Oleje silnikowe – informacje podstawowe

Olej silnikowy jest podstawowym elementem smarującym w silnikach spalinowych. Nie sposób się bez niego obejść, tym bardziej, że w czasie pracy silnika poddawany jest bardzo dużym obciążeniom. Pojawiają się one w najgorętszych obszarach silnika, a chemicznie wynikają z obecności kwaśnych produktów ubocznych pojawiających się w trakcie spalania paliwa. Gdyby nie olej silnikowy poszczególne elementy silnika uległyby zatarciu, a auto przestało by jeździć, dlatego też tak ważna jest częsta wymiana oleju.

Zanim kupimy olej silnikowy warto zapoznać się z podstawowymi informacjami o jego składzie oraz pochodzeniu.

ROPA NAFTOWA – naturalna mieszanina związków organicznych zawierająca 80-90% ciekłych oraz rozpuszczonych w nich stałych i gazowych węglowodorów parafinowych (tzw. alkanów), naftenowych (tzw. cykloalkanów) i aromatycznych.

POCHODZENIE ROPY NAFTOWEJ – organiczne – powstała w wyniku przeobrażenia substancji organicznej typu sapropelowego lub humusowego (szczątki roślin), zawartej w skale macierzystej (iłowiec, piaskowiec, wapień) i osadzonej w basenie sedymentacyjnym (gł. morskim) w środowisku redukującym. W wyniku procesów metamorficznych (długotrwałego oddziaływania ciśnienia i temperatury (135 – 600oC) tworzy się produkt pośredni (tzw. kerogen) będący substancją wyjściową do powstania ropy naftowej i gazu ziemnego.

Skład pierwiastkowy ropy naftowej
Siarka (S) 0,01...3 %
Azot (N)  0,01...2,2 %
Tlen (O) 0,1...1,5 % (niekiedy do 7%)
Wodór (H) 10...14 %
Węgiel (C) 82...87 %

Rodzaje olejów silnikowych, tzw. oleje bazowe:

Oleje mineralne -  otrzymywane przez przeróbkę  ropy naftowej -   stanowią  wtedy mieszaninę  węglowodorów o różnej  budowie i własnościach.
Oleje półsyntetyczne -  hydrokraking (Fuchs = MC); najczęściej  około 60% olej mineralny,  40%  olej syntetyczny,
Oleje syntetyczne - węglowodorowe,  niewęglowodorowe.

Olej mineralny właściwości:
-  Zapewnia smarowanie na poziomie podstawowym.
-  Wytwarzany bezpośrednio z ropy naftowej,
Charakteryzuje się:
- niską płynnością w niskich temperaturach,
- niewielką  odpornością na wysokie temperatury,
- film smarny może ulec przerwaniu przy znacznych obciążeniach termicznych i mechanicznych.
Budowa oleju poddanego procesowi hydrokrakingu na przykładzie technologii MC w stosowanych olejach firmy Fuchs MC (Moleculary Converted).

Oleje syntetyczne klasyfikowany do grupy IV tzw. PAO.

Oleje syntetyczne klasyfikowany do grupy IV tzw. PAO.
Cechy charakterystyczne oleju na bazie  PAO  PoilAlfaOlefin ?
-  Sztuczna wersja oleju mineralnego,
-  Powstają w wyniku skomplikowanych procesów  chemicznych,
-  Doskonała płynność w niskich temperaturach,
-  Wysoka odporność na wysokie temperatury,
-  Bardzo wytrzymały film smarny.

Oleje silnikowe na bazie Estrów Syntetycznych i ich właściwości:
Estry są pozyskiwane w wyniku reakcji kwasów tłuszczowych (pochodzenia roślinnego i zwierzęcego) oraz alkoholi.

Estry charakteryzują się jeszcze lepszymi parametrami niż PAO:
-  Doskonała odporność na wysokie temperatury
-  Wyższa (niż PAO) wytrzymałość filmu smarnego na obciążenia mechaniczne
-  Doskonała płynność w niskich temperaturach

Bazy olejowe MOLECULARLY CONVERTED (MC)
ZALETY:
- jakościowo porównywalny z olejami syntetycznymi -  lecz  znacznie tańszy,
- szybsze smarowanie silnika,
- zmniejszone odparowanie,
- wysoka obciążalność termiczna,
- odporność na starzenie,
- redukcja cząstek stałych,
- wydłużone przebiegi między wymianami oleju.

