粘度指数

粘度指数（VI ）は、温度変化に対する流体の粘度の変化を任意に単位なしで測定するものです。主に潤滑油の粘度-温度挙動を特徴付けるために使用されます。VIが低いほど、粘度は温度変化の影響を受けます。VIが高いほど、粘度はある温度範囲でより安定しています。VIはもともと0から100のスケールで測定されていましたが、潤滑科学の進歩により、はるかに高いVIのオイルが開発されました。^[1]

潤滑剤の粘度は、固体接触時の摩擦を減らす能力と密接に関係しています。一般的に、2 つの移動面を離して「流体ベアリング」状態を実現する、最も粘度の低い潤滑剤が求められます。潤滑剤の粘度が高すぎると、移動に大量のエネルギーが必要になります (蜂蜜の場合のように)。潤滑剤が薄すぎると、表面が接触して摩擦が増加します。^[2]

多くの潤滑剤の用途では、潤滑剤が幅広い条件下で機能することが求められます。たとえば、自動車用潤滑剤は、エンジンが冷えた状態（エンジンの動作温度に対して）から 200 °C（392 °F）まで稼働しているときに、エンジン部品間の摩擦を減らす必要があります。最高の VI を持つ最良のオイルは、温度範囲にわたって安定した粘度を維持し、あまり変化しません。これにより、通常の動作条件内で一貫したエンジン性能が得られます。歴史的には、異なる気象条件で使用するために 2 種類のオイルが推奨されていました。たとえば、冬用オイルと冷間始動エンジン、および温度範囲が -30 °C から 0 °C の場合、非常に低い温度と一般的により低いエンジン動作温度では、5 番手のオイルがポンプで送ることができます。ただし、温度が 30 °C から 45 °C の暑い気候では、可動の熱い部品の間に油膜を保持できるほど厚い 50 番手のオイルが必要になります。

こうして、マルチグレード オイルの問題が生まれました。たとえば、寒い夜には -10 °C、日中は 20 °C のように気温が変動する場合、5 番のオイルは冷たいエンジンに注入でき、エンジンが作動温度に達し、日中が暖かくなると、30 番のオイルの特性が理想的になるため、適しています。こうして、固定グレードや温度制限グレードではなく、5W-30 オイルが導入されました。固定グレードや温度制限グレードでは、薄いオイルは高温になると薄くなりすぎ、濃いオイルは低温になると濃くなりすぎます。

単一粘度のオイルに対する温度の影響は、少量の植物油を鍋やフライパンに注ぎ、冷凍庫で冷やすか、調理用コンロで加熱することで実証できます。オイルが冷凍庫で十分に冷えると、エンジンの潤滑システム内でポンプで送り出すことができない「ワックス」のようなオイルの塊に固まります。しかし、非常に冷たいオイルをスプーン一杯分、コンロの上のフライパンに入れてゆっくりと加熱し、かき混ぜると、オイルは徐々に温まり、オイルが温かくなり、伝統的に「油っぽい」状態になる温度範囲が明確になります。しかし、オイルがさらに加熱されると、オイルはどんどん薄くなり、煙が出そうになり、水のように薄くなります。そのため、可動部品を分離しておく能力がほとんどなくなり、金属同士が接触して、薄いオイル膜で分離されているはずの部品が損傷します。

したがって、季節や環境の周囲温度範囲に基づいてマルチグレードオイルの使用が推奨されます。

さらに、非常に寒い気候でも始動が容易になり、暖機時間が短縮されるオイルまたはエンジン ヒーターや、オイル、ひいてはエンジン、ギアボックス、または油圧オイル回路から十分な熱を放出して、オイルの上限温度を指定された上限動作限度内に保つオイル クーラーなど、オイル温度の維持に関する問題もあります。

VIスケールは、自動車技術者協会（SAE）によって設定されました。基準として任意に選択された温度は、100°Fと210°F（38°Cと99°C）です。このスケールは、もともとナフテン系テキサス湾原油の0とパラフィン系ペンシルベニア原油の100の間で補間されていました。スケールの導入以来、より高品質のオイルも生産され、VIが100を超えるようになりました（以下を参照）。^[3]

最近では、 VI を向上させる添加剤や高品質のベースオイルが広く使用されており、達成可能な VI の値が 100 を超えています。合成油の粘度指数は 80 から 400 を超える範囲です。^{[引用が必要]}

粘度指数は次の式で計算できる。^[4]

${\displaystyle {\text{VI}}={\begin{cases}100{\dfrac {LU}{LH}}&{\text{if VI}}\leq 100,\\100+{\dfrac {\exp \left({\frac {\log H-\log U}{\log Y}}-1\right)}{0.00715}}&{\text{if VI}}>100,\end{cases}}}$

ここで、Uは 40 °C (104 °F) におけるオイルの動粘度、Yは 100 °C (212 °F) におけるオイルの動粘度、LとHはそれぞれ VI 0 と 100 の 2 つの仮想オイルの 40 °C における粘度であり、これらのオイルの 100 °C における粘度は、VI を決定しようとしているオイルの粘度と同じです。つまり、100 °C での粘度Yと VI 0 と 100 の 2 つのオイルは、40 °C でそれぞれLとHの粘度になります。これらのLとHの値は、ASTM D2270 ^[4]の表に記載されており、オンライン計算機に組み込まれています。^[5]

https://xenum.com/en/engine-oil-viscosity-index/

https://www.lubricants.total.com/what-motor-oil-vi