Jak powstaje olej silnikowy?
Bez wnikania w szczegóły olej silnikowy jest mieszanką bazy olejowej i dodatków. Bazę uzyskuje się albo z oleju (mineralne oleje silnikowe), albo na drodze syntezy chemicznej (syntetyczne oleje silnikowe) lub przez zmieszanie w różnych proporcjach mineralnych i syntetycznych baz (półsyntetyczne oleje silnikowe). Sama baza ma podstawowy zestaw właściwości smarnych i eksploatacyjnych, ale jej zastosowanie w silniku jest niemożliwe bez dodatku różnych dodatków, które uwzględniają różne tryby i żywotność silnika.
Dodatki to substancje, które są dodawane do oleju silnikowego w celu wzmocnienia, osłabienia, ustabilizowania niektórych istniejących właściwości i właściwości oleju silnikowego lub uzyskania nowych niezbędnych do normalnej pracy silnika.
Dodatki dodawane do oleju silnikowego podczas produkcji wykonują różnorodne zadania, od stabilizacji lepkości w określonych temperaturach po czyszczenie wewnętrznych części silnika. Producenci olejów silnikowych nie ujawniają składu i właściwości swoich dodatków - to ich tajemnica handlowa, w rzeczywistości zwykły konsument tego nie potrzebuje. Ważne jest, aby zrównoważony zestaw tych dodatków w konkretnej marce oleju spełniał określone normy akceptowane na całym świecie, a także dodatkowe wymagania dotyczące składu oleju silnikowego producentów samochodów.
Zatem to właśnie zbilansowany zestaw dodatków zawartych w danym oleju silnikowym sprawia, że nadaje się on do zastosowania w konkretnym silniku. Oczywiście projektanci silników nadają ton tym sprawom.
Na jakie typy i grupy dzielą się oleje silnikowe?
W zależności od różnych właściwości oleje silnikowe dzielą się na grupy według określonych parametrów:
1. Według składu chemicznego bazy (olej mineralny, półsyntetyczny, syntetyczny).
2. Według lepkości (klasyfikacja SAE).
3. Według zestawu dodatków i jakości (klasyfikacja API i ACEA)
4. Zgodnie z tolerancjami producentów samochodów (tolerancje oleju).
Należy od razu zauważyć, że wszystkie powyższe kategorie nie opisują wprost, który olej jest lepszy, a który gorszy - wszystkie te oleje są po prostu różne i pasują do różnych silników. Dlatego, aby wybrać odpowiedni olej silnikowy do swojego samochodu, musisz wiedzieć, który olej jest odpowiedni dla Twojego silnika. Wyjątkiem, być może, jest pierwsza kategoria - skład chemiczny bazy, ponieważ producenci samochodów rzadko nalegają na stosowanie jakichkolwiek konkretnych z istniejących. Właściwie zaczniemy od tej kategorii, ale wcześniej należy powiedzieć kilka słów o tym, czym ogólnie jest olej silnikowy.
Dlaczego jest tak wiele różnych olejów silnikowych?
Ponieważ istnieje wiele różnych typów silników i ich producentów. A każdy z tych ostatnich ma własne technologie produkcyjne.
Na przykład, jeśli jeden silnik jest zaprojektowany jako mocny do samochodów sportowych, drugi jest początkowo przeznaczony przez projektantów dla oszczędnych obywateli. Trzecia grupa silników przeznaczona jest bardziej do holowania przyczep i jazdy w terenie górzystym.
W rzeczywistości istnieje wiele opcji marketingowego pozycjonowania wyszukiwarek. A jednocześnie producent samochodów początkowo w zakresie wymagań dla projektantów stawia dość konkretne warunki przyszłej eksploatacji każdego silnika. Zadaniem tego ostatniego jest maksymalne zoptymalizowanie konstrukcji silnika w danych warunkach.
Stąd - bardzo wiele różniących się objętością, konstrukcją, a także, co ważne, wykorzystywanych do produkcji części wewnętrznych z materiałów silników. A wszystkie te czynniki oznaczają z kolei konieczność zaostrzenia wymagań dotyczących stosowanego oleju silnikowego. Jednocześnie niektóre parametry oleju samochodowego do różnych silników wzajemnie się wykluczają.
