Co znečišťuje motorový olej a proč?

Srovnáním několika studií provedených v Evropě a ve Spojených státech bylo zjištěno, že opotřebení částí strojů je příčinou 70 až 80 % jejich výpadků v provozu. Z toho je 20 % přičítáno korozi a 50 až 60 % fyzickému opotřebení.
Motorové oleje, jiným názvem maziva, jsou kapaliny naprosto nezbytné pro bezporuchový chod všech typů spalovacích motorů. Slouží především ke snížení tření mezi pohyblivými součástmi benzínových a naftových motorů. Mohou být jak kapalného, tak pevného skupenství.

Můžeme také říci, že motorový olej je souhrnné označení celé skupiny minerálních olejů používaných jako maziva a chladiva, vykazující v motorech též těsnicí a čisticí funkci. Jsou vyráběna v rafinériích zpracováním ropy, která je zbavená vody a dalších nečistot. Základ motorových olejů je potom získáván druhou destilací olejové frakce. Mají zásadní vliv na provoz motoru především z hlediska mazání a chlazení (motorový olej odvádí teplo vznikající hořením a třením částí motoru).

Velmi důležitou vlastností olejů je také to, aby udržely motory v dokonalé čistotě po celou dobu jejich životnosti. A to je úkol pro skupiny přísad, které se nazývají detergenty a disperzanty. Mezi další funkce motorových olejů řadíme ochranu před korozí, dotěsnění spalovacího prostoru a v neposlední řadě také tlumení hluku.

V prvopočátcích se výměnné lhůty prvních motorových olejů pohybovaly v řádu stovek kilometrů, později i jeden až dva tisíce kilometrů. První průlom v kvalitě znamenal přídavek antioxidantů, které chránily olej před nadměrnou oxidací a znamenaly i citelné prodloužení výměnných lhůt motorových a dalších olejů.
Delší výměnné lhůty ale přinesly jiné potíže. Musel se vyřešit problém nečistot, které se při delším provozu začínaly v oleji hromadit. A to byla doba nástupu detergentních přísad. Dnes jsou motorové i další druhy mazacích olejů již bez detergentů a disperzantů naprosto nemyslitelné.

 

Základní oleje je možné získat několika způsoby. Jednou z metod je rafinace olejů, která je prováděna z důvodu odstranění nestabilních látek z olejů. Mezi základní postupy rafinace řadíme extrakční (selektivní) rafinaci a hydrogenační rafinace.

Při extrakční rafinaci se k oleji přidává selektivní (polární) rozpouštědlo, které je s olejem omezeně mísitelné. Vznikají dvě kapalné fáze – extrakt (roztok s rozpuštěnými nežádoucími látkami) a rafinát (nerozpuštěné žádoucí látky).
Jako selektivní rozpouštědla používáme např. fenol, furfural (průmyslová chemická sloučenina, aromatický aldehyd; v čistém stavu je to bezbarvá olejovitá kapalina s mandlovou vůní) nebo kresoly. Naproti tomu je hydrogenační rafinace univerzální rafinační metodou při získávání olejů. Za přítomnosti vhodných katalyzátorů odštěpuje vodík S, N, O, dochází k hydrogenaci dvojných vazeb, někdy se též hydrogenují celá aromatická jádra.

 

Dělení motorových olejů podle způsobu výroby

Motorové oleje se podle způsobu výroby dělí na minerální, polosyntetické a syntetické.

• Minerální oleje jsou oleje vyrobené z ropy, zatímco syntetické oleje jsou průmyslově vyrobené oleje na bázi křemíku nebo fosforu.
  
  
• Polosyntetické oleje tvoří minerální základ, který je však vyroben syntetickou cestou a přidává se do něj syntetický olej určitého složení, přičemž syntetická část musí zabírat 20 – 65 % celkového objemu. 

Aby mohly mazací oleje pracovat správně a v náročných podmínkách, jakými bezesporu práce motoru je, jsou zpracovatelské firmy nuceny jejich vlastnosti zlepšovat. Toho lze dosáhnout pomocí aditiv, tj. látek, které výrazně zlepšují jednu nebo více užitných vlastností.

 

Aditiva

Rozeznáváme několik druhů základních přísad (aditiv):

• Antioxidanty – prodlužují indukční periodu oxidace základového oleje, jejich degradaci zvyšuje nejen teplota a katalyzátory oxidace, ale také přítomnost mechanických nečistot, vody a prachu.
  
  
  
• Detergenty – čistí kovové povrchy motoru, uvolňují zárodky různých usazenin, kalů, detergenty jsou nositeli tzv. alkalické rezervy. Ta má pak za úkol neutralizovat kyselé zplodiny spalování paliva, které se dostanou do oleje, nebo kyselé produkty oxidační degradace oleje, nebo karbonových povlaků z povrchu mazaných dílů, strukturou detergentu jsou tzv. micely.
  
  Micela je molekulární agregát tvořený obtížně rozpustnými částicemi, které vykazují vzájemnou soudržnost. Jádro micely je tvořeno většinou vápencem. Tento vápenec je schopen reakce s kyselými látkami, které neutralizuje, ale sám se přitom spotřebovává. Vápenec v jádře micely je tak onou důležitou alkalickou rezervou motorového oleje.
  Jádro micely je obaleno molekulami vlastního detergentu, který tak udržuje minerální vápenec rozpuštěný v oleji, stejně jako disperzanty udržují nečistoty v oleji ve vznosu. Celá micela detergentu má průměr kolem jedné setiny mikrometru. Rozměrově je micela detergentu tedy dostatečně malá, aby nenarušovala mazací film mezi dvěma třecími povrchy a nebránila tak kvalitnímu mazání.
  
  Jako vlastní detergenty, které obalují celou micelu, jsou do motorových olejů používány nejčastěji sulfonáty, které obsahují síru. V motorových olejích nové generace s nízkým obsahem síry a fosforu (low SAPS) se používají bezsirné salicyláty. V molekule detergentů je vždy obsažen kov, většinou vápník nebo hořčík.
  
  
  
• Disperzanty – nedovolí vzájemné spojování či shlukování částic a jejich následné usazování. Každá molekula disperzantů má jeden konec polární, a ten se přichytí na nečistotě, druhý konec molekuly je nepolární a dokonale rozpustný v oleji. Díky této vlastnosti jsou všechny malé částečky nečistot v oleji dobře dispergovány a nemohou se usadit.
  Rozměr většiny dispergovaných částeček nečistot je dostatečně malý, několik setin až maximálně desetin mikrometru. Je mnohem menší, než je tloušťka mazacího filmu a bez problémů také prochází všemi filtry. Takto zajištěné nečistoty proto v oleji nepůsobí žádné podstatné problémy. Při nadměrné koncentraci nečistot, např. sazí v olejích vznětových motorů, však již mohou nastat problémy se zvýšeným opotřebením některých částí motoru.
  
  Díky velmi účinným disperzantům se dnes můžeme spolehnout na to, že náš motor bude vždy čistý. Samozřejmě že detergentní a disperzní schopnosti motorového oleje nejsou nekonečné a i z tohoto důvodu je proto nutné dodržovat výměnné lhůty a včas motorový olej vyměnit. V oleji se také časem hromadí i větší částice různých nečistot, např. prachu či otěru, zejména při nižší účinnosti vzduchových, palivových a olejových filtrů, se kterými si disperzantní přísady již nejsou schopny poradit.
  Jako disperzanty se používají polymerní sloučeniny, jejichž velké molekuly napomáhají disperzním vlastnostem. Rozměr polymerních molekul disperzantů se pohybuje řádově v setinách mikrometrů, tedy přibližně ve stejném rozmezí jako molekuly detergentů. Disperzanty jsou bezpopelné, protože ve své molekule neobsahují kov.

 

• Depresanty – aditiva snižují bod tuhnutí oleje a to buď krystalizací parafinických látek z ropy nebo ropných frakcí a tím ovlivněním struktury vyloučené pevné fáze, nebo sorbací na povrch již vzniklých krystalů a zabráněním jejich aglomeraci. Jako depresanty se používají různé polymery, např. etylen-vinylacetát, polymetakryláty, apod.
  
  
  
• Antikorodanty – chrání kovy proti korozi vlivem přítomnosti vody a zvýšené teploty. Vytváří adsorbovanou vrstvičku na povrchu kovu. Větší množství vody pak funguje jako konkurent v adsorpci. Smíchání s olejem bez inhibitoru může porušit ustavenou rovnováhu a vést k desorpci molekul inhibitoru z kovového povrchu a tím snižovat ochranu proti korozi.
  
  
  
• Zlepšovače viskozitního indexu – polymerní látky, které vyrovnávají kolísání viskozity oleje s kolísáním teplot.
  
  
  
• Vysokotlaké přísady – umožňující mazání za vysokých tlaků.
  
  
  
• Protipěnící přísady – zlepšení mazání a snížení stárnutí rozkladem vznikající pěny. 

 

Další věcí, kterou si u motorových olejů všímáme, je jejich viskozita. Můžeme říci, že je to odpor, kterým tekutina (olej) působí proti silám, které se snaží posunout její nejmenší částice. Na styčných plochách se vytváří tzv. tečné napětí, které je způsobeno dvěma vrstvami oleje.
Každá vrstva oleje je přilnavá k jedné otáčející se součásti – obě tyto součásti se točí proti sobě a každá jinou rychlostí – tečné napětí je potom napětí na tomto rozhraní, které je udáno silou, kterou na sebe obě vrstvy oleje působí (síla, kterou rychlejší část urychluje tok pomalejší vrstvy a naopak síla, jakou pomalejší vrstva zpomaluje vrstvu rychlejší).

Viskozita oleje určuje mazací schopnost oleje, ovlivňuje tvorbu mazacího filmu a jeho únosnost, určuje též velikost odporu pohyblivých částí a v neposlední řadě udává těsnicí schopnost. Vlivem tlaku a teploty se viskozita oleje výrazně mění. Mírou závislosti viskozity na teplotě je viskozitní index.

 

 

Vizkozitní specifikace motorových olejů

Na základě viskozity jsou vyráběny letní a zimní oleje. Dnes jsou však nejrozšířenější celoroční oleje (ultigrade). Třída označená písmenem W (winter) vyjadřuje vztah viskozity k zimním teplotám.
Vztahuje se k měření dynamické viskozity oleje při teplotě dané stupnicí. Když od označení W odečteme –35 dostaneme přibližně teplotu použitelnosti. Další číslo za písmenem W se vztahuje ke kinematické viskozitě při 100 °C a podle ní jsou oleje zařazeny do tříd označených číslicemi 20, 30, 40, 50, 60. Například olej označený SAE 5 W-50 má dobré viskozitní vlastnosti při velmi mrazivém počasí a je vhodný i při vyšším tepelném zatížení motorů, při jízdě v tropických vedrech či sportovním způsobu jízdy.

Označení lehkoběžný olej se používá pro třídy SAE 10 W, 5 W, 0 W-X. Starší olej označený např. SAE 30 je tzv. jednostupňový, v tomto případě letní. Teplotní rozsah použitelnosti těchto olejů je omezen mnohem užším rozmezím teplot, přesto je možno i tyto oleje s určitým omezením používat celoročně.

 

Výkonnostní specifikace motorových olejů

Výkonnostní úroveň motorového oleje charakterizují výkonnostní mezinárodní klasifikace a specifikace. Tyto klasifikace a specifikace potom umožňují zvolit oleje v konkrétním typu motoru s konkrétním výměnným intervalem.

Běžně se pro výkonovou charakteristiku motorového oleje používají následující klasifikace a specifikace:

• API – American Petroleum Institute, USA
• ACEA – Association des Constructeurs Européens ďAutomobile, EU
• CCMC – Comité des Constructeurs ďAutomobile du Marché Commun, EU
  
  Dřívější označení
• MIL-L – normy americké armády (používané i pro armády NATO)
  
  Jiné specifikace
• ILSAC – International Lubricant Standartisation Advisory Committee
• Normy výrobců automobilů a motorů - např. MB, VW, MAN, atd.

 

Dle specifikace API rozlišujeme oleje pro zážehové (benzinové) motory, označené písmenem „S“ (z angl. Service) a na oleje pro vznětové (naftové) motory, označené písmenem „C“ (z angl. Commercial).

Většina olejů je použitelná pro oba typy motorů a je potom značená kombinací obou písmen. Pro vyjádření výkonnostní úrovně se pak používají písmenka v sestupném abecedním pořadí, čím je písmeno dále v abecedě, tím je olej kvalitnější.

Je důležité, aby při provozu spalovacího motoru byl motorový olej v dobrém stavu. Je-li ve špatném stavu, zvyšuje se opotřebení spalovacího motoru a dochází ke snížení jeho životnosti. Kvalitu leje můžete ověřit testem MOTORcheckUP, který jednoduchou, rychlou a bezpečnou formou zjistí stav motorového leje.

 

Opotřebení je důsledek nesprávného mazání

Jeho příčinou jsou nejčastěji použití nesprávného maziva, degradace použitého maziva vlivem jeho oxidace, abrazivní a erozivní opotřebení vlivem částic nečistot přítomných v mazivu a přetížení s následkem porušení mazacího filmu.

Opotřebení je dáno nežádoucí změnou povrchu nebo rozměru tuhých těles, způsobenou vzájemným působením funkčních povrchů nebo funkčního povrchu a média, které opotřebení vyvolá při jejich vzájemném pohybu. Jinak řečeno, je to úbytek materiálu z povrchů při jejich vzájemném pohybu nebo při pohybu média.

Podle druhu opotřebení je dán následný tvar otěrové částice a podle materiálu je posouzeno, ze které součásti pochází. Chceme-li posoudit opotřebení, je nutné zahrnout následující dominantní faktory:

• druh, povrch a vlastnosti tuhých těles,
• vlastnosti média mezi styčnými povrchy (oleje),
• vzájemný relativní pohyb (směr, rychlost),
• zatížení (velikost působících sil a jejich proměnnost v čase),
• množství a vlastnosti dalších částic přítomných v mazivu

 

Obrázek ukazuje velikost opotřebení v závislosti na čase v různých fázích technického života.

 

Rúzné druhy a zdroje nečistot vyskytujících se v motorovém oleji

Nečistoty vniklé z okolí (písek, prach, vlákna, barvy, otřepy z montáží, atd.):

• Nejčastějším zdrojem cizích částic v motorovém oleji je nasávaný vzduch, který nikdy není absolutně čistý, ale spolu s ním se nasávají do spalovacího traktu i prachové částice.
  
  
• Tyto částice mají velikost až několik mikrometrů, jsou velmi tvrdé (jde většinou o částice křemičitého prachu) a mohou být příčinou velkého abrazivního opotřebení až poškození vnitřních povrchů motoru daleko spíše než ostatní výše zmiňované částice.
  
  
  

Nečistoty vzniklé spalováním a reakcemi s olejem (různé shluky sloučenin, karbony):

• Nečistoty, které obsahuje palivo (např. různá vlákna z filtrů, jimiž palivo prochází během distribuce z rafinerie, ale i prachové částice) přicházejí do spalovacího prostoru i (zvláště při zaneseném či jinak nefunkčním palivovém filtru) negativně ovlivňují vlastní spalování a vznikají tak další (nové) nečistoty

 

Nečistoty vzniklé opotřebením:

• Pevné částice (korozivní částice, částečky kovů) vznikají při vzájemném působení dvou kovových povrchů i při kvalitním mazání a normální úrovni tření a opotřebení. Rozměry takových běžných částic jsou od desetin až po několik mikrometrů. Tyto částice mohou mít až velikost tloušťky mazacího filmu a spolu s jinými mechanickými nečistotami iniciují další zvyšování úrovně tření a opotřebení.
  
  
• Při zvýšené úrovni tření mohou vznikat otěrové částice již o velikosti desítek a při havarijním opotřebení až stovek mikrometrů. Kvalitní olejové filtry mohou z oleje odstranit částice přibližně nad 10 mikrometrů.

 

Z hlediska degradace olejů jsou nejvíce vypovídající nečistoty vzniklé spalováním a ostatními  chemickými reakcemi s olejem, naopak jedná-li se o stanovení míry opotřebení částí motoru, jsou nejvíce vypovídající pevné částice.

 

Typy mechanických opotřebení

• Adhezivní
  Povrch částí tuhých těles, které jsou vzájemně ve styku, je závislý na technologii opracování a není nikdy dokonale hladký. Tudíž nedochází ke styku celých ploch, ale velkému počtu dotykových plošek, kde se tvoří mikrospoje. Dochází k jejich oddělování nebo přemisťování a tím ke vzniku adhezivního opotřebení.
  
