źródło: Orlen Oil

Olej stanowi integralną część silnika, realizując w czasie pracy szereg funkcji, dlatego jego jakość musi być tak dobrana, aby zapewnić bezawaryjną współpracę i jak najdłuższą żywotność wszystkich smarowanych elementów.

Podstawową funkcją oleju jest oczywiście smarowanie, czyli oddzielenie metalowych elementów silnika warstwą nazywaną filmem smarowym, by przeciwdziałać zbyt szybkiemu ich zużyciu, a w skrajnych sytuacjach - zatarciu, jak również zapobiegać utracie użytecznej energii na pokonywanie nadmiernego tarcia. Współpracujące ze sobą powierzchnie tłoków i cylindrów lub panewek i czopów tylko pozornie są gładkie, a w rzeczywistości działają jak mikroskopijne tarki, przemieszczające się wzajemnie z dużymi prędkościami, z silnym dociskiem i w wysokich temperaturach.

Równie istotnym zadaniem oleju jest zapewnienie odpowiedniej czystości wnętrza silnika. Dzisiejsze oleje silnikowe należące do wysokich i najwyższych klas jakościowych zawierają w swoim składzie odpowiednio dobrane dodatki detergencyjne, przeciwdziałające przywieraniu do elementów silnika osadów i zanieczyszczeń.

Coraz ostrzejsze wymogi stawiane olejom powodują, iż w ostatnich latach bardzo ważnym parametrem stały się własności dyspergujące oleju, czyli ocena tego, jak olej radzi sobie z osadami powstającymi w czasie pracy. Olej nie tylko musi wypłukiwać zanieczyszczenia z silnika, lecz także utrzymywać je w sobie, tworząc zawiesinę o jak największym rozproszeniu. Zapobiega to tworzeniu się dużych skupisk zanieczyszczeń, które mogą zatykać filtry.

Oleje silnikowe muszą także przeciwdziałać korozji i nie chodzi tu tylko o korozję metali związaną z upływem czasu, ale przede wszystkim zapewnienie optymalnej ich ochrony przez spowalnianie (inhibitowanie) chemicznego działania wody, kwaśnych produktów spalania paliw, cząstek stałych itp.

Oleje silnikowe służą też do odprowadzania nadmiaru ciepła z części silnie rozgrzewających się na skutek tarcia lub w wyniku procesów spalania.

Dodatkową funkcją oleju silnikowego jest doszczelnianie układu: tłok - pierścienie tłokowe - tuleja cylindra.

Komponowanie olejów

Gotowe oleje silnikowe otrzymuje się przez wprowadzenie tzw. dodatków uszlachetniających do olejów bazowych mineralnych lub syntetycznych. Dodatki poprawiają własności użytkowe olejów bazowych oraz chronią uzyskaną kompozycję przed zmianami w trakcie eksploatacji. Dodatkami uszlachetniającymi są organiczne i nieorganiczne substancje rozpuszczone lub zawieszone (jako cząstki stałe) w oleju.

Oleje bazowe otrzymuje się:

• z przeróbki ropy naftowej (oleje mineralne);
• w drodze syntezy chemicznej (oleje syntetyczne o jednorodnej budowie chemicznej, najczęściej polialfaolefiny, estry i poliestry);
• w procesach hydrokrakingu i hydroizomeryzacji (oleje niekonwencjonalne).

Przy obecnym poziomie rozwoju techniki motoryzacyjnej czysty olej bazowy nie jest w stanie sprostać wymaganiom stawianym przez konstruktorów silników. Poprawy wymagają jego własności smarne, myjące i antykorozyjne, a także odporność na utlenianie i tworzenie piany.

Oleje syntetyczne charakteryzują się lepszymi walorami eksploatacyjnymi niż mineralne, wykazując lepszą płynność w niskich temperaturach i korzystniejsze własności smarne w ekstremalnych warunkach pracy. Lepiej też zachowują się w temperaturach wysokich, wykazując wyższą odporność na termiczną degradację (co przekłada się na możliwość dłuższego użytkowania oleju w silniku) oraz mają lepsze własności myjące. Negatywne cechy olejów syntetycznych to z kolei: słabsza zdolność rozpuszczania dodatków uszlachetniających, mniejsza kompatybilność z materiałami uszczelnień, gorsza mieszalność z innymi olejami (co jest istotne przy dolewkach) i oczywiście wyższe ceny. Jednak obecnie w najnowszych samochodach konstruktorzy zalecają przeważnie stosowanie olejów syntetycznych, spełniających określony profil wymagań jakościowych. Kompromis pomiędzy ceną i jakością stanowią oleje półsyntetyczne, wykorzystujące zarówno mineralne bazy olejowe, jak i odpowiednio dobrane bazy syntetyczne.

Badania poprzedzające produkcję

W trakcie opracowywania nowej receptury kompozycje zaprojektowane na podstawie przesłanek teoretycznych poddawane są szczegółowym, wielostopniowym badaniom. Na początku w laboratorium chemicznym analizuje się ich cechy fizykochemiczne, np.:

• parametry reologiczne - lepkość kinematyczna, lepkość HTHS, graniczna temperatura pompowalności MRV, lepkość dynamiczna CCS;
• własności fizyczne - odparowalność, skłonność do pienienia;
• własności chemiczne - zawartość pierwiastków, liczba zasadowa, oddziaływanie na elastomery (materiały uszczelnień).

