Pregled ključnih mednarodnih strokovnih združenj

0

Pregled ključnih mednarodnih strokovnih združenj, ki določajo kakovost maziv (specialni del)

SAE specifikacija – razpon temperaturne viskoznosti, označen na embalaži motornega olja

Združenje motornih inženirjev (Society of Automotive Ingineers, SAE) je nastalo na pragu 20.stoletja, še danes pa velja za eno ključnih strokovnih združenj, ki se pri motornih oljih osredotoča predvsem na eno ključnih lastnosti maziva, namreč na njegovo viskoznost.

Osnovni dokument, s katerim SAE določa stopnjo viskoznosti motornih olj, je SAE J300. V njem inženirji SAE primerjajo viskoznost maziv pri 100 stopinjah C, torej pri delovni temperaturi najbolj obremenjenega dela motorja z notranjih zgorevanjem (obroček, ki povezuje bat z gredjo). Zaradi upadanja viskoznosti z naraščanjem temperature olja namreč postanejo običajna mineralna olja pri temperaturi 100 stopinj C precej tekoča in slabo ščitijo kovinsko površino pred obrabo. Parameter viskoznosti pri 100 stopinjah se je zato zdel dober indikator kakovosti motornega olja in SAE ga je postavil za svojo ključno referenco.

Inženirji SAE so uvedli tudi termin kinematične viskoznosti, ki pove koliko olja uspe v določenem času preteči skozi standardizirano odprtino. To lastnost tekočine so pričeli izražati v enotah mm2/sec ali, po avtorju poimenovanih, cSt (centi-Stokes). SAE je olja razrstila v razrede, kjer s številkami 10, 20, 30, 40, 50 in 60, določajo viskoznost motornega olja. V preglednici so prikazane vrednosti kinematične viskoznosti posameznega razreda olja pri 100 stopinjah C, pri čemer pomeni manjša številka manjšo viskoznost, število 60 pa označuje razred olj, ki so najbolj odporna na visoko temperaturo.

Kinematična viskoznost (cSt oz mm2/sec)

SAE stopnja-razred

16,3 – 21,9

50

12.5 – 16.3

40

9.3 – 12.5

30

5.6 – 9.3

20

>5,6

10

Preglednica 2: Razredi kinematične viskoznosti motornega olja v različnih SAE razredih (pri temperaturi 100 stopinj C)

 

Zgodovina razvoja motornih olj z velikim razponom temperaturne viskoznosti (okvirček – nadaljevanje)

Trenutno velja za standardno olje, primerno za običajne vozne razmere, motorno olje SAE 30. Večje obremenitve, ki jih zahtevajo razmere na dirkališčih, zahtevajo v tekmovalnih avtomobilih drugačna olja, takšna z večjo viskoznostjo. Običajno serviserji dirkalnih timov izbirajo med SAE 40, 50 ali celo 60. Glede na dejstvo, da “zgornja” ocena kinematične viskoznosti ne pove ničesar o tem, kako se olje obnaša pri nizkih temperaturah, določa SAEJ300 standard tudi viskoznost olja pri nizki temparaturi, ki je pomembna pozimi, še posebej ob zagonu motorja. Običajna mineralna olja namreč postanejo pri temperaturah pod zmrziščem gostejša, tudi do te mere, da onemogočajo delovanje motorja. Potreba po t.i. “težjih” oljih, takšnih z ustrezno viskoznostjo tudi pri nizkih temperaturah, se je, iz znanih razlogov na bojiščih, najprej pojavila med vojno. Neposredno po vojni je tehnološko narednejša olja zahteval izreden razvoj avtomobilskih motorjev, ki so pričeli, zaradi večjih obremenitev, najprej uporabljati letalska olja. Povsem običajen povojni osebni avtomobil je tako precej prekašal lastnosti motorja najhitrejšega predvojnega dirkalnika. Gosto olje, ki je ustrezalo zahtevam največje obremenitve (SAE 50), se je pri temperatutah pod zmrziščem tako zgostilo, da se motor ni mogel več vrteti.

