Oleje silnikowe – nadchodzą syntetyki

Jeszcze do niedawna główne zadania oleju silnikowego polegały na smarowaniu, chłodzeniu, zabezpieczeniu przed korozją oraz utrzymywaniu silnika w czystości. Teraz wymaga się, by olej przyczyniał się do zmniejszania zużycia paliwa przez silnik.

Stosowanie oleju zalecanego przez producenta pojazdu należy do głównych obowiązków użytkownika. W silnikach nowej generacji, spełniających normę Euro VI, wymaga się syntetycznych olejów silnikowych, z reguły 0W-30 lub 5W-40, które zastępują oleje mineralne. Mercedes-Benz zaleca stosowanie olejów o obniżonej lepkości HTHS (High Temperature High Shear Rate), słusznie rozumując, że w ten sposób można zmniejszyć tarcie wewnętrze w silniku. Do silników OM 470, OM 471 oraz OM 473 producent obecnie zaleca olej o lepkości 2,9 mPa/s (milipascal/ sekunda – jednostka pomiaru lepkości dynamicznej), gdy poprzednio 3,5 mPa/s. Producenci olejów muszą więc tworzyć wciąż nowe formulacje oleju, by spełniać często sprzeczne lub wygórowane wymagania producentów silników lub pojazdów. Na przykład nie można w nieskończoność zmniejszać lepkości oleju w celu obniżenia zużycia paliwa przez silnik, który mimo wszystko musi być właściwie smarowany. Coraz dłuższe interwały między wymianami oleju wymuszają stosowanie specjalnych dodatków zapobiegających nieuniknionej degradacji oleju. Rzadko mówi się chociażby o szczególnym zanieczyszczeniu oleju silnikowego gazami zawierającymi paliwo oraz wodę (tzw. blow-by-gazy). Kłopot w tym, że woda razem z niespaloną siarką i tlenkiem azotu wchodzi w reakcje chemiczne, w wyniku których w oleju tworzą się kwas siarkowy oraz kwas azotowy. Kwasy te niszczą niektóre dodatki olejowe, przyspieszając tym samym degradację oleju i powodując korozję silnika. Kolejnym problemem dla chemików opracowujących recepturę oleju są systemy oczyszczania spalin.

W nowoczesnych pojazdach stosuje się różne sposoby oczyszczania spalin – od recyrkulacji spalin, po filtry cząstek stałych, katalizatory utleniające, itp. Skład (formulacja) oleju powinna uwzględniać istnienie lub nie określonych systemów oczyszczania spalin. Część oleju jest spalana w silniku, w konsekwencji powstają związki siarki i fosforu, które negatywnie wpływają na pracę np. filtra cząstek stałych. Wprowadzono więc tzw. oleje Low SAPS z obniżoną zawartością siarki, fosforu i popiołów siarczanowych. Siarkę, która bardzo korzystnie wpływa na własności smarne, musiano zastąpić czymś innym.

Jak widać z tych kilku przykładów, wielu współczesnych wymagań jakościowych nie są w stanie spełnić oleje mineralne, stąd producenci pojazdów z silnikami Euro VI są skazani na oleje syntetyczne. Ma to również związek z nowymi specyfikacjami API i ACEA.

Jak zrobić olej?

Olej silnikowy to mieszanina oleju bazowego z dodatkami uszlachetniającymi. Formulacja (receptura) danego oleju to stworzenie właściwych proporcji między olejem bazowym a dodatkami. Producenci olejów przygotują taką formulację, by olej spełniał wszelkie normy i testy producenta pojazdu (lub silnika). Na określone właściwości oleju fundamentalny wpływ ma jakość bazy olejowej.

Amerykański Instytut Naftowy (API – American Petroleum Institute ) opracował podział olejów bazowych na pięć grup:
• oleje bazowe grupy I, uzyskiwane z przerobu ropy naftowej, są obecnie stosowane w olejach przemysłowych lub przekładniowych, gdyż ich jakość jest już zbyt niska do produkcji olejów silnikowych,
• oleje bazowe grupy II i III, również wytwarzane z przerobu ropy naftowej, są obecnie najczęściej stosowane w olejach klasy lepkości SAE 5W-30 czy 5W-40,
• oleje bazowe grupy IV i V, pozyskiwane w wyniku syntezy chemicznej, reprezentują najwyższą jakość.

Do olejów bazowych dodaje się różne związki chemiczne, nazywane dodatkami uszlachetniającymi. Stosuje się dwie grupy dodatków:
1- chroniące elementy silnika:
• przeciwzużyciowe (poprawiają smarowanie),
• przeciwkorozyjne (eliminują kwasy i wodę),
• detergenty (zapobiegają gromadzeniu się osadów).
2- podnoszące jakość oleju:
• modyfikatory lepkości (zapewniają jak najmniejszy spadek lepkości oleju przy jego rosnącej temperaturze),
• antyutleniające (zwiększają wytrzymałość oleju na wysokie temperatury),
• depresatory (utrzymują olej w stanie płynnym w niskich temperaturach otoczenia),
• dyspergatory (utrzymują zanieczyszczenia w oleju w stanie rozproszonym),
• antypienne (zapobiegają przed pienieniem się oleju, co może spowodować obniżenie ciśnienia),
• alkaliczne (zapobiegają zakwaszeniu oleju produktami spalania zawierającymi siarkę).

Teoretycznie możliwości opracowania receptury oleju są niemal nieograniczone. W praktyce skład olejów o zbliżonych właściwościach kilku producentów nie musi się znacznie różnić. Podstawowym kryterium dla właściwości oleju jest użycie określonego oleju bazowego, ale większość producentów środków smarnych nie podaje konsumentom takich danych ograniczając się do informacji na opakowaniu, że olej jest „mineralny” lub „syntetyczny”.

