
چالش ۲: رقیقشدن روغن با سوخت (Fuel Dilution) و اثر روی HTHS
در این بخش یادآوری میکنیم که رقیقشدن روغن با بنزین/گازوئیل میتواند ویسکوزیته مؤثر را پایین بیاورد و عملاً HTHS عملیاتی را کاهش دهد. این موضوع در کارکردهای کوتاهمسافت، روشن/خاموش زیاد، یا موتورهای دارای مشکل انژکتور/احتراق ناقص بیشتر دیده میشود. راهحل: عیبیابی علت رقیقشدن، کوتاه نکردن بیدلیل زمان تعویض، و در ناوگانها استفاده از پایش وضعیت روغن برای تصمیمگیری دادهمحور.
چالش ۳: تصور اشتباه «هر ۵W-۳۰ شبیه هم است»
در این بخش میگوییم دو روغن با گرید یکسان میتوانند HTHS متفاوت داشته باشند، چون فرمولاسیون روغن پایه و بسته افزودنی و نوع VII متفاوت است. راهحل: مقایسه TDS، توجه به کلاس API/ACEA و در صورت امکان، انتخاب بر اساس تجربه میدانی و نتایج پایش (مثل کاهش آهن/سرب در آنالیز روغن).
چالش ۴: کارکرد سنگین در اقلیم گرم و جادههای طولانی
در این بخش توضیح میدهیم که در مسیرهای طولانی و گرم (مثلاً ترددهای بندری یا ترانزیتی)، دمای روغن پایداراً بالاست و برش در یاتاقانها ادامهدار میشود. در چنین شرایطی، HTHS و پایداری برشی اهمیت بیشتری پیدا میکند و انتخاب روغن باید با در نظر گرفتن بار کاری و توصیه سازنده انجام شود. برای پوششهای اقلیمی گرم، بررسی گزینههای تأمین و مشاوره روغن موتور در شهر بندرعباس میتواند کمک کند تصمیمگیری صرفاً بر اساس «گرید ظاهری» نباشد.
پرسشهای متداول درباره HTHS و محافظت یاتاقانها
آیا HTHS همان ویسکوزیته ۱۰۰ درجه است؟
خیر. ویسکوزیته ۱۰۰°C یک عدد سینماتیک است و بیشتر در طبقهبندی SAE نقش دارد، اما HTHS در دمای بالاتر و با نرخ برش بسیار زیاد اندازهگیری میشود تا به شرایط شکافهای یاتاقان نزدیکتر باشد. ممکن است دو روغن با ویسکوزیته ۱۰۰ درجه مشابه، HTHS متفاوتی داشته باشند و در فشار شدید رفتار یکسانی نشان ندهند.
HTHS پایینتر همیشه برای مصرف سوخت بهتر است؟
در بسیاری از طراحیهای جدید موتور، روغنهای با HTHS پایینتر میتوانند اتلاف اصطکاک را کاهش دهند و به اهداف مصرف سوخت کمک کنند، اما فقط زمانی که سازنده موتور و استاندارد مربوط (مثلاً برخی ردههای ACEA) این رویکرد را تایید کرده باشند. استفاده خودسرانه از HTHS پایینتر در موتورهای نامناسب، میتواند حاشیه اطمینان فیلم روغن را کم کند.
برای محافظت از یاتاقان، فقط HTHS مهم است؟
خیر. HTHS یک شاخص کلیدی است، اما محافظت یاتاقان به عوامل دیگری هم وابسته است: پاکیزگی روغن (کنترل ذرات)، کیفیت فیلتر، کنترل دمای کارکرد، سلامت پمپ روغن، تلرانسهای موتور، و حتی رقیقشدن با سوخت. نگاه درست این است که HTHS را در کنار کلاس API/ACEA و شرایط واقعی کارکرد ببینیم، نه بهعنوان تنها معیار.
چطور بفهمم روغن انتخابی من HTHS مناسبی دارد؟
اگر تولیدکننده در برگه مشخصات فنی (TDS) عدد HTHS را اعلام کرده باشد، میتوانید آن را با الزامات کلاس ACEA یا توصیه سازنده موتور مقایسه کنید. همچنین اگر در کارکردهای گرم، افت فشار روغن، افزایش صدای مکانیکی یا نشانههای سایش دیده میشود، بررسی فنی (همراه با پایش وضعیت) میتواند نشان دهد که آیا مسئله از انتخاب روغن/پایداری برشی است یا از عوامل مکانیکی/آلودگی.
آیا تغییر به روغن با HTHS بالاتر مشکل سایش را حل میکند؟
گاهی کمک میکند، اما همیشه «راهحل قطعی» نیست. اگر سایش ناشی از آلودگی ذرات، خرابی فیلتر، لقی غیرعادی یاتاقان، یا رقیقشدن شدید با سوخت باشد، افزایش HTHS بهتنهایی کافی نیست. رویکرد حرفهای این است که علت اصلی شناسایی شود و سپس در چهارچوب توصیه سازنده، روغنی با HTHS و پایداری مناسب انتخاب شود.
در موتورهای توربوشارژ، HTHS چه اهمیتی دارد؟
در توربو، دماهای موضعی و سرعتهای چرخشی بالا میتواند فیلم روغن را تحت فشار بیشتری قرار دهد. HTHS مناسب به معنای پایداری بهتر فیلم در برش بالا و کاهش احتمال نازکشدن بیش از حد روغن در یاتاقانهای توربو است. البته همچنان باید کلاس عملکرد، مقاومت به اکسیداسیون و کنترل رسوب نیز همزمان در نظر گرفته شود.
جمعبندی
در این بخش جمعبندی میکنیم که HTHS یک شاخص کلیدی برای ارزیابی توان روغن در حفظ ویسکوزیته مؤثر و پایداری فیلم روغن در دمای بالا و نرخ برش بالا است؛ همان شرایطی که در یاتاقانهای تحت بار شدید، رینگ–سیلندر و یاتاقانهای توربو رخ میدهد. ارجاع مفهومی به روشهای آزمون ASTM نشان میدهد که HTHS یک عدد استاندارد و مقایسهپذیر است و در کنار الزامات API/ACEA، به تصمیمگیری مهندسی کمک میکند. از نظر عملی، توجه به HTHS وقتی ارزش بیشتری پیدا میکند که شرایط کاری سنگین، گرمای بالا، ترافیک شهری یا کارکرد پیوسته وجود دارد؛ اما انتخاب نهایی باید همراستا با توصیه سازنده موتور و همراه با کنترل عوامل مکمل مثل پاکیزگی روغن، فیلتر و رقیقشدن با سوخت باشد. برای کاهش ریسک سایش یاتاقان، بهترین رویکرد این است که ابتدا چارچوب استاندارد و شرایط کارکرد مشخص شود و سپس روغنی انتخاب شود که در آزمونهای معتبر، پایداری برشی و فیلم مناسبی ارائه میدهد.
بدون نظر