Wie wird Motoröl hergestellt?
Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, Motoröl ist eine Mischung aus Grundöl und Additiven. Die Basis wird entweder aus Erdöl (mineralische Motorenöle) oder durch chemische Synthese (synthetische Motorenöle) oder durch Mischen von mineralischen und synthetischen Basen in unterschiedlichen Anteilen (halbsynthetische Motorenöle) gewonnen. Die Basis selbst hat grundlegende Schmier- und Betriebseigenschaften, aber ihre Verwendung in einem Motor ist ohne die Zugabe verschiedener Additive unmöglich, die es ermöglichen, unterschiedliche Modi und Motorlebensdauer zu berücksichtigen.
Additive sind Substanzen, die dem Motoröl zugesetzt werden, um bestimmte vorhandene Eigenschaften und Eigenschaften des Motoröls zu verbessern, abzuschwächen oder zu stabilisieren oder um neues Öl zu erhalten, das für den normalen Betrieb des Motors erforderlich ist.
Die Additive, die dem Motoröl bei der Herstellung zugesetzt werden, erfüllen vielfältige Aufgaben, von der Stabilisierung der Viskosität bei bestimmten Temperaturen bis hin zur Reinigung von Motorinnenteilen. Motorölhersteller legen die Zusammensetzung und Eigenschaften ihrer Additive nicht offen - dies ist ihr Betriebsgeheimnis, tatsächlich ist dies für den Durchschnittsverbraucher nicht erforderlich. Es ist wichtig, dass ein ausgewogener Satz dieser Additive in einer bestimmten Ölmarke bestimmten weltweit geltenden Standards sowie zusätzlichen Anforderungen für die Zusammensetzung von Motoröl von Automobilherstellern entsprechen muss.
Es ist also genau das ausgewogene Additiv-Set, das in einem einzelnen Motoröl enthalten ist, das es für den Einsatz in einem bestimmten Motor geeignet macht. Den Ton geben hier natürlich die Motorenentwickler an.
In welche Typen und Gruppen werden Motoröle eingeteilt?
Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften werden Motorenöle nach bestimmten Parametern in Gruppen eingeteilt:
1. Je nach chemischer Zusammensetzung der Basis (Mineral-, halbsynthetisches, synthetisches Öl).
2. Nach Viskosität (SAE-Klassifizierung).
3. Je nach Additivsatz und Qualität (API- und ACEA-Klassifikationen)
4. Gemäß den Toleranzen der Automobilhersteller (Öltoleranzen).
Es sei gleich darauf hingewiesen, dass alle oben genannten Kategorien nicht direkt beschreiben, welches Öl besser und welches schlechter ist - all diese Öle sind einfach unterschiedlich und für verschiedene Motoren geeignet. Um das richtige Motoröl für Ihr Auto auszuwählen, müssen Sie daher wissen, welches Öl für Ihren Motor geeignet ist. Die Ausnahme bildet vielleicht die erste Kategorie - die chemische Zusammensetzung der Basis, da Autohersteller selten darauf bestehen, eine bestimmte der vorhandenen zu verwenden. Eigentlich fangen wir mit dieser Kategorie an, aber vorher sollten ein paar Worte dazu gesagt werden, was Motoröl im Allgemeinen ist.
Warum gibt es so viele verschiedene Motoröle?
Denn es gibt viele verschiedene Motoren und deren Hersteller. Und jeder der letzteren hat seine eigenen Produktionstechnologien.
Ist der eine Motor zum Beispiel als starker für Sportwagen ausgelegt, dann ist der andere von Designern zunächst für sparsame Städter gedacht. Die dritte Motorengruppe ist eher für das Ziehen von Anhängern und das Fahren in bergigen Gebieten ausgelegt.
Es gibt tatsächlich viele Möglichkeiten, Motoren zu vermarkten. Und der Automobilhersteller legt gleichzeitig in der Aufgabenstellung für die Konstrukteure zunächst ganz bestimmte Bedingungen für den zukünftigen Betrieb jedes Motors fest. Letztere haben die Aufgabe, die Auslegung des Motors für diese gegebenen Bedingungen so weit wie möglich zu optimieren.
Daher - eine große Vielfalt an unterschiedlichen Volumen, Designs und vor allem auch Materialien, die bei der Herstellung von Innenteilen von Motoren verwendet werden. Und all diese Faktoren implizieren wiederum die Notwendigkeit, die Anforderungen an das zu verwendende Motoröl zu verschärfen. Gleichzeitig schließen sich einige Autoölparameter für verschiedene Motoren gegenseitig aus.
Jeder weiß zum Beispiel, dass mit steigender Motordrehzahl die Öltemperatur steigt. Dementsprechend nimmt seine Viskosität ab, wenn die Temperatur des Öls ansteigt. Wussten Sie, dass die Betriebsdrehzahl des Motors für verschiedene Motoren unterschiedlich ist? Das heißt, wenn beispielsweise in einem Gang und bei einer Motordrehzahl von beispielsweise 3000 ein Auto mit einer Geschwindigkeit von 110 km / h fährt, beträgt die Geschwindigkeit des anderen mit denselben Parametern 140 und die dritte - 160.
Offensichtlich benötigen diese drei Autos Öl mit völlig unterschiedlichen Parametern für den normalen Betrieb des Motors.
Warum müssen Sie wissen, was Motoröle sind?
Wenn Sie in einen Autoteileladen gehen, können Sie sich leicht vergewissern, dass es viele verschiedene Motoröle gibt. Es gibt viele Motorölhersteller, aber jeder von ihnen bietet eine ganze Reihe von Marken seiner Produkte für verschiedene Motoren, Bedingungen und sogar Jahreszeiten an. Wie kann man das alles verstehen und muss ein gewöhnlicher Autofahrer das überhaupt verstehen?
Leider ist es notwendig. Tatsache ist, dass Sie auf dem Etikett des Motoröls keine Informationen über die Verträglichkeit mit Ihrem Motor finden, wie dies häufig bei anderen Ersatzteilen der Fall ist. Dies geschieht hauptsächlich, weil verschiedene Motoren sogar desselben Automodells desselben Herstellers für Motoröle mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgelegt sind und es einfach unmöglich ist, alle kompatiblen Motoren auf dem Motoröletikett aufzulisten. Außerdem ist es oft möglich, mehrere Motorölsorten gleichzeitig für einen Motor zu verwenden, was die Aufgabe weiter erschwert.
Am einfachsten ist es natürlich, Motoröl immer bei der offiziellen Vertretung Ihres Autoherstellers zu kaufen, heißt es, er weiß sicherlich, welches Öl für Motoren dieses Herstellers geeignet ist. Dies ist nicht nur die einfachste, sondern vielleicht auch die richtige Option, aber bei weitem nicht die billigste, und außerdem haben nicht alle Autofahrer solche offiziellen Vertretungen in ihrer Stadt oder nicht weit davon entfernt.
Darüber hinaus ist die Verwendung von Original-Motoröl, das von einem autorisierten Vertreter des Autoherstellers gekauft wurde, meistens für neue oder fast neue Autos geeignet. Bei Motoren mit Laufleistung haben „Beamte“ nicht immer etwas zu bieten.
Vor vielen Jahren, im Jahr 1873, gelang es Professor John Ellis zum ersten Mal, Motoröl zu bekommen. Er verbrachte viel Zeit damit, die Eigenschaften von Rohöl zu studieren. Zahlreiche Versuche ließen ihn auf hervorragende Schmiereigenschaften schließen.
Durch das Hinzufügen der hergestellten Schmierflüssigkeit zum Ventilmechanismus von Dampfmaschinen bemerkte er, dass die Bewegung der Ventile viel glatter wurde. Der Teileverschleiß hat abgenommen, die Betriebszeit des Kraftwerks hat zugenommen. John registrierte seine Entdeckung und eröffnete die weltweit erste Produktion für Motorschmierstoffe.
Herstellungstechnologie
Alles beginnt mit der Gewinnung von Rohöl. Es wird gefiltert, wo es von schädlichen Bestandteilen gereinigt wird. Alle Operationen werden in Fachbetrieben mit entsprechender Ausrüstung durchgeführt. Motoröle werden in mehrere Typen unterteilt, die jeweils unterschiedliche Bestandteile und Eigenschaften aufweisen.
Mineralien gelten als die billigsten. Sie werden aus Öl hergestellt, das einer Filtration und Standarddestillation unterzogen wird. Synthetik sind die teuerste Klasse. Sie basieren auf Substanzen, die nach komplexen chemischen Manipulationen mit Produkten aus Gas und Öl gewonnen werden. Ein Hybrid der oben genannten Zusammensetzungen wurde als Halbsynthetik bezeichnet.
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So entsteht Motoröl: Der Produktionsprozess
Der moderne Prozess zur Herstellung von Schmierstoffen für die neueste Technologie ist in mehrere Stufen unterteilt. Zunächst erfolgt die Aufbereitung von Rohstoffen, aus denen bestimmte Ölfraktionen gewonnen werden. Um Komponenten von Motorölen zu erhalten, werden spezielle technologische Einheiten verwendet, die die Ölverarbeitung gemäß Flussdiagrammen durchführen.
Nach der Destillation von Öl werden Destillatölfraktionen erhalten:
- 350-420 Grad;
- 420-500 Grad;
- Über 500C.
Die moderne Ölraffinationsindustrie eröffnet neue Möglichkeiten für die Destillation mit einer minimalen fraktionierten Zusammensetzung. Das Ergebnis sind viel mehr Grundöle.
Im nächsten Schritt werden alle Fraktionen in speziellen Ölblockanlagen gereinigt. Darüber hinaus kann die Reinigung auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Grundsätzlich wird eine selektive Reinigung bestehender Ölfraktionen durchgeführt. Dafür wird verwendet:
- Eine Mischung aus Tricresol mit Phenol;
- Deasphaltiertes Öl, das Bestandteil von Propan ist.
Das Ergebnis ist ein restliches Raffinat der Ölfraktion. Seine Hydrobehandlung wird in einem permanenten Katalysator durchgeführt. Bei einer Temperatur von mehr als 500°C entwickelt sich restliches Raffinat. In der letzten Stufe werden durch Compoundierung von Ölkomponenten und speziellen Additiven handelsübliche Öle gewonnen.
Jeden Tag erscheinen mehr und mehr Autos der Spitzenklasse auf den Straßen. Hersteller von Motorölen berücksichtigen diesen Faktor natürlich. Jeder Autohersteller erstellt eine spezielle Spezifikation für die Produktion des neuesten Schmierstoffs, der den Eigenschaften des Automotors entspricht. Sie soll das Antriebssystem zuverlässig schützen und dessen Lebensdauer verlängern.
Eines der Merkmale von Basismotorenölen ist die Viskosität (je niedriger dieser Indikator ist, desto einfacher ist es, das Öl durch enge Rohre und Kanäle zu pumpen). Zur Messung der sog. Die kinematische Viskosität, die das Verhältnis der dynamischen Viskosität zur Dichte ist, verwendet den ASTM (American Society for Testing and Materials) D445-Standard, der die Ölmenge misst, die unter Schwerkraft durch den Kapillarabschnitt eines Glasrohrs fließt. Übrigens wurden viele der Verbesserungen an diesen Geräten genau in den Labors von ExxonMobil vorgenommen: Wenn die Kürze die Schwester des Talents ist, dann ist die Notwendigkeit eindeutig mit dem Einfallsreichtum blutsverwandt.
Kunststoff bietet auch unter extremen Betriebsbedingungen hervorragenden Antriebsschutz. Es eignet sich für Autos mit Turbolader oder Autos mit schweren Lasten. Für neue Autos mit modernen Motoren ist es vorzuziehen, synthetische Schmiermittel zu verwenden, die Kohlenstoffbildung und Korrosion verhindern und einen stabilen Betrieb des Aggregats gewährleisten.
Eine hohe Heißviskosität ist wichtig, um Hochleistungsmotoren, insbesondere Sportmotoren, zu schützen, aber die Automobilindustrie hat jetzt andere Prioritäten, sagt Doug Dekman: Turboaufladung, Hybridgetriebe, Start-Stopp-Systeme und Abschaltung einzelner Zylinder. Für solche Motoren, die für den Kraftstoffverbrauch und die Reduzierung der Emissionen von Gift- und Treibhausgasen "geschärft" sind, sind Öle mit niedriger Viskosität erforderlich - SAE0w20, 5w20. Das ist jetzt die niedrigste Viskosität, niedrigere Werte sieht die SAE-Norm einfach nicht vor. Daher werden derzeit in Fachkreisen Vorschläge zur Einführung einer Nomenklatur für ultraniedrigviskose Motorenöle diskutiert. Dies stellt uns vor ein weiteres Problem – den Schutz von Motorteilen bei hohen Temperaturen, das wir jedoch recht erfolgreich lösen.