Klasyfikacja olejów silnikowych według API
Grupa I - klasyczne oleje mineralne wytwarzane z destylatów próżniowych z ropy naftowej, poddane rozpuszczalnikowym procesom technologicznym tj. rafinacji selektywnej, odparafinowaniu rozpuszczalnikowemu i hydrorafinacji.
Stosowane są jako oleje silnikowe bazowe do wytwarzania olejów smarowych przemysłowych i w ograniczonym zakresie do produkcji olejów silnikowych, głównie niższych i średnich klas jakościowych.

Grupa II – oleje silnikowe otrzymywane w wyniku zastosowania procesów wodorowych, hydrokrakingu lub hydrotreatingu a następnie procesu odparafinowania (rozpuszczalnikowego lub katalitycznego).
Oleje te stosowane są do produkcji olejów silnikowych oraz olejów przemysłowych o podwyższonej jakości.

Grupa III – oleje silnikowe wytwarzane w procesach głębokiego hydrokrakingu destylatów próżniowych z ropy, katalitycznego odparafinowania i wykańczającego procesu hydrorafinacji. Innym procesem umożliwiającym otrzymywanie olejów grupy III jest proces hydroizomeryzacji stałych węglowodorów parafinowych. Oleje izoparafinowe charakteryzują się właściwościami użytkowymi porównywalnymi z syntetycznymi olejami polialfaolefinowymi.
Oleje silnikowe grupy III stosowane są do wytwarzania wysokiej jakości olejów silnikowych i olejów przemysłowych.
W przypadku olejów bazowych Grupy III kluczowe znaczenie odgrywają procesy głębokiego hydrokrakingu i hydroizomeryzacji. Ze względu na wysoki wskaźnik lepkości, oleje Grupy III często są opisywane symbolem VHVI.

Grupa IV - oleje polialfaolefinowe (PAO), wytwarzane w procesach polimeryzacji.
Oleje polialfaolefinowe znajdują zastosowanie jako oleje bazowe do wytwarzania półsyntetycznych i syntetycznych olejów silnikowych oraz w niewielkim zakresie do produkcji wysokiej jakości olejów przemysłowych.
W porównaniu do olejów mineralnych oleje PAO charakteryzują się bardzo niskimi temperaturami płynięcia, bardzo małą lotnością, co umożliwia stosowanie tych olejów w bardzo szerokim zakresie temperatury. Ponadto PAO są odporne na wysoką temperaturę i utlenianie i nie powodują korozji. Charakteryzują się bardzo wysokim wskaźnikiem lepkości, małą toksycznością i polarnością. Polialfaolefiny to praktycznie czyste mieszaniny homologów izoalkanów. W ich strukturze nieobecne są struktury aromatyczne. Wadą PAO jest słaba rozpuszczalność niektórych dodatków uszlachetniających w olejach tego typu, dlatego często stosuje się je w mieszaninie z olejami estrowymi, które mają większą polarność.

Grupa V - obejmuje pozostałe oleje, tj. oleje estrowe, oleje węglowodorowe polibutenowe i alkiloaromatyczne, poliglikolowe, silikonowe.
Oleje te znalazły zastosowanie w produkcji syntetycznych środków smarowych do specjalnych  zastosowań.

Klasyfikacja olejów silnikowych nieformalne podgrupy:
Grupa I+ - oleje silnikowe tej grupy charakteryzują się wysoką zawartością siarki i niską zawartością węglowodorów nasyconych lecz wykazują wyższy wskaźnik lepkości w granicach 100 ÷ 105, niższą lepkość strukturalną CCS i niższą odparowalność wg Noack’a niż oleje grupy I.
Znajdują zastosowanie do produkcji olejów silnikowych w klasie lepkościowej 10W-30 z minimalnym dodatkiem olejów bazowych grupy III lub grupy II+.

Grupa II+ - oleje silnikowe o wskaźniku lepkości 110 ÷ 119, charakteryzujące się poprawionymi właściwościami lepkości strukturalnej CCS i odparowalności wg Noack’a, umożliwiające wytworzenie olejów silnikowych w klasach lepkościowych 5W-20 i 5W-30 bez stosowania dodatku innych olejów bazowych.

Grupa III+ - oleje otrzymywane metodą m.in. „gas to liquid” (GTL), charakteryzujące się wskaźnikiem lepkości powyżej 140. Oleje te są wykorzystywane do produkcji olejów silnikowych w klasach 0W-20 i 5W-30 oraz w płynach do automatycznych przekładni samochodowych.

Kontrowersje powstałe w wyniku nazewnictwa olejów  i ich właściwa klasyfikacja.
Coraz lepsza jakość bazowych olejów mineralnych od I do III Grupy wskazuje, iż wprowadzając nowoczesne wodorowe procesy przerobu ropy naftowej, dąży się do maksymalizacji udziału w oleju bazowym węglowodorów o strukturze izoparafinowej, charakteryzujących się wysokim wskaźnikiem lepkości, wysoką czułością na działanie inhibitorów utleniania oraz poprawionymi właściwościami użytkowymi w stosunku do konwencjonalnych olejów mineralnych. Dlatego też producenci olejów bazowych Grupy III, chcąc podkreślić ich walory i sposób otrzymywania, polegający na głębokiej przeróbce struktur węglowodorów wydzielanych z ropy naftowej, zaczęli określać je jako oleje syntetyczne. Uwieńczeniem tych zabiegów w Stanach Zjednoczonych było wydanie w kwietniu 1999 r. orzeczenia przez Urząd Rady ds. Lepszego Handlu w Państwowym
Wydziale ds. Reklamy (National Advertising Division of the Council of Better Business Bureaux). Według tego orzeczenia olej silnikowy zestawiony z udziałem oleju bazowego Grupy III może być określany jako olej syntetyczny.
Decyzja ta wywołała wiele sprzecznych opinii, szczególnie w kręgach specjalistów zajmujących się badaniami i produkcją olejów syntetycznych należących do Grupy IV, a więc zarówno polialfaolefin (PAO), jak i innych olejów syntetycznych, zakwalifikowanych do Grupy V – np. olejów estrowych, polialkilenoglikoli czy też syntetycznych olejów węglowodorowych, takich jak poliizobuteny i alkiloaromaty.
W opiniach tych podkreślony jest fakt, iż termin „syntetyczny” dotyczy produktu składającego się ze związków o określonej, zdefiniowanej strukturze, otrzymywanych drogą syntezy z innych związków (molekuł), co pozwala zaprojektować i przewidzieć jego strukturę i właściwości, a tego o olejach mineralnych Grupy III nie można powiedzieć .
Bez względu na kontrowersyjne opinie, czy bazowe oleje Grupy III zasługują na miano „syntetyczne” czy nie, należy dostrzec, że różnią się one znacznie od pozostałych olejów mineralnych i swoimi właściwościami, w tym zawartością węglowodorów nasyconych, zbliżone są do polialfaolefin określanych jako oleje syntetyczne Grupy IV.

Oleje silnikowe, podstawowe zadania:

• Utrzymanie silnika w czystości,

• Ochrona przed korozją,

• Ograniczenie tarcia i zużycia mechanicznego,

• Wysoki wskaźnik lepkości,

• Doszczelnienie komory spalania,

• Odprowadzanie ciepła,

• Odporność na  duże obciążenia,

• Niska temperatura płynięcia,

• Mniejsze odparowanie oleju,

• Zmniejszenie poziomu cząstek stałych,

• Wyzwanie dla producentów olejów silnikowych

Oleje silnikowe niskopopiołowe charakteryzują się niskim poziomem popiołu siarczanowego (SA), fosforu (P) oraz siarki (S). Zmniejszają ilość osadów, które mogą zatkać filtr, a nawet uszkodzić silnik. Dzięki temu olej zapewnia lepsze warunki pracy silnika, wydłużając żywotność filtrów redukujących emisję spalin oraz żywotność samego silnika.

Fosfor -  jako składnik oleju silnikowego pozwala na zmniejszenie zużycia układu rozrządu, pierścieni tłokowych, tulei cylindrycznych, łożysk oraz układu EGR. Natomiast powstający w komorze spalania ze spalonego oleju w nadmiernej ilości fosfor  wpływa na nieodwracalną dezaktywację katalizatora co powoduje brak spełnienia wymogów dotyczących czystości spalin.

Siarka - jako składnik oleju silnikowego pozwala na wydłużenie przebiegów oleju oraz prawidłową pracę układu EGR. Nadmierna zawartość siarki w oleju silnikowym podczas pracy silnika powoduje zwiększenie ilości cząstek siarczanowych. Cząstki te ograniczają /blokują / wydajność  filtrów NOx  a tym samym całego układu katalizatora.
CDN ...

Zdjęcie: Freepik