Na przykład wszyscy wiedzą, że wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika wzrasta temperatura oleju. W związku z tym wraz ze wzrostem temperatury oleju spada jego lepkość. Czy wiesz, że prędkość robocza silnika jest różna dla różnych silników? To znaczy, jeśli na przykład na jednym biegu i przy prędkości obrotowej silnika, powiedzmy 3000, jeden samochód jedzie z prędkością 110 km/h, to prędkość drugiego o tych samych parametrach wynosi 140, a trzecia wynosi 160.
Oczywiście te trzy samochody potrzebują oleju o zupełnie innych parametrach do normalnej pracy silnika.
Dlaczego musisz wiedzieć, czym są oleje silnikowe?
Idąc do dowolnego sklepu z częściami samochodowymi, możesz łatwo upewnić się, że istnieje wiele różnych olejów silnikowych. Producentów olejów silnikowych jest wielu, ale każdy z nich oferuje całą gamę marek swoich produktów na różne silniki, warunki, a nawet pory roku. Jak to wszystko rozumieć i czy zwykły entuzjasta samochodów musi to w ogóle zrozumieć?
Niestety musisz. Faktem jest, że na etykiecie oleju silnikowego nie znajdziesz informacji o jego zgodności z silnikiem, jak to często bywa w przypadku innych części zamiennych. Dzieje się tak głównie dlatego, że różne silniki nawet tego samego modelu samochodu tego samego producenta są przeznaczone do olejów silnikowych o różnych właściwościach i po prostu niemożliwe jest wymienienie wszystkich kompatybilnych silników na etykiecie oleju silnikowego. Ponadto często dopuszcza się jednoczesne stosowanie kilku rodzajów oleju silnikowego do jednego silnika, co dodatkowo komplikuje zadanie.
Oczywiście najłatwiejszą opcją jest kupowanie oleju silnikowego przez cały czas od oficjalnego przedstawiciela producenta twojego samochodu, mówią, że na pewno wie, jaki olej jest odpowiedni do silników produkowanych przez tego producenta. Jest to nie tylko najprostsza, ale być może najbardziej poprawna opcja, ale daleka od najtańszej, poza tym nie wszyscy kierowcy mają takich oficjalnych dealerów w swoim mieście lub niedaleko.
Ponadto stosowanie oryginalnego oleju silnikowego zakupionego od autoryzowanego producenta pojazdu jest ogólnie odpowiednie dla nowych lub prawie nowych pojazdów. W przypadku używanych silników „urzędnicy” nie zawsze mają coś do zaoferowania.
Wiele lat temu, w 1873 roku, po raz pierwszy udało się pozyskać olej silnikowy profesorowi Johnowi Ellisowi. Spędził dużo czasu na badaniu właściwości ropy naftowej. Liczne eksperymenty doprowadziły go do wniosku, że ma doskonałe właściwości smarne.
Dodając wyprodukowany smar do mechanizmu rozrządu zaworowego silników parowych zauważył, że ruch zaworów był znacznie płynniejszy. Zmniejszyło się zużycie części, wydłużył się czas pracy elektrowni. John zarejestrował swoje odkrycie i otworzył pierwszą na świecie produkcję smarów silnikowych.
Technologia produkcji
Wszystko zaczyna się od wydobycia ropy naftowej. Jest filtrowany, gdzie zostaje oczyszczony ze szkodliwych składników. Wszystkie operacje wykonywane są w wyspecjalizowanych przedsiębiorstwach wyposażonych w odpowiedni sprzęt. Oleje silnikowe dzielą się na kilka rodzajów, z których każdy różni się składnikami i właściwościami.
Te mineralne uważane są za najtańsze. Produkowane są z ropy naftowej, która jest filtrowana i standaryzowana. Najdroższą klasą są syntetyczne. Opierają się na substancjach otrzymywanych po skomplikowanych manipulacjach chemicznych z produktami z gazu i ropy. Hybrydę wyżej opisanych kompozycji zaczęto nazywać semisyntetykami.