Probieren und finden
Die Liste der Komponenten in der Zusammensetzung des Motoröls ist kein Geheimnis. Ein Grundöl ist ein Grundöl, entweder mineralisch (auf die eine oder andere Weise aus Erdöl gewonnen) oder synthetisch (ExxonMobil verwendet PAO). Dem Basisöl werden Additivpakete zugesetzt, die von spezialisierten Unternehmen wie Lubrizol, Infineum, Ethyl oder Oronite bezogen werden. All dies sind bekannte Substanzen, aber ihre Menge in der Zusammensetzung des fertigen Öls ist das wichtigste Betriebsgeheimnis.
seltener Beruf
Nachdem die Räume mit modernster Messtechnik gefüllt sind, macht das Labor der Testabteilung, in der Barry Hills arbeitet, einen seltsamen Eindruck. Es gibt keine Spektrometer, keine exotischen Viskosimeter, keine Chromatographen, keine anderen Hochtechnologiegeräte. Barry ist ein leitender Experte für die Bewertung von Kohlenstoffablagerungen und Lackablagerungen auf Kolben und verwendet für seine Arbeit nur eine beleuchtete Lupe und einen Kolbenhalter, da kein Messgerät diese Aufgabe erfüllen kann. Die visuelle Beurteilung erfordert umfangreiche Kenntnisse und sehr hohe Qualifikationen (die außerdem regelmäßig bestätigt werden müssen), da Sie, um einen endgültigen Wert auf einer Zehn-Punkte-Skala abzuleiten, etwa zweihundert verschiedene Kolbensauberkeitsindikatoren berücksichtigen müssen. Die Forschungsabteilungen von ExxonMobil haben nur drei Experten mit solchen Qualifikationen, daher ist dies ein wirklich seltener Beruf. „So selten“, sagt Barry, „dass uns die Firma bei einer Konferenz sogar verbietet, mit demselben Flugzeug zu fliegen. Immerhin dauert die Ausbildung einer solchen qualifizierten Fachkraft etwa 5 Jahre.
Um das Gleichgewicht der Zusatzstoffe zu finden, werden in Laboren, die einen Großteil des riesigen Gebäudes einnehmen, Zehntausende von Experimenten, Messungen und Tests durchgeführt. Hier werden mit modernsten Anlagen Basisöle gemischt, Additivpakete und Einzelkomponenten ausgewählt: Viskositätsmodifikatoren, die für eine optimale Fließfähigkeit des Öls bei hohen und niedrigen Temperaturen sorgen, Antiverschleiß- und Extremdruckadditive, die Teile vor Verschleiß schützen, Reibungsmodifikatoren, die helfen, die Reibung zu reduzieren Kraftstoffverbrauch, Reinigungs- und Dispergiermittel, Reinigung der Motoroberfläche von Kohlenstoffablagerungen sowie Antioxidantien, die die Öloxidation verhindern, und Korrosionsschutzadditive. Sowohl das Grundöl als auch die fertigen Compounds – „Kandidaten“ – werden auf ihre Verträglichkeit mit verschiedenen Materialien getestet – mit Metallen (Stahl, Kupfer, Aluminium), Polymeren und Gummi, aus denen Wellendichtringe und Dichtungen bestehen (Gummistreifen werden in erhitztem Öl gehalten). 150 °C, danach werden Quellung, Elastizität und Bruchkraft gemessen).
Nach der Messung der Grundeigenschaften wird das Öl auf Motorständen getestet. Die ASTM-Standards (American Society for Testing and Materials) sehen eine Reihe solcher Tests vor, und zwar ziemlich strenge. Um beispielsweise ein Öl nach API SM zu zertifizieren, ist ein ASTM Sequence IIIG-Test erforderlich, der einen 1996/1997 3,8-Liter-V6-Motor der Serie II von General Motors 100 Stunden lang bei 3600 U / min mit einer Leistung von 125 Litern laufen lässt. und einer Öltemperatur von 150 °C. Gleichzeitig werden alle 20 Stunden eine Reihe von Eigenschaften des Motoröls überprüft, und nach Abschluss des Zyklus wird der Motor zerlegt, um den Verschleiß und den Grad der Kohlenstoffablagerungen auf den Kolben zu beurteilen.
Prüfungen in Form von Sachleistungen
Neben dem Gebäude des Forschungszentrums befindet sich eine Garage, vor der mehrere Autos auf Lauftrommeln montiert sind. Ein Jahr lang legen sie, ohne den Ort zu verlassen (das Abschleppen zur Garage und zurück zu den Trommeln nicht mitgerechnet), hunderttausend Meilen (ca. 160.000 km) zurück. Sie werden von einem Computer gesteuert, der nach einem vorgegebenen Programm das Gaspedal drückt, um verschiedene Fahrzyklen zu simulieren. Da sich das Testgelände im Freien befindet, ahmt es reale Bedingungen mit echten Wetteränderungen genau nach.
Das Klima in Paulsboro ist jedoch nicht zu streng: Im Winter liegt die Durchschnittstemperatur bei etwa null, im Sommer bei etwa 30 ° C. ExxonMobils rigorose Motoröl-Umwelttests werden anderswo durchgeführt, im rundum heißen Las Vegas, wo mehrere Testfahrzeuge als Taxis verkehren. „Dort testen wir derzeit unsere Motorenöle mit ultraniedriger Viskosität“, sagt Doug Dekman. „Und wir erhalten sehr vielversprechende Ergebnisse: Es gibt sowohl Kraftstoffeinsparung als auch ausreichenden Schutz der Motorteile.“
magische Zahlen
Eine der wichtigen Aufgaben der Entwickler ist es, die Schmier- und Schutzeigenschaften von Motorenölen über einen weiten Temperaturbereich zu erhalten. Diese Eigenschaft ist den Verbrauchern am besten bekannt, da sie auf der Verpackung eines jeden Motoröls in Form einer SAE-Spezifikation (Society of Automotive Engineers - Society of Automotive Engineers of the United States) steht, die die Viskositäts-Temperatur-Eigenschaften beschreibt und besteht ( für Mehrbereichsöl) aus zwei Zahlen. Die erste Zahl (mit dem Buchstaben W - Winter) gibt die Winterviskosität an - je niedriger sie ist, desto besser fließt das Öl beim Starten des Motors bei niedrigen Temperaturen. Die zweite Zahl ist die Heißviskosität, die ein Maß für die Fähigkeit des Öls ist, bei hohen Temperaturen dick genug zu bleiben. Je höher diese Zahl, desto dicker ist der Ölfilm auf den Teilen eines heißen Motors und desto besser wird er geschützt, insbesondere bei intensiver Hitzeentwicklung, die für "Torsions"-Sportmotoren charakteristisch ist.
Auf dem Foto: Thermometer, die in Reagenzgläser mit Schmiermittelproben getaucht sind, messen den Pourpoint des Öls.
Ein unerreichbares Ideal
Vor einigen Jahrzehnten hätte sich niemand vorstellen können, dass Fortschritte in den Materialwissenschaften und der Chemie es ermöglichen würden, Schmierstoffe für die Lebensdauer des Uhrwerks zu entwickeln. Und jetzt wird das Getriebeöl einmal in das Getriebe eingefüllt - im Werk.
Kann eine ähnliche Situation für Motoröl Realität werden? „Für uns Chemiker ist ein ewiges Öl, das nie gewechselt werden muss und das ein Autoleben lang hält, wie der Heilige Gral für die Ritter des Mittelalters“, lacht Doug Dekman. - Trotz einer deutlichen Verlängerung der Wartungsintervalle - mehrfach in den letzten zwei Jahrzehnten! — Ich glaube nicht, dass das grundsätzlich möglich ist, solange wir Verbrennungsmotoren verwenden. Die Verkleinerung des Motors bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung durch eine Reihe konstruktiver Lösungen wie Direkteinspritzung, Turboaufladung und andere führen zu einer Effizienzsteigerung und gleichzeitig zu einer hohen Belastung des Motors . Dies trägt zum schnellen Abbau des Motoröls bei - es "altert" schnell aufgrund der großen Menge an freien Radikalen, die in der Zone mit hoher Temperatur und Kompression gebildet werden. Außerdem tritt im Öl abrasive Asche auf, die zu Motorverschleiß führt. Bis wir also von Verbrennungsmotoren wegkommen, und das wird offensichtlich nicht so bald geschehen, ist die Menschheit leider nicht dazu bestimmt, das „ewige“ Motoröl zu sehen.