Viskozita je dôležitá

Motorový olej je dôležitou súčasťou spaľovacieho motora. Bez oleja nebude motor bežať. Táto skutočnosť bola pochopená už na samom začiatku viac ako storočnej histórie automobilu. Benz Patent Motor Car, ktorý bol predstavený verejnosti v roku 1886 a je zvyčajne považovaný za prvé sériové vozidlo poháňané štvortaktným spaľovacím motorom, používal skôr mimozemské mazanie kvapkaním a tukový pohár. Avšak prvý skutočný sériovo vyrábaný automobil, slávny Ford Model T, uvedený na trh v roku 1908, už používal systém striekajúceho olejovania, ktorý je koncepčne podobný tomu, čo vidíme v moderných automobiloch, s tým rozdielom, že motor aj prevodovka modelu T zdieľali rovnaký olej.

Keďže spaľovací motor je tak kriticky závislý od oleja, potreba štandardizácie motorového oleja bola rýchlo realizovaná. V skutočnosti to bolo už v roku 1911, keď novozaložená Spoločnosť automobilových inžinierov (SAE) prijala prvú klasifikáciu motorových olejov. Táto prvá klasifikácia SAE – takzvaná špecifikácia č. 26 – zoradila motorové oleje na základe mernej hmotnosti, bodov vzplanutia a požiaru. Viskóznejšie oleje boli "ťažšie" a mali vyššie body vzplanutia a požiaru. Odvtedy – dokonca aj dnes – sa motorové oleje stále niekedy označujú hmotnosťou, hoci viskozita oleja sa začala používať ako základ pre všetky budúce špecifikácie SAE od roku 1923. Najnovšia špecifikácia SAE J300 bola prijatá v roku 2015. 

V skutočnosti SAE J300 špecifikuje štyri rôzne typy viskozity: kinematickú viskozitu pri 100 °C (KV100), maximálnu prípustnú viskozitu pre natáčanie za studena (CCS) a čerpateľnosť pri studenej teplote a viskozitu vysokoteplotného šmyku (HTHS). Preto možno pevne konštatovať, že na viskozite záleží!

Viskozita oleja je jedným z dôležitých kvantifikátorov jeho vhodnosti na daný účel. V spaľovacom motore jazdia všetky pohyblivé časti na olejovom filme. Akýkoľvek výskyt nemazaného kontaktu kov-kov môže mať katastrofické následky a je potrebné sa mu vyhnúť za každú cenu. Aby olej plnil svoju úlohu, musí byť včas dodaný do kritických mazacích bodov. Prietok oleja olejovými kanálmi – alebo galériami – v motore je do značnej miery určený jeho kinematickou viskozitou, preto je KV100 prvou vecou, na ktorú sa treba zamerať pri výbere správneho oleja. Auto by ste však mali byť schopní naštartovať aj v zime. Ako teplota klesá, motorový olej sa stáva čoraz viskóznejším a nakoniec sa mení na tuhú látku podobnú mydlu. Ak k tomu dôjde, nebudete môcť naštartovať motor. Preto SAE J300 uvádza aj CCS a nízkoteplotnú čerpadateľnosť. Nakoniec, pri vysokom zaťažení motora sa teplota oleja v ložiskách môže zvýšiť na 150-200oC a súčasne veľmi vysoké šmykové sily majú tendenciu rozdrviť molekuly oleja na menšie fragmenty. V dôsledku toho klesá viskozita oleja. Na zaručenie adekvátneho mazania ložísk v takých drsných podmienkach definuje SAE J300 minimálnu viskozitu HTHS pre každý stupeň viskozity.

Ak je viskozita príliš vysoká, nie je to dobré: olej nemusí prísť včas a odvádzať teplo dostatočne rýchlo. Použitie silnejšieho oleja, ako je odporúčané, však nie je smrteľné: koniec koncov, stane sa to zakaždým, keď naštartujete chladný motor. Ak je viskozita príliš nízka, je to oveľa nebezpečnejšie: olej odteká príliš ľahko a nebude vytvárať dostatočný tlak. To spôsobí rýchle opotrebenie ložísk, odieranie piestov / krúžkov, zadretie a ďalšie kritické problémy. Takmer určite tiež uvidíte zvýšenú spotrebu oleja.

Mnohé dôležité podsystémy v motore sú kriticky závislé od tlaku oleja, napríklad hydraulické napínače rozvodových reťazí a systémy variabilného časovania ventilov (VVT). Ak je tlak oleja nízky, tieto systémy môžu začať zlyhávať: napínače reťaze nedokážu vytvoriť dostatočný tlak na odstránenie uvoľnenia reťaze a vačkové fázovače nedokážu normálne posúvať vačku. Tým sa vykompenzuje časovanie motora, ktoré zase ovplyvní výkon motora, spotrebu paliva a emisie, a nakoniec sa rozsvieti kontrolka "Check Engine".