Co ciekawe, w państwach Europy Wschodniej oleje silnikowe produkowane w oparciu o oleje bazowe grupy II lub III są sprzedawane jako syntetyczne, gdy np. w Niemczech – jako mineralne.

W porównaniu z olejami mineralnymi, oleje syntetyczne charakteryzują się szeregiem zalet, tj. wykazują lepszą płynność w niskich temperaturach, mają lepsze własności smarne i wyższą odporność na degradację w wysokich temperaturach. Oleje syntetyczne mają też lepsze własności myjące silnik niż oleje mineralne i przeciwdziałają osadzaniu się szlamów i osadów. Wraz ze zmianą temperatury są mniej podatne na zmianę lepkości i bardziej odporne na trwałą utratę lepkości w wyniku działania naprężeń ścinających. Inaczej mówiąc, podczas całej eksploatacji – od wymiany do wymiany - zachowują stabilny poziom lepkości w szerokim zakresie temperatur. Nota bene, dzięki temu, że oleje syntetyczne wykazują stabilne właściwości w czasie długiej eksploatacji można było wydłużyć okres wymiany oleju. Oleje syntetyczne mają też wady – wysoką cenę, gorszą zdolność rozpuszczania dodatków uszlachetniających, gorszą kompatybilność z uszczelnieniami, a oleje na bazie grupy IV i V wykazują gorszą mieszalność z innymi olejami. Na dolewki do np. oleju 0W-30 należy więc stosować wyłącznie olej 0W-30.

Mineralny czy syntetyczny, markowy czy nie?

Posiadacze pojazdów starają się obniżyć koszty eksploatacji, stosując tanie, a więc mineralne oleje. Obowiązuje złota zasada – stosujemy olej o klasyfikacji lepkościowej i jakościowej zalecany przez producenta pojazdu oraz spełniający jego normy. Niektórzy producenci olejów zachęcają firmy transportowe, by nawet w starszych silnikach stosowano oleje syntetyczne zamiast dotychczasowych mineralnych, co ma spowodować oszczędności w zużyciu paliwa z powodu niższej lepkości oleju. Jednak w dłuższej perspektywie czasowej stosowanie oleju mineralnego w starszych silnikach jest uzasadnione ekonomicznie i technicznie. Z badań konsumenckich wynika, że w nowych silnikach Euro V czy VI firmy transportowe stosują olej zalecany przez producenta pojazdu. Powstaje jednak pytanie, czy oleje różnych producentów o tych samych klasach lepkości i jakości są współzamienne? Uznaje się, że tak, gdyż w większości korzystają one z tych samych dodatków i olejów bazowych, które zresztą produkuje niewiele wyspecjalizowanych firm. Co więcej, oleje są do siebie podobne pod kątem składu chemicznego i receptury.

Ale oprócz uznanych producentów olejów działają na rynku małe firmy, tzw. blendownie, oferujące tańsze środki smarne pod własną marką. Firmy transportowe mają więc dylemat – stosować olej markowy czy tańszy z blendowni. Te małe firmy zajmują się w gruncie rzeczy produkcją olejów wg otrzymanej receptury. Warto zauważyć, że coraz popularniejsza, szczególnie wśród blendowni jest produkcja olejów typu Mix Fleet, czyli nadających się do stosowania w silnikach diesla do aut osobowych i ciężarowych. Oleje takie spełniają przede wszystkim wymagania producentów ciężarówek.

Olej wymieniany co 100 tys. km musi mieć inne właściwości niż wymieniany co 20 tys. km. Ale na czym zarabiają blendownie?

Subtelna różnica

Coraz częściej w książkach obsługi pojazdów zalecany do nich olej określany jest numerem normy producenta auta, zamiast klasy jakości i lepkości wg międzynarodowych klasyfikacji ACEA czy API. Niektórzy producenci pojazdów, jak: Daimler, Scania, MAN czy DAF tworzą własne normy. Oczywiście producenci pojazdów przy tworzeniu własnych norm wykorzystują testy laboratoryjne i silnikowe norm międzynarodowych oraz testy producentów silników, ale wzbogacają je o własne, dodatkowe testy. Są to testy określające wpływ danego oleju na stopień zużycia ruchomych części silnika, np. dźwigienek zaworowych, czy też zdolność do zmywania osadów i szlamu.

Jeśli producent oleju na opakowaniu swojego produktu chce umieścić sformułowanie, że został on „zaaprobowany” przez wytwórcę pojazdu, musi dokonać kosztownych badań. Muszą one potwierdzić, że dany olej, wykonany wg określonej receptury i technologii produkcji, pozytywnie przeszedł testy na zgodność z wymaganiami API, ACEA i producenta pojazdu. Koszt takich badań wynosi nawet kilka milionów euro. Jeśli jednak dany olej uzyskał aprobatę (dopuszczenie) do stosowania przez danego producenta pojazdu, można go stosować w okresie gwarancji auta. Natomiast mniej zamożni producenci olejów, w tym blendownie, nie są w stanie pokryć tak wysokich wydatków i nie występują do producenta pojazdu o oficjalną aprobatę. Mała firma za kilka tysięcy euro może wraz z surowcem otrzymać gotową, przebadaną technologię produkcji danego oleju. Wówczas na etykiecie oleju jest napisane, że olej „spełnia wymagania” danego producenta pojazdu. Tak więc czytajmy dokładnie informacje zawarte na etykietach olejów i porównujmy je z wymaganiami producenta pojazdu.