Z olji podobno kot z gumami – zimsko in letno motorno olje

Prvi odziv na omenjeni izziv je bila zimsko-letna menjava olja; podobno kot velja danes za zimske gume, so bili namreč pred prihodom nizkih temperature prisiljen gostejše olje zamenjati z redkejšim. Kmalu so se kot rešitev, ki jih je omogočil razvoj t.i. petrokemične industrije med drugo vojno, pojavili dolgoverižni polimeri s sposobnostjo spremeniti viskoznost maziva; pri delovni temperaturi motorja je namreč dodatek “modifikatorjev viskoznosti” zgostil mazivo in hkrati preprečil, da bi se olja ob ohlajanju pretirano razredčilo. Na tak način so lahko spremenili SAE 30 olje v SAE 50, dodani modifikatorji pa so hkrati omogočili tudi ohranitev zadostne viskoznosti pri nizkih temperaturah. Da bi lahko ločili olja z dodanimi modifikatorji, so v SAE oznako dodali še simbol “w”, za oznako zimskih pogojev (winter). Ob uvedbi razvrščanja so hitrost zgoščanja motornega olja testirali zelo enostavno, s pomočjo ugotavljanja plovnosti igle na površini olja, ob njegovem postopnem ohlajevanju v razredih po 5 temperaturnih stopinj. Današnje metode določanja “zimske” oljne viskoznosti so sicer naprednejše, vendar so rezultati zelo podobni; na njihovi osnovi so olja razvrščena v razrede, kot prikazuje preglednica 3.

SAE razred za nizke temperature

Temperatura (stopinje C)

25w

-5

20w

-10

15w

-15

10w

-20

5w

-25

0w

-30 in manj

Preglednica 3: Desni stolpec prikazuje temperature pri katerih je olje v določenem SAE w razredu učinkovito

Razvoj univerzalnega zimsko-letnega, “multi grade” olja

Ker se viskoznost motornega olja spreminja s spreminjanjem temperature, določa SAE specifikacija viskoznost pri različnih temperaturah. Poleg t.i. “mono grade” olj, ki ohranjajo želeno viskoznost samo v razmeroma ozkem temperaturnem območju, so novejša t.i. “multi grade” motorna olja namenjena univerzalni uporabi, kar pomeni je olje dovolj tekoče pozimi in omogoča zagon motorja pri nizkih zimskih temperaturah ter ostaja hkrati dovolj gosto (viskozno) tudi ob delovanju motorja poleti. Iz jasnih razlogov danes uporabljamo praktično samo še takšna univerzalna ali “multi grade” olja. Sicer pa so “multi grade” olja rezultat tehnološkega razvoja zadnjih desetletij, večina pa jih vsebuje tudi aditive iz skupine t.i. modifikatorjev viskoznosti, ki preprečujejo preveliko redčenje olja pri visokih temperaturah in tako ščitijo motorne dele pred obrabo. Proizvodi z velikim razponom viskoznosti (npr. SAE 10W-60) nujno vsebujejo modifikatorje viskoznosti.

Kaj pomenijo oznake specifikacije SAE?

Kot vidimo v primeru motornega olja RAVENOL Longlife LSG, je njegova SAE specifikacija: SAE 5W-30. Kar se tiče temperaturne viskoznosti pomeni, da ima olje ob zimskem vžigu (W pomeni pozimi) vrednost viskoznosti 5, ob delovni temperaturi pa 30. Številka pred simbolom W torej govori o viskoznosti olja pozimi, zadnja številka pa pomeni viskoznost ob delovanju motorja. Ker ima ta proizvod razmeroma majhen razpon viskoznosti pomeni, da ne vsebuje veliko modifikatorjev viskoznosti in ima zato pričakovano večjo obstojnost.

V primeru olja RAVENOL RSS Racing Sport Synto zasledimo specifikacijo SAE 10W-60, kar pomeni, da je to olje nekoliko gostejše (večja viskoznost) pozimi, medtem ko ohranja izredno visoko viskoznost (60!) tudi ob delovni temperaturi motorja. Slednje je pomembno, ker gre za olje namenjeno izjemnim obremenitvem na dirkalnih stezah. Olje z manjšo viskoznostjo ob delovni temperaturi je lahko povsem uporabno za običajne družinske avtomobile, v motorju dirkalnikov pa bi se zaradi visokih temperatur preveč razredčilo in kovinski deli motorja bi se hitreje obrabili.

API specifikacija – pojasni ali gre za mineralno oziroma za sintetsko olje

Medtem ko SAE določa od temperature odvisno viskoznost maziva, je specifikacija, ki jo je razvil ameriški naftni inštitut (API, American Petroleum Institute), kompleksnejša. Pomembna je predvsem zaradi tega, ker nam pove kakšna je oljna baza določenega izdelka oziroma opiše osnovno tehnologijo pridobivanja oljne baze. Če torej vemo v katero izmed petih API skupin spada proizvod ki ga najdemo na prodajni polici, nam bo takoj jasno ali gre za mineralno olje oziroma za sintetsko, z boljšimi izhodiščnimi karakteristikami.