Bežné základové oleje používané na výrobu mazív kľukovej skrine sa získavajú destiláciou a čistením surového minerálneho oleja. Ľahké destilátové frakcie sa používajú na výrobu rôznych druhov paliva, ktoré predstavujú hlavný zdroj zisku pre rafinérie, zatiaľ čo ťažké spodné frakcie – často označované ako dno suda – sa používajú na výrobu mazív a niektorých ďalších výrobkov vrátane asfaltu a vosku. Historicky sa výroba mazív považovala za lacný koniec procesu rafinácie ropy, ktorý sa pokúša premeniť vedľajší produkt výroby paliva na produkt s pridanou hodnotou. 

Historicky najdôležitejšie základové oleje používané na výrobu mazív kľukovej skrine boli oleje s viskozitou 100 až 600 SUS (20 až 130 cSt pri 100 oF), ako aj najviskóznejšia trieda minerálnych základových olejov s typickým rozsahom viskozity 1000 až 5000 SUS – takzvané svetlé zásoby. V posledných desaťročiach však došlo k trvalému poklesu objemu výroby a používania konvenčných minerálnych základových olejov (tvoriacich skupinu API I), keďže starý proces rafinácie rozpúšťadlami stráca pôdu pod nohami v prospech modernejšieho, ekonomickejšieho a environmentálne čistejšieho procesu rafinácie známeho ako hydrorafinácia. Ten sa používa na výrobu základných olejov skupiny II a III API. Jednou z hlavných nevýhod hydrorafinácie je, že nemôže produkovať produkty s vysokou viskozitou – nič vyššie ako 200 SUS. Preto moderné mazivá vo veľkej miere závisia od polymérnych zahusťovadiel, ktoré sa používajú na nahradenie svetlých zásob. Takéto polymérne zahusťovadlá majú aj ďalšiu užitočnú funkciu – zvyšujú index viskozity (VI) oleja, odtiaľ pochádza ich bežný názov – zlepšovače indexu viskozity (VII).

Dnes sú takmer všetky automobilové motorové oleje "viacstupňové", pretože poskytujú primeraný výkon v chladnom aj horúcom podnebí. Viacstupňové oleje sú opísané dvoma číslami, takto: SAE 10W-40. Prvý údaj – 10, za ktorým nasleduje "W" – sa vzťahuje na výkon pri nízkych teplotách. V podstate hovorí, že v zimnom období sa tento olej správa ako staršia zimná trieda SAE 10W: mal by vám umožniť naštartovať motor pri teplote -25 ° C a nestratí svoju schopnosť prúdiť pri teplotách až do -30 ° C. Druhý údaj, 40, hovorí, že v lete sa ten istý olej správa ako starší monogradový SAE 40: má KV100 v rozmedzí 12,5 až 16,3 cSt a minimálne viskozitu HTHS 3,5 cP.

Čím väčší je rozdiel medzi druhým a prvým číslom, tým širší je viacstupňový.  Najširšie multitriedy súčasnosti, ako napríklad 0W-40, 5W-50 a 10W-60, majú VI okolo 180, aj keď je možné zvýšiť VI ešte viac, až na 200-220. Vysoký VI je vítanou vlastnosťou, pretože olej s vysokým VI vykazuje menšie zmeny viskozity s teplotou. Skutočné spektrum výhod však závisí od toho, ako sa táto vysoká VI dosiahla, pretože existuje veľa úskalí.

Pozrime sa na príklad toho, ako sa polymérne zosilňovače VI používajú v praxi.  Predpokladajme, že máte základový olej 150N API skupiny II s KV40 = 28 cSt a KV100 = 5,2 cSt (VI = 109). Ak pridáte 15% olefínový kopolymér (OCP) typu zlepšovača VI, ako je Paratone 8006, skončíte s polymérom zahusteným produktom s KV40 = 83 cSt a KV100 = 12 cSt (VI = 140). VI sa teda zvýšil zo 109 na 140. Ako môžete dešifrovať, že ide o zmes polyméru a oleja a nie o olej 600N bez polymérov? Prvá vec, ktorú treba skontrolovať, je bod vzplanutia: oleje zahustené polymérom budú mať takmer rovnakú teplotu vzplanutia ako pôvodný základný olej (150N, FP 220oC), ktorý je oveľa nižší ako bod vzplanutia ekviviskózneho základného oleja bez polyméru (600N, FP 270oC). Druhou užitočnou kontrolou je strata odparovaním: polymérom zahustené oleje vykazujú takmer rovnakú stratu odparovaním ako pôvodný základný olej (150 N, 15 hmotnostných % Noack), ktorý je oveľa vyšší ako strata odparovaním ekviviskózneho základného oleja bez polyméru (600 N, 2 hmotnost. % Noack).  

Záver z tohto príkladu je, že zahusťovanie polymérov a posilňovanie VI by sa mali používať opatrne: hoci vám pomôže ľahko vyladiť viskometriu produktu, niektoré ďalšie dôležité vlastnosti sa môžu prehliadnuť. Nadmerné používanie polymérov môže ohroziť stabilitu v šmyku - to je dôvod, prečo SAE J300 definuje rozsah HTHS pre každý stupeň viskozity a prečo sú komerčné prísady VII charakterizované indexom šmykovej stability (SSI). Ďalšími bežnými problémami sú oxidačné zahusťovanie a želatínovanie v použitých olejoch.

Medzi rôznymi triedami zlepšovačov VI existujú podstatné rozdiely z hľadiska účinnosti, stability v šmyku, rozpustnosti a samozrejme ceny. Napríklad zlepšovače olefínového kopolyméru (OCP) VI sa v súčasnosti stali typom technológie zlepšenia VI "obyčajnej vanilky" s primárnym zameraním na výrobky s hodnotovým inžinierstvom, zatiaľ čo styrénové a polyalkylmetakrylátové (PAMA) VI zlepšovače sa čoraz viac používajú v špičkových výrobkoch. Táto skutočnosť dokazuje, že údaje o viskozite uvedené v SAE J300 stále nevykresľujú celkový obraz: môžete porovnať všetky štyri hodnoty viskozity a stále vidieť rozdiely vo výkone produktu. Je to preto, že konvenčná viskometria nehovorí nič napríklad o chemickej stabilite molekúl VII, ich možných interakciách s inými zložkami mazív alebo nenewtonovskom reologickom správaní mazacích filmov obsahujúcich polymér. Napriek tomu, že teoretické chápanie pôsobenia VII rôznych tried polymérov a ich vplyvu na tribológiu mazív enormne pokročilo, skúsenosti zostávajú najlepším učiteľom v tejto prevažne empirickej oblasti.

V súčasnosti sa aktívne propagujú riednejšie oleje na zlepšenie spotreby paliva.  Majte však na pamäti, že v bežiacom motore je mazivo kľukovej skrine vždy do určitej miery "riedené" palivom. Stupeň riedenia paliva závisí od typu motora a jazdných podmienok. Mestská premávka typu stop-and-go je jedným z nepriaznivých scenárov, o ktorom väčšina ľudí ani nevie. V najhorších prípadoch môže olej obsahovať až 10-15% paliva. Ďalším nepriaznivým scenárom je jazda vysokou rýchlosťou, ako sú preteky sériových automobilov, kde sa na chladenie motorov zámerne používajú bohaté zmesi vzduchu a paliva. V dôsledku riedenia paliva motorový olej ľahko klesne o jeden stupeň nižšie: začnete s olejom 5W-30 a čoskoro zistíte, že je zriedený na úroveň 5W-20. Olej sa tiež stenčuje, keď je motor silne zaťažený a zahrieva sa, napríklad pri ťahaní prívesu. Niektorí výrobcovia majú tendenciu začleniť do svojich formulácií väčšiu bezpečnú maržu, pričom cieľ v100 stanovujú tesne uprostred príslušného stupňa viskozity a HTHS výrazne nad povolenou minimálnou hodnotou. Iní sa snažia tlačiť svoje produkty na hranu, aby maximalizovali výhody úspory paliva. Napríklad 5W-40 s KV100 = 14,5 cSt vydrží 4-5% riedenie paliva bez toho, aby vypadol z triedy. Podobný produkt 5W-40 "zvýšenej spotreby paliva" s KV100 = 13,0 cSt vypadne z triedy už pri 2% zriedení paliva. Preto vo všeobecnosti môžete vždy bezpečne ísť o jeden stupeň vyššie ako to, čo odporúča výrobca motora, ale nikdy nepoužívajte redšie oleje, ako sa odporúča.

S výnimkou niekoľkých vlajkových lodí sú bežné mazivá vždy navrhnuté pre hodnotu. My v BIZOL sme však posadnutí kvalitou – chceme našim zákazníkom priniesť to najlepšie, čo môžeme. Ak chcete pochopiť rozdiel, pozrite sa na nižšie uvedený diagram, alebo – ešte lepšie – vyskúšajte BIZOL.