Vlastnosti motorových olejů – článek autotechnického centra Oil Service

Vysokoteplotní usazeniny jsou ve spalovacím motoru nevyhnutelné. Schopnost je smýt je jednou z nejdůležitějších vlastností motorového oleje. Spláchnutí však nestačí; částice těchto usazenin je třeba rozdrtit a neutralizovat. Jsou za to zodpovědné disperzní vlastnosti oleje.

Detergentně-dispergační vlastnosti

charakterizují schopnost oleje zajistit potřebnou čistotu součástí motoru, udržet oxidační produkty a znečištění v suspenzi. Čím vyšší jsou detergentně-dispergační vlastnosti oleje, tím více nerozpustných látek – produktů stárnutí – může být zadrženo v pracovním oleji bez vysrážení a tím méně karbonových usazenin a usazenin laku se tvoří na povrchu dílů. A díky tomu lze dosáhnout vyšší přípustné teploty v motoru (stupeň boostu spalovacího motoru).

Ve formulacích motorových olejů se jako přísady do detergentů používají sulfonáty, alkylfenoláty, alkylsalicyláty a fosfonáty vápenaté nebo hořečnaté. Racionální kombinace těchto popelových přísad mezi sebou a s bezpopelovými dispergačními přísadami zajišťuje snížení nízkoteplotních usazenin v motoru a má pozitivní vliv na míru znečištění olejových filtrů. Modifikované žáruvzdorné bezpopelové disperzanty také pomáhají snižovat usazeniny karbonu na pístech a kroužcích.

Když spalovací motor pracuje na palivo se zvýšeným obsahem síry, detergentní přísady, které zvyšují alkalické číslo v oleji, zabraňují tvorbě usazenin na částech motoru neutralizací kyselin vznikajících ze spalovacích produktů paliva.

Detergentní přísady obsahující kov zvyšují obsah popela v oleji, což může vést k tvorbě usazenin popela ve spalovací komoře, zkratování elektrod zapalovací svíčky, předčasnému zapálení pracovní směsi, vyhoření výfukových ventilů, popř. snížení detonační odolnosti paliva. Proto je obsah síranového popela v motorových olejích omezen na horní hranici. Jeho přípustná hodnota závisí na typu a konstrukci motoru, spotřebě oleje na odpad, provozních podmínkách (zejména na druhu použitého paliva). Oleje s minimálním obsahem popela jsou nezbytné pro mazání dvoudobých benzínových motorů a také motorů na plyn.

Antioxidační vlastnosti

do značné míry určují odolnost oleje vůči stárnutí. Provozní podmínky motorových olejů v motorech jsou tak drsné, že je téměř nemožné zcela zabránit jejich oxidaci.

Oxidace oleje vede ke zvýšení jeho viskozity a korozi, sklonu k tvorbě usazenin, znečištění olejových filtrů a dalším nepříznivým důsledkům (obtíže při studených startech, zhoršení čerpatelnosti oleje).

Procesy oxidace olejů lze výrazně zpomalit vhodným čištěním základových olejů od nežádoucích sloučenin přítomných v surovinách, použitím syntetických základních složek a zavedením účinných antioxidačních přísad.

K oxidaci motorového oleje dochází nejintenzivněji v tenkých vrstvách oleje na površích dílů, které se zahřívají na vysoké teploty a přicházejí do styku s horkými plyny (píst, válec, pístní kroužky, vedení a ventily). Objemově olej oxiduje méně intenzivně, protože v olejové vaně, chladiči a olejovém potrubí je nižší teplota a styčná plocha oleje s oxidačním plynným médiem je menší.

Rychlost a hloubku oxidačních procesů významně ovlivňují nečistoty anorganického původu, které se hromadí v oleji v důsledku opotřebení částí motoru (sloučeniny mědi, železa a dalších kovů vznikající v důsledku koroze částí motoru). Oxidaci oleje dále ovlivňují produkty nedokonalého spalování paliva, které se do něj dostávají. Pronikají olejem spolu s plyny unikajícími z prostoru nad pístem do klikové skříně.