Następnie prowadzone są testy silnikowe na stanowiskach laboratoryjnych spełniających określone międzynarodowe normy, gdzie w symulowanych warunkach pracy silnika badaniom poddawane są własności oleju.

Dodatkowo prowadzone są badania eksploatacyjne, czyli ocena oleju w rzeczywistych warunkach pracy, według określonego harmonogramu badawczego (przebieg, warunki klimatyczne i pogodowe, obciążenie silnika). W ich trakcie bada się szczegółowo zmiany, jakie zachodzą w czasie eksploatacji zarówno w silniku, jak i w oleju.

Lepkość kinematyczna, czyli najważniejszy parametr olejów smarowych, to opór stawiany przez olej w czasie przepływu i naprężeń ścinających. Lepkość oleju w czasie pracy zależy od wielu czynników, m.in. od temperatury, zanieczyszczeń (woda, paliwa, cząstki stałe), a także od zmian chemicznych zachodzących w nim w trakcie eksploatacji. Parametrem powiązanym z lepkością kinematyczną jest wskaźnik lepkości, charakteryzujący zależność lepkości oleju od zmian temperatury. Wskaźnik lepkości jest wyznaczany doświadczalnie przez pomiar lepkości oleju w temperaturach 40 i 100^oC. Im wyższy jest wskaźnik lepkości, tym stabilniejsze są parametry oleju w zróżnicowanych temperaturach pracy.

Temperatura płynięcia to najniższa temperatura, w której olej znajduje się w stanie płynnym. Z kolei przy temperaturze zapłonu odparowanie oparów oleju staje się wystarczające do ich zapalenia od zewnętrznego ognia. Oba te parametry określają górną i dolną granicę temperatur stosowania oleju.

Neutralizacja przez olej kwaśnych produktów spalania paliw zależy od jego liczby zasadowej TBN. Im wyższa liczba zasadowa, tym lepsze własności myjące i wyższa zdolność neutralizacji kwaśnych produktów spalania, jednak znaczne ograniczenia zawartości siarki w paliwach spowodowały, iż obecnie TBN dla olejów silnikowych o najwyższej jakości kształtuje się na poziomie 8-12 mg KOH/g. W czasie eksploatacji liczba zasadowa maleje, co jest naturalną konsekwencją wyczerpywania się dodatków dyspergująco-myjących.

W testach stanowiskowych sprawdzane są następujące parametry użytkowe decydujące o pracy silnika:

• moment unieruchomienia pierścieni tłokowych na skutek osadzających się na nich zanieczyszczeń oraz ilość laków i innych osadów gromadzących się na tłoku;
• zużycie elementów rozrządu, łożysk, pierścieni tłokowych, tłoka i tulei cylindra;
• przyrost lepkości oleju i jego odporność na ścinanie;
• zmniejszenie tarcia;
• trwałość katalizatora.

Firma Orlen Oil prowadzi też testy eksploatacyjne swoich olejów silnikowych. Badania te służą ocenie własności oleju w faktycznych warunkach pracy oraz wyznaczeniu optymalnych okresów między wymianami. Badania kończą się opracowaniem dokumentacji.

Klasyfikacje

Dla usystematyzowania asortymentu olejów silnikowych i ułatwienia ich doboru do konkretnych zastosowań wprowadzono klasyfikacje:

• lepkościową wg SAE (Stowarzyszenie Inżynierów Samochodowych), np. 15W-40;
• jakościową wg API (Amerykański Instytut Naftowy), np. SL/CF;
• jakościową wg ACEA (Europejskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów), np. A5-02/B5-02.

W ostatnich latach coraz częściej stosowane są wewnętrzne specyfikacje poszczególnych producentów samochodów, którzy celem oceny oleju opracowali własne normy, np. Volkswagen 503.00/506.00, DaimlerChrysler MB 228.5, MAN M3275 itp.

Aktualna klasyfikacja lepkościowa SAE J 300 wyróżnia:

• 6 klas olejów zimowych: 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W (W - winter);
• 5 klas olejów letnich: 20, 30, 40, 50, 60.

Większość z produkowanych obecnie olejów to oleje wielosezonowe, które można stosować zarówno w zimie przy dużych mrozach, jak i w lecie podczas upałów. Oznacza się je np. 5W-40, 15W-40 itp.

W klasyfikacji lepkościowej SAE własności oleju w warunkach zimowych określa:

• pompowalność MRV (ocena oleju pod kątem jego dopływu do węzłów tarcia w niskich temperaturach);
• lepkość niskotemperaturowa rozruchowa CCS (w czasie rozruchu zimnego silnika następuje największe zużycie elementów silnika, więc olej smarowy nawet przy dużych mrozach musi zapewnić optymalne smarowanie).

Przy ocenie oleju w temperaturach wysokich w klasyfikacji SAE brana jest pod uwagę:

• lepkość kinematyczna w temperaturze 100oC;
• lepkość dynamiczna HTHS (stwierdzona w symulowanych warunkach pracy silnika przy dużych obciążeniach).

Kategoria lepkościowa SAE daje też pewien obraz, jakie bazy olejowe zostały użyte do wytworzenia oleju, najczęściej:

• oleje syntetyczne to: 5W-40, 5W-50, 0W-40, 0W-30, 10W-60;
• oleje półsyntetyczne to: 10W-40, 10W-30;
• oleje mineralne: 15W-40, 20W-50, 15W-50.

Tweet

Redakcja Miesięcznika Branżowego Autonaprawa