  V praxi se můžeme setkat s mírným, až vysokým adhezivním opotřebením – zadíráním. Mazivem (olejem) můžeme částečně oddělit stykové plochy a tím zmenšit velikost a počet stykových ploch – mezné mazání.

 

• Abrazivní
  Projevuje se rýhováním povrchu a vzniká oddělováním částic z měkčího povrchu působením druhého tvrdšího a drsnějšího povrchu, nebo působením abrazivních částic.
  
  Například u lžíce bagru nastává abrazivní opotřebení vlivem tvrdých částí (kamenů) na funkčním povrchu stroje. Více zajímavé je ale opotřebení povrchů funkčních částí motoru přítomností mechanických nečistot v mazivu.

 

• Erozivní
  Je způsobeno částicemi nesenými proudem kapaliny, plynu, páry nebo kapek. Částice dopadají na povrch tělesa a poškozují ho, zpravidla nerovnoměrně v závislosti na proudění nosného média. Nejčastěji se toto opotřebení projevuje zvlněním povrchu.
  
  Nejběžnějším nosným médiem jsou kapky deště. Nejčastěji je možné se s tímto opotřebením setkat u částí vodních, plynových a parních turbín, čerpadel a potrubí.

 

• Kavitační
  V kapalině se vyskytují kavitační bubliny, které zanikají a při tom vyvolávají v kapalině rázy, které způsobují oddělování částic a poškozování povrchu součástí. Vznik kavitačních bublin je dán snížením tlaku vlivem rozdílných podmínek proudění kapaliny, na tlak nenasycených par za dané teploty. Projevuje se zmatněním materiálu a vznikem povrchových a podpovrchových trhlinek.
  
  V praxi se vykytuje u kluzných ložisek, v hydraulických systémech a na vnějších plochách vložek válců u spalovacích motorů.

• Únavové
  Vlivem opakujícího se časově proměnného namáhání povrchové vrstvy materiálu vznikají zárodky a posléze trhliny, které se šíří a spojují, až dochází k uvolňování materiálu a k tzv. ďolíčkům. Časem dochází k únavovému lomu. U součástí z málo plastického (nehouževnatého) materiálu může dojít vlivem velkého smykového napětí ke křehkému lomu. U obou případů se většinou jedná o náhlý a havarijní stav stroje.
  
  Je možno se s ním setkat například u valivých ložisek, ozubených kol nebo zdvihátek ventilů.

 

• Vibrační
  Dochází k němu u různých pohyblivých uložení (čepy, hřídele, valivá ložiska), do nich se přenášejí kmity.  Projevuje se zabarvením opotřebeného povrchu oxidy železa. Je způsobeno vzájemnými kmitavými tečnými pohyby funkčních povrchů při normálním zatížení. Pohyby jsou velmi malé a uvolněné částice většinou zůstávají v místě vibračního opotřebení.

• Korozivní
  K opotřebením dále řadíme opotřebení korozivní, které se vyskytuje v aktivním prostředí při vniknutí kyslíku z okolí nebo při stárnutí maziva. Je způsobeno průběhem chemických reakcí na povrchu tělesa. Nacházíme jej například na povrchu válce u spalovacích motorů.

 

Otestujte stav motorového oleje a motoru jako takového

Stav motorového oleje a celkově motoru můžete otestovat jednoduchým, rychlým a především bezpečným testem kondice motoru MOTORcheckUP.  MOTORcheckUP je pohled do motoru, aniž by bylo potřeba jej rozložit. Stejně jako lékař vyšetřuje lidské tělo a stačí mu k tomu pouze kapka krve, využívá tento systém pouze kapku motorového oleje, aby zjistil, zda je motor “zdravý” nebo zda mu něco chybí. 

S MOTORcheckUP můžete rychle a cíleně provést diagnózu Vašeho motoru a tak včas rozpoznat závady a jejich příčiny. Díky  tomu můžete předcházet případnému poškození motoru a zároveň ušetřit nemalé finanční prostředky. 

MOTORcheckUP můžete jednoduše zakoupit v našem e-shopu nebo nechat diagnostiku a vyhodnocení na Vašem odborném autoservise.

 

 

Autor textu: Tomáš Měřínský
Ilustrační fotografie: Tomáš Měřínský a 123rf.com
Připraveno ve spolupráci s magazínem OLDTIMER

 

Fotogalerie