Odolnost motorových olejů vůči oxidaci se zvyšuje zavedením antioxidačních přísad do jejich složení. Nejlepšího antioxidačního účinku je dosaženo přidáním přísad s různým mechanismem účinku do oleje. Dialkyl a zinek diaryldithiofosfáty se používají jako antioxidační přísady do motorových olejů, které zlepšují vlastnosti proti opotřebení a korozi. Často se kombinují mezi sebou a s bezpopelovými antioxidanty. Některé detergentně-dispergační přísady, zejména alkylsalicylátové a alkylfenolické přísady, jsou velmi energetické antioxidanty.

Vlastnosti proti opotřebení

motorový olej závisí na chemickém složení základního oleje, obecném složení aditiv a viskozitně-teplotních charakteristikách oleje. Tím jsou v podstatě určeny teplotní limity jeho použitelnosti (ochrana dílů před opotřebením při studených startech motoru a maximálním teplotním zatížení).

Při provozu na paliva s vysokým obsahem síry a také v podmínkách podporujících tvorbu kyseliny dusičné ze spalovacích produktů (plynové motory, vysokotlaké vznětové motory) je nejdůležitější charakteristikou schopnosti oleje zabránit korozivnímu opotřebení pístní kroužky a válce.
Množství faktorů ovlivňujících opotřebení součástí spalovacích motorů a zásadní rozdíly v režimech tření ztěžují optimalizaci vlastností motorových olejů proti opotřebení. Poskytnutí maximální neutralizační schopnosti oleje a zavedení dithiofosfátů zinku do jeho složení často postačuje k zabránění korozně-mechanickému opotřebení a oděru. Avšak trend k používání olejů s nízkou viskozitou, aby bylo dosaženo úspory paliva a snížení spotřeby odpadu, vyžaduje zlepšení vlastností olejů proti opotřebení. Toho je dosaženo zavedením speciálních přísad obsahujících síru, fosfor, halogeny, bor a také bezpopelových dispergačních činidel obsahujících úlomky proti opotřebení.

Přítomnost abrazivních nečistot v oleji má velký vliv na opotřebení. Jejich přítomnost v čerstvém oleji není povolena a olej běžící v motoru musí být čištěn ve filtrech, odstředivkách a separátorech. Vysoké disperzní vlastnosti oleje také snižují poškození způsobené abrazivními částicemi.

Antikorozní vlastnosti

motorové oleje závisí na složení základních složek, koncentraci a účinnosti antikorozních, antioxidačních přísad a deaktivátorů kovů. Antikorozní přísady chrání antifrikční materiály vytvořením odolného ochranného filmu na jejich povrchu. Antioxidanty zabraňují tvorbě agresivních kyselin a deaktivační přísady chrání kovové povrchy před korozní destrukcí. Minerální oleje ze sladkých rop s vysokým obsahem parafinických uhlovodíků jsou nejvíce náchylné ke korozi během procesu stárnutí. Jejich uhlovodíky při oxidaci tvoří organické kyseliny, které interagují s neželeznými kovy a jejich slitinami.

Viskozitně-teplotní vlastnosti

jedna z nejdůležitějších vlastností motorového oleje. Tyto vlastnosti určují, v jakém rozsahu okolních teplot bude tento olej schopen zajistit startování motoru bez předehřívání, neomezené pumpování v celém systému, spolehlivé mazání, čištění a chlazení částí motoru při nejvyšším povoleném zatížení.

I v mírných klimatických podmínkách se rozsah teploty oleje od studeného startu v zimě po maximální zahřátí v ložiscích klikového hřídele nebo v oblasti pístních kroužků pohybuje od -30° do +150°C. Viskozita olejů v tomto teplotním rozsahu se mnohokrát mění.

Letní oleje s dostatečnou viskozitou při vysokých teplotách zajišťují snadné startování motoru při okolní teplotě minimálně 0°C. Zimní oleje, které poskytují studené starty při teplotách pod nulou, mají zase nedostatečnou viskozitu při vysokých teplotách. Sezónní oleje bez ohledu na jejich provozní dobu (najeté kilometry) je tedy nutné měnit dvakrát ročně nebo používat tzv. „celoroční“ oleje.

Viskozitně-teplotní vlastnosti „celoročních“ olejů jsou takové, že při nízkých teplotách jsou podobné zimním a při vysokých teplotách letním. Viskozitní přísady zvyšují viskozitu základového oleje relativně málo při nízkých teplotách, ale výrazně ji zvyšují při vysokých teplotách.