Więcej na ten temat: Liczba bazowa oleju
Jak powstaje olej silnikowy: proces produkcyjny
Nowoczesny proces produkcji smarów dla najnowszej technologii podzielony jest na kilka etapów. Najpierw odbywa się przygotowanie surowców, z których uzyskuje się określone frakcje oleju. Aby uzyskać składniki olejów silnikowych, stosuje się specjalne jednostki technologiczne, które przetwarzają olej zgodnie ze schematami przepływu.
Po destylacji oleju otrzymuje się frakcje destylacyjne oleju:
- 350-420 stopni;
- 420-500 stopni;
- Ponad 500C.
Nowoczesny przemysł rafinacji ropy naftowej otwiera nowe możliwości destylacji z wykorzystaniem minimalnego składu frakcyjnego. Rezultatem jest dużo więcej olejków bazowych.
W kolejnym etapie wszystkie frakcje są oczyszczane w specjalnych instalacjach bloku olejowego. Co więcej, czyszczenie można przeprowadzić na różne sposoby. Przeprowadzane jest głównie selektywne oczyszczanie dostępnych frakcji olejowych. Aby to zrobić, użyj:
- Mieszanina trikrezolu z fenolem;
- Odasfaltowany, który jest częścią propanu.
Rezultatem jest resztkowy rafinat frakcji olejowej. Jest hydrorafinowany w stojącym katalizatorze. Resztkowy rafinat wytwarzany jest w temperaturze powyżej 500 ° C. W końcowym etapie, oleje handlowe uzyskuje się poprzez mieszanie składników olejowych i specjalnych dodatków.
Każdego dnia na drogach pojawia się coraz więcej wysokiej klasy samochodów. Oczywiście producenci olejów silnikowych biorą ten czynnik pod uwagę. Każdy producent samochodów tworzy określone zadanie techniczne do produkcji najnowszego środka smarnego odpowiadającego charakterystyce silnika samochodowego. Musi niezawodnie chronić układ napędowy i przedłużać jego żywotność.
Jedną z cech bazowych olejów silnikowych jest lepkość (im niższy ten wskaźnik, tym łatwiej pompować olej przez wąskie rurki i kanały). Do pomiaru tzw. Lepkość kinematyczna, która jest stosunkiem lepkości dynamicznej do gęstości, wykorzystuje ASTM (American Society for Testing and Materials) D445, który mierzy ilość oleju spływającego grawitacyjnie przez sekcję kapilarną szklanej rurki. Nawiasem mówiąc, wiele ulepszeń tych urządzeń zostało dokonanych właśnie w laboratoriach ExxonMobil: jeśli zwięzłość jest siostrą talentu, to konieczność jest wyraźnie związana z pomysłowością.
Syntetyki zapewniają doskonałą ochronę napędu nawet w ekstremalnych warunkach pracy. Nadaje się do samochodów z turbodoładowaniem lub pojazdów ciężarowych. W nowych samochodach z nowoczesnymi silnikami preferowane jest stosowanie smarów syntetycznych, które zapobiegną tworzeniu się węgla, korozji i zapewnią stabilną pracę jednostki napędowej.
Wysoka lepkość na gorąco jest ważna dla ochrony mocno obciążonych silników, zwłaszcza sportowych, ale teraz, mówi Doug Deckman, przemysł motoryzacyjny ma inne priorytety: „Głównym obecnym trendem jest przejście z wielolitrowych silników wolnossących na kompaktowe silniki kompaktowe o zwiększonej wydajności, z bezpośrednim wtryskiem, turbodoładowanymi, hybrydowymi skrzyniami biegów, systemami start-stop i dezaktywacją poszczególnych cylindrów. Do takich silników, „zaostrzonych” pod kątem oszczędności paliwa i redukcji emisji toksycznych i gazów cieplarnianych, wymagane są oleje o niskiej lepkości - SAE0w20, 5w20. Teraz jest to najniższa lepkość, w standardzie SAE po prostu nie ma niższych wartości. Dlatego obecnie w gronie specjalistów dyskutowane są propozycje wprowadzenia nomenklatury ultraniskich lepkości olejów silnikowych. To stwarza dla nas kolejny problem - ochronę części silnika w wysokich temperaturach, którą jednak dość skutecznie rozwiązujemy ”.
Przez próbę i znalezienie
Lista składników oleju silnikowego nie jest tajemnicą. Bazą jest olej bazowy, mineralny (pochodzący z ropy naftowej w taki czy inny sposób) lub syntetyczny (ExxonMobil używa PAO). Olej bazowy uzupełniany jest pakietami dodatków zakupionych od wyspecjalizowanych firm takich jak Lubrizol, Infineum, Ethyl czy Oronite. Wszystko to są dobrze znane substancje, ale ich ilość w gotowym oleju jest główną tajemnicą handlową.
Rzadki zawód
Laboratorium testowe Barry'ego Hillsa jest dziwne, ponieważ jest zagracone najnowocześniejszym oprzyrządowaniem. Nie ma spektrometrów, egzotycznych wiskozymetrów, chromatografów, innych przykładów wysokich technologii. Barry jest starszym ekspertem ds. lakierów i lakierów tłokowych i do swojej pracy używa tylko podświetlanej lupy i uchwytu tłoka, ponieważ żadne przyrządy pomiarowe nie są w stanie wykonać tego zadania. Ocena wizualna wymaga dużej wiedzy i bardzo wysokich kwalifikacji (które zresztą okresowo muszą być potwierdzane), gdyż aby otrzymać ostateczną wartość w dziesięciostopniowej skali, należy wziąć pod uwagę około dwustu różnych wskaźników czystości tłoków. Działy badawcze ExxonMobil zatrudniają tylko trzech ekspertów z tymi kwalifikacjami, więc jest to naprawdę rzadki zawód. „Tak rzadko”, mówi Barry, „że kiedy idziemy na konferencję, firma zabrania nam nawet latać tym samym samolotem. W końcu szkolenie tak wykwalifikowanego specjalisty trwa około 5 lat ”.
Aby dobrać bilans dodatków, w laboratoriach zajmujących dużą część ogromnego budynku przeprowadza się dziesiątki tysięcy eksperymentów, pomiarów i testów. Tutaj przy użyciu najnowocześniejszego sprzętu mieszane są oleje bazowe, dobierane są pakiety dodatków oraz poszczególne składniki: modyfikatory lepkości, które zapewniają optymalną płynność oleju w wysokich i niskich temperaturach, dodatki przeciwzużyciowe i ekstremalne ciśnienia, które chronią części przed zużyciem, modyfikatory tarcia, które pomagają zmniejszyć zużycie paliwa, detergenty i dyspergatory, które oczyszczają powierzchnię silnika z nagaru, a także antyoksydanty, które zapobiegają utlenianiu oleju oraz dodatki antykorozyjne. Zarówno olej bazowy, jak i gotowe mieszanki – „kandydaci” są testowane pod kątem kompatybilności z różnymi materiałami – z metalami (stal, miedź, aluminium), polimerami i gumą, z których wykonane są uszczelki olejowe i uszczelki (paski gumowe są trzymane w olej podgrzany do 150°C, po czym mierzy się pęcznienie, elastyczność i siłę zrywającą).
Po zmierzeniu podstawowych właściwości olej jest testowany na stojakach silnika. Normy ASTM (American Society for Testing and Materials) przewidują szereg takich testów, i to dość rygorystycznych. Na przykład certyfikacja oleju API SM wymaga testu ASTM Sequence IIIG, który wykorzystuje 3,8-litrowy silnik General Motors V6 Series II 1996/1997 przez 100 godzin przy 3600 obr./min i 125 KM. i temperatura oleju 150 ° C. Jednocześnie co 20 godzin sprawdzany jest szereg właściwości oleju silnikowego, a po zakończeniu cyklu silnik jest demontowany w celu oceny zużycia i stopnia nagaru na tłokach.
Testy w naturze
Obok budynku ośrodka badawczego znajduje się garaż, naprzeciw którego na bieżniach zainstalowanych jest kilka samochodów. Przez rok, nie ruszając się z miejsca (nie licząc holowania do garażu i z powrotem do bębnów), pokonują sto tysięcy mil (około 160 000 km). Steruje nimi komputer, który zgodnie z zadanym programem wciska pedał przyspieszenia, symulując różne cykle jazdy. Ponieważ miejsce testowe znajduje się na świeżym powietrzu, dokładnie symuluje rzeczywiste warunki z rzeczywistą zmianą pogody.
Klimat w Paulsboro nie jest jednak zbyt surowy: zimą średnia temperatura oscyluje wokół zera, latem - około 30°C. Surowe testy klimatyczne oleju silnikowego ExxonMobil są przeprowadzane gdzie indziej - pod każdym względem w gorącym Las Vegas, gdzie kilka pojazdów testowych działa jako taksówki. „W tym miejscu testujemy teraz nasze oleje silnikowe o ultra niskiej lepkości” — mówi Doug Deckman. „Otrzymujemy bardzo obiecujące wyniki: mamy zarówno oszczędność paliwa, jak i wystarczającą ochronę części silnika”.
Magiczne liczby
Jednym z ważnych zadań stojących przed projektantami jest zachowanie właściwości smarnych i ochronnych olejów silnikowych w szerokim zakresie temperatur. Ta cecha jest najlepiej znana konsumentom, ponieważ znajduje się na opakowaniu dowolnego oleju silnikowego w postaci specyfikacji SAE (Society of Automotive Engineers) opisującej właściwości lepkości i temperatury i składającej się (w przypadku oleju wielosezonowego) z dwóch liczb. Pierwsza liczba (z literą W - Zima) oznacza lepkość zimową - im niższa, tym lepiej olej będzie płynął podczas uruchamiania silnika w niskich temperaturach. Druga liczba oznacza lepkość na gorąco, która charakteryzuje zdolność oleju do zachowania odpowiedniej gęstości w wysokich temperaturach. Im wyższa ta liczba, tym grubszy film olejowy na częściach rozgrzanego silnika i tym lepiej będzie chroniony, zwłaszcza w warunkach intensywnego wydzielania ciepła, typowych dla „skrętnych” silników sportowych.
Zdjęcie: Termometry zanurzone w probówkach z próbkami smaru mierzą temperaturę krzepnięcia oleju.
Nieosiągalny ideał
Kilkadziesiąt lat temu nikt nie mógł sobie wyobrazić, że postępy w materiałoznawstwie i chemii umożliwią stosowanie smarów na całe życie. A teraz olej przekładniowy wlewa się raz do skrzyni biegów - fabrycznie.
Czy podobna sytuacja może stać się rzeczywistością w przypadku oleju silnikowego? „Dla nas, chemików, ponadczasowy olej, którego nigdy nie trzeba wymieniać i który przetrwa całe życie samochodu, jest jak Święty Graal dla średniowiecznych rycerzy” – śmieje się Doug Deckman. - Pomimo znacznego wydłużenia interwałów serwisowych - kilkukrotnie w ciągu ostatnich dwóch dekad! - Nie sądzę, że jest to zasadniczo możliwe, dopóki używamy silników spalinowych. Zmniejszenie gabarytów silnika i jednocześnie zwiększenie jego sprawności poprzez zastosowanie szeregu rozwiązań konstrukcyjnych, takich jak wtrysk bezpośredni, turbodoładowanie i inne, prowadzi do wzrostu wydajności i jednocześnie powoduje duże obciążenie silnika. Przyczynia się to do szybkiej degradacji oleju silnikowego – szybko się „starzeje” ze względu na dużą ilość wolnych rodników powstających w obszarze o wysokiej temperaturze i kompresji. Ponadto w oleju pojawia się popiół ścierny, który prowadzi do zużycia silnika. Tak więc, dopóki nie odejdziemy od silników spalinowych, a to oczywiście nie nastąpi szybko - ludzkość, niestety, nie jest przeznaczona do zobaczenia „wiecznego” oleju silnikowego ”.