API je torej postavil minimalne standarde, ki jim morajo zadostovati maziva. Glede na oljno bazo oziroma tehnologijo pridobivanja, so motorna olja razvrstili v pet skupin, iz katerih je uporabniku razvidno ali gre proizvod, narejen iz fosilnih ogljikovodikov (mineralno olje) oziroma je plod kemijske sinteze in gre za t.i. sintetsko motorno olje. V obeh primerih proizvajalci k oljni bazi dodajo še najrazličnejše aditive, ki izboljšajo njene osnovne lastnosti. Ameriški standardi (API) torej razvrščajo motorna olja – glede na oljno bazo – v naslednje skupine:

  • Skupina I – oljna baza je frakcija destilacije fosilnih ogljikovodikov (nafte), ki jo lahko dodatno obdelajo s topili (rafiniranje) in tako izboljšajo določene lastnosti oljne baze. Dodatna ekstrakcija s topili lahko iz naravne oljne baze odstrani voske in izboljša njegovo odpornost na oksidacijo. Indeks viskoznosti proizvodov v tej skupini znaša od 80-120, delež nasičenih molekul je manjši od 90%, delež žvepla pa je večji od 0,03%.
  • Skupina II – gre za frakcijski destilat fosilnih ogljikovodikov (nafte), ki ga dodatno refinirajo in prečistijo s pomočjo procesa, imenovanega “hidrokreking”. Gre za odstranjevanje aromatskih in polarnih molekul iz oljne baze, s pomočjo hidrogenacije ob visokih temperaturah (400°C) in pritisku (3000 psi). Nastali ogljikovodiki so zelo stabilni in izboljšajo kakovost maziva. Indeks viskoznosti proizvodov je v istem razredu kot v skupini I (80-120), delež nasičenih molekul je večji od 90%, nečistoč pa je manj, saj mora biti delež žvepla manjši od 0,03%.
  • Skupina III – bazna olja iz te skupine imajo podobne lastnosti kot tista iz skupine II, vendar z nadaljnim procesom hidrogenacije (Hydrocracking), dosegajo višje viskoznostne indekse (>120). Proizvodi v tej skupini so bili v preteklosti predmet sodnih sporov med družbo Mobil Oil Corporation in Castrol North America Inc., ki je svoj proizvod Castrol Syntec (na mineralni osnovi) tržila kot sintetsko motorno olje. Kot posledica omenjenega sodnega spora lahko danes v Nemčiji in na Japonskem kupite motorna olja iz skupine API III po nižji ceni kot v ZDA. Proizvodi z enakimi karakteristikami (API III) se namreč v Nemčiji tržijo kot mineralna olja, na drugi strani Atlantika pa so si izborili prioriteto, da jih lahko po večji ceni prodajajo kot sintetska motorna olja.
  • Skupina IV – bazna olja iz te skupine so proizvod kemijske sinteze in jih imenujemo poli-alfa-olefini (PAO)
  • Skupina V – obsega vse oljne baze, ki niso zastopane v skupinah od I do IV. Sem spadajo sintetska olja, ki so kemijsko poli-ole-estri (POE), poli-alkilen-glikoli (PAG) in per-fluoro-poli-alkil-etri (PFPAE).

Zanimivo je različno pojmovanje dveh ključnih oblik motornih olj na obeh straneh Atlantika. Medtem ko olja is skupin I in II tako v Evropi kot v ZDA razvrščajo med mineralna olja, prihaja v skupini III do pomembne razlike; v ZDA namreč razvščajo olja skupine III med sintetska, v Nemčiji in na Japonskem pa je klasifikacija drugačna in gre tukaj za mineralna olja.

Standardi, ki jih določajo mednarodne agencije za kakovost maziv (SAE, API, ACEA) torej z različnimi pristopi določajo kako motorna olja mažejo in čistijo kovinske dele motorja oziroma jih ščitijo pred korozijo. Agencija API označuje motorna olja, namenjena bencinskim motorjem s črko “S” (za “spark” oziroma vžig s pomočjo svečke), medtem ko so olja za dizelske motorje označena s črko “C” (C pomeni kompresijski vžig).

ACEA specifikacija – določa aplikacijo posameznega proizvoda

Gre za evropsko različico specifikacije API, določa pa za kakšno vrsto motorjev se olje uporablja, specificira zahtevani interval zamenjave, eventualni vpliv na porabo goriva, vsebnost nečistoč in zaščito motorja pri visokih temperaturah (t.i.HTHS ali “High Temperature High Shear”).

Hvala za ogled prispevka.