Na rozdíl od sezónních olejů mění „celoroční“ oleje viskozitu nejen vlivem teploty, ale i smykové rychlosti a tato změna je dočasná. S poklesem rychlosti relativního pohybu mazaných částí se viskozita zvyšuje a se zvýšením klesá. Tento efekt je výraznější při nízkých teplotách, ale přetrvává při vysokých teplotách, což má dva pozitivní důsledky: větší pokles viskozity na začátku roztáčení studeného motoru se startérem, snazší startování, a v teplém motoru, mírné snížení viskozity oleje v mezerách mezi třecími plochami dílů, snižuje energetické ztráty v důsledku tření a šetří palivo.

Charakteristikou viskozitně-teplotních vlastností jsou kinematická viskozita, dynamická viskozita a také viskozitní index – bezrozměrný ukazatel plochosti závislosti viskozity na teplotě, vypočítaný z hodnot kinematické viskozity oleje naměřených při 40° a 100°C. Komponenty na syntetické bázi mají viskozitní index 120-150, což z nich umožňuje získat celoroční oleje s velmi širokým rozsahem provozních teplot.

Mezi nízkoteplotní charakteristiky olejů patří bod tuhnutí, při kterém olej neteče vlivem gravitace, tedy ztrácí svou tekutost. Ta by měla být 5-7°C pod teplotou, při které by měl olej zajišťovat čerpatelnost. Ve většině případů je tuhnutí motorových olejů způsobeno tvorbou parafínových krystalů v objemu ochlazeného oleje.

Bod tuhnutí oleje

označuje pouze možnost nalití oleje z kanystru do klikové skříně motoru bez použití předehřívání. Neexistuje žádný jasný vztah mezi bodem tuhnutí oleje a jeho vlastnostmi při startu za studena.

Bod vzplanutí

Pokud se olej zahřívá, jeho páry tvoří směs se vzduchem. Teplota, při které se tyto páry mohou vznítit, se nazývá bod vzplanutí. Bod vzplanutí souvisí s frakčním složením oleje a strukturou molekul základních složek. Jsou-li všechny ostatní věci stejné, je výhodnější vysoký bod vzplanutí. Oproti původní hodnotě se výrazně snižuje, pokud se při provozu olej zředí palivem v důsledku poruch motoru. V kombinaci se snížením viskozity oleje slouží snížení bodu vzplanutí jako signál pro řešení problémů se systémem přívodu paliva, zapalovacím systémem nebo karburátorem.

Síranový popel

Při hoření oleje se tvoří popel, který se zase skládá ze solí a minerálů suspendovaných v oleji. Při čištění základního oleje by měl být obsah popela minimální a měl by být asi 0,005 % nebo méně. Se zavedením přísad nezbytných pro vysoce kvalitní olej se však obsah popela prudce zvyšuje a dosahuje 1-1,5%. Obsah síranového popela v oleji během provozu motoru zůstává téměř nezměněn a je omezen horní hranicí v regulační dokumentaci. Důvodem je skutečnost, že nadměrně popelavý olej může přispívat ke zvýšenému opotřebení dílů v důsledku abrazivního účinku na třecích plochách a také vést k předčasnému vznícení pracovní směsi v důsledku tvorby usazenin ve spalovací komoře a nepříznivě ovlivnit výkon zapalovacích svíček.

Základové oleje jsou prakticky bez popela. Poměrně vysoký obsah síranového popela v motorových olejích je způsoben především přítomností detergentních přísad obsahujících kovy v jejich složení. Tato aditiva jsou nezbytná k tomu, aby se zabránilo usazování karbonu a tvorbě laku na pístech, kroužcích, ventilech a aby oleje měly schopnost neutralizovat kyseliny. Čím vyšší je alkalické číslo, tím větší je množství kyselin vzniklých během oxidace oleje a spalování paliva, které lze přeměnit na neutrální sloučeninu. V opačném případě by tyto kyseliny způsobily korozivní opotřebení částí motoru a zintenzivnily tvorbu různých karbonových usazenin. Když je v motoru provozován olej, číslo zásaditosti nevyhnutelně klesá. Takové snížení má přijatelné limity, při jejichž dosažení se má za to, že olej ztratil svůj výkon. Proto, jsou-li všechny ostatní věci stejné, je vhodnější olej s vyšším alkalickým číslem.