Do czego służy olej?
29 września 2011
Olej powinien smarować, a kto smaruje, ten jedzie. To wiedzą wszyscy. Jednak kwestia smarowania silników ma tak wiele aspektów, że czasami nawet fachowi mechanicy się w tym gubią. Rzecz wydaje się łatwa do ogarnięcia intuicyjnie: podczas mechanicznej współpracy elementów maszyny występuje między nimi tarcie. Powierzchnie przylegające do siebie zaczepiają się nawzajem, gdyż żadna z nich, nawet najbardziej wypolerowana, nie jest idealnie gładka. Tarcie powoduje miejscowy wzrost temperatury i odrywanie się cząsteczek, a więc zużycie części albo ich zatarcie. Smar lub olej ma za zadanie oddzielić od siebie współpracujące części maszyny, a w tym przypadku silnika.
Jak zapobiegać tarciu?
W praktyce nie jest to takie proste. O ile smarowanie zawiasów drzwi czy klucza w zamku wydaje się oczywiste, to ta sama czynność w silniku lub przekładni samochodowej, gdzie występują olbrzymie prędkości względne współpracujących powierzchni, wielkie naciski jednostkowe oraz znaczne temperatury, stwarza wiele kłopotów. W zawiasie czy zamku wystarczy, by smar rozdzielił trące powierzchnie tylko częściowo, a nikt nie wymaga, by sworzeń zawiasu nigdy nie stykał się z jego gniazdem. Co innego w silniku czy przekładni samochodu. Ponieważ siły i prędkości są duże, nie powinno się dopuścić do jakiegokolwiek zetknięcia obciążonych części mechanizmów. Jeżeli ono nastąpi, w pewnych warunkach krytyczne uszkodzenie będzie kwestią sekund. Po to, by utrzymać warstwę oleju lub smaru między pracującymi powierzchniami, można stosować różne rozwiązania. Ów smar lub olej powinien mieć zdolność do samoczynnego tworzenia tak zwanego filmu olejowego, cienkiej warstwy smarującej, która nie daje się wypchnąć spomiędzy powierzchni, mimo dużych nacisków i prędkości względnych w tym miejscu. Środek smarny powinien być więc, na pierwszy rzut oka, niezwykle lepki (potocznie mówiąc kleisty, z trudnością spływający z powierzchni, na której się znajdzie, czego w żaden sposób nie należy mylić z jego gęstością). Czasami to jednak jest bardzo szkodliwe. Lepki olej zapewne dobrze smaruje, ale wtedy, gdy już się znajduje pomiędzy chronionymi powierzchniami. Jak go tam dostarczyć i zmusić, by smarował natychmiast po uruchomieniu maszyny? I wreszcie, jak poradzić sobie z wprowadzanymi przezeń oporami, tak łatwo przeliczalnymi, na zużycie paliwa i osiągi auta? W miejscach, gdzie nie można liczyć na efekt swobodnego smarowania, stosuje się smarowanie pod ciśnieniem. Dotyczy to przede wszystkim ułożyskowania wału korbowego i wałków rozrządu w silnikach samochodowych (choć nie tylko). Olej pod ciśnieniem, wyposażony dodatkowo w zdolność tworzenia filmu olejowego, zawsze znajduje się pomiędzy wałem i panewką, o ile pracuje pompa oleju oraz oczywiście napędzający ją silnik. Tutaj dochodzimy do interesującej kwestii: co najbardziej niszczy silnik? Wysokie obciążenia, duże prędkości obrotowe? Nie! Najbardziej niszczący jest proces uruchamiania, a już w szczególności na zimno, kiedy olej, podawany pod ciśnieniem, jeszcze nie dopłynął do miejsca, które ma smarować.Wybieramy olej
W powszechnym mniemaniu najlepszy jest ten olej, który jest najbardziej lepki. A jest całkiem odwrotnie. Przecież praktycznie nigdy nie mamy szans zobaczyć oleju w akcji. Czy w ogóle wiemy, jak on się zachowuje wewnątrz silnika lub przekładni w czasie pracy? Przede wszystkim pracuje on w temperaturze, którą określił konstruktor samochodu i specjalista od smarowania, temperaturze całkiem innej niż ta, w której otwieramy puszkę z olejem. Najczęściej temperatury robocze silników określane są na około 100 stopni Celsjusza. Ponieważ nie ma w praktyce olejów całkowicie stabilnych cieplnie, różnica między lepkością konkretnego produktu w temperaturze pokojowej i roboczej jest ogromna. Natomiast własności oleju i konstrukcja smarowanego urządzenia są dobierane tak, by współpracowały one najlepiej we wspomnianych wyżej temperaturach roboczych. Czyli wtedy, gdy owe oleje są płynne jak woda. Po prostu: takie mają być! Wtedy zachowują odpowiednie własności smarne, dostają się tam, gdzie trzeba (swobodnie lub pod ciśnieniem), i powodują, że maszyna działa bez zakłóceń. Byłoby bardzo dobrze, gdyby te same oleje mogły być równie płynne podczas uruchamiania samochodu, nawet w zimie. Niestety, tak nie jest. Zatem każdemu uruchomieniu auta towarzyszy co najmniej kilka sekund, w czasie których oleju nie ma tam, gdzie powinien być, oraz kilka minut, gdy smarowanie jest niedostateczne, bo zbyt zimny (a więc zbyt lepki) olej nie jest jeszcze pompowany dostatecznie intensywnie i efektywnie. Nie bez przyczyny za najbardziej trudne warunki pracy samochodu (pod względem smarowania) przyjmuje się nie jazdę autostradową, ale jazdę miejską na krótkich odcinkach. A najlepiej byłoby w ogóle nie wyłączać silnika i nie zatrzymywać auta. Wtedy przebiegi do remontu byłyby olbrzymie. A więc, który olej jest najlepszy do zastosowań praktycznych, w samochodach jeżdżących po ulicach? Ten, który charakteryzuje się możliwie najmniejszą różnicą lepkości, gdy jest zimny i gdy znajduje się w temperaturze roboczej. Olej silnikowy powinien:- mieć odpowiednią lepkość, aby zmniejszyć opory tarcia, a tym samym umożliwić łatwiejszy rozruch zimnego silnika,
- dobrze smarować współpracujące ze sobą części silnika.
- uszczelniać przestrzenie między tłokiem a cylindrem,
- chronić elementy silnika przed korozją, neutralizować kwaśne produkty spalania paliwa,
- utrzymywać silnik w czystości, zapobiegać powstawaniu laków i osadów (olej jest transporterem i magazynem zanieczyszczeń),
- dobrze odprowadzać ciepło ze wszystkich miejsc w silniku, gdzie wzrasta temperatura na skutek tarcia.
Jakość czy lepkość?
Wybierając olej dla naszego silnika, możemy zacząć od jego lepkości. Jaka powinna być? Taka, jaką zaleca producent samochodu, i im nowszy to samochód, z nowocześniejszym silnikiem, tym ścisłe trzymanie się owego zalecenia jest ważniejsze. Ogólna tendencja jest taka, że do nowoczesnych silników dobierane są oleje o coraz mniejszej lepkości, gdyż:- olej taki nawet na zimno szybko po uruchomieniu silnika dostanie się do krytycznych mechanizmów potrzebujących smarowania,
- już po nagrzaniu silnika olej o mniejszej lepkości generuje w silniku mniej oporów, a więc w pewnym sensie zmniejsza zużycie paliwa.
Każdy sobie klasyfikuje...
Teraz możemy przejść do rzeczywistych klasyfikacji jakościowych. Powiedzą one jak dobry jest konkretny olej, a nie tylko jaka jest jego lepkość. Te klasyfikacje ustalane są w toku długotrwałych badań laboratoryjnych i silnikowych, przeprowadzanych zgodnie z bardzo skomplikowanymi normami. Znowu w uproszczeniu można powiedzieć, że celem badania jest określenie zużycia wybranych części znormalizowanego silnika po długotrwałej pracy z użyciem badanego oleju. Dodatkowo określa się np. zdolność do przechwytywania zanieczyszczeń, skłonność do pozostawiania popiołów i innych składników po spaleniu (ważne dla działania nowoczesnych systemów oczyszczania spalin), działanie antykorozyjne, opory stawiane przez olej (istotne dla zużycia paliwa), łatwość pienienia i kilka innych. Jeszcze kilka lat temu informowano, że powszechnie, przynajmniej w Europie, stosowane są dwie klasyfikacje jakościowe: wg Amerykańskiego Instytutu Naftowego – API – i wg Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Silników – ACEA. Podstawą do powstania tych dwóch klasyfikacji były różnice w konstrukcji silników i warunków eksploatacji między Stanami Zjednoczonymi a Europą. Obecnie uważa się tę europejską klasyfikację za bardziej odpowiednią dla silników eksploatowanych na naszym kontynencie. Trzecia, znana od lat klasyfikacja to japoński standard JASO. Ten zestaw norm nie ma jednak w Europie żadnego praktycznego znaczenia. Dzisiaj do tego zestawienia musimy dorzucić co najmniej dwie klasyfikacje, o których stało się niedawno bardzo głośno. Pierwsza z nich to ILSAC (skrót od International Lubricant Standarization and Approval Commitee), stworzona przez grupę amerykańskich i japońskich producentów samochodów (Ford, Chrysler, Toyota, Honda, Suzuki, Mazda, Nissan, Subaru, Isuzu). W roku 2004 stworzyli oni standard GF-4, a rok temu GF-5. Jest to norma (dla oleju do silników benzynowych), która uwzględnia nowe uwarunkowania silników tłokowych, wynikające przede wszystkim z kwestii ekologicznych. Ogólnie mówiąc, oprócz trwałości silnika oleje spełniające GF-5 wspierają wyjątkowo duże przebiegi między wymianami (czystość silnika), obniżanie oporów (zmniejszenie zużycia paliwa), działanie najnowszych systemów oczyszczania spalin, oraz pracę silnika na biopaliwach, głównie etanolu. A gdzie w tym wszystkim jest General Motors? Od roku 2011 ten koncern wprowadza własne normy dla olejów silnikowych, o nazwach dexos1 dla silników benzynowych i dexos2 dla silników wysokoprężnych dla samochodów osobowych. Dlaczego? Oczywiście chodzi o pieniądze. Te oleje mają jeszcze ostrzejsze specyfikacje niż GF-5 (przynajmniej te mineralne). Oleje zgodne z dexos1, ogólnie rzecz biorąc, mają być bardziej ekologiczne niż najbardziej ekologiczne oleje silnikowe spełniające pozostałe normy. Ponieważ ekologia się sprzedaje, GM ma nadzieję zarobić na tym pieniądze. W jaki sposób? Po pierwsze, marketingowo, uwypuklając ekologiczne zalety swoich samochodów. A po drugie, badanie oleju na zgodność z dexos1 kosztować ma producenta środków smarnych wyjątkowo dużo – prawie pół miliona dolarów. Dlatego niektóre firmy petrochemiczne już zapowiedziały, że rezygnują z prawa użycia nalepki dexos, choć pewne ich produkty są zgodne z tym standardem. Oprócz ogólnie przyjętych klasyfikacji międzynarodowych wytwórcy silników spalinowych opracowali własne testy badawcze, których spełnienie warunkuje dopuszczenie do stosowania oleju w ich silnikach. Specyfikacje fabryczne często stawiają wyższe wymagania użytkowe olejom silnikowym niż ogólne klasyfikacje jakościowe. Spośród wielu specyfikacji producentów silników najbardziej znane są: MAN, Volvo, Volkswagen, Porsche, Mercedes-Benz.O olejach – w praktyce
Informacje dotyczące klasy lepkości oleju, poziomu jakości – wg API i ACEA – oraz jeżeli olej spełnia specyfikacje producentów silników, powinny być zawsze umieszczone na opakowaniu oleju. Ale co z tych informacji wynika? Czy można, na przykład, mieszać oleje różnych marek. Zasadniczo nie jest to zalecane, gdyż ich dodatki uszlachetniające mogą być różne i po zmieszaniu olej może nie mieć w pełni przewidzianych własności. Jednak producenci dbają o to, by oleje były ze sobą zgodne i nie zdarzają się z tym poważne problemy, szczególnie o ile miesza się oleje o tej samej klasie jakościowej. A tak przecież zrobimy, dobierając odpowiedni olej dla naszego silnika. Jeżeli poziom oleju jest zbyt niski, zwlekanie z jego uzupełnieniem jest znacznie gorszym rozwiązaniem. Powstaje też pytanie, czy olej niższej klasy można zastąpić olejem wyższej klasy (nawet jeżeli silnik według zaleceń producenta tego nie wymaga) oraz czy można bez problemu stosować wymiennie oleje mineralne i syntetyczne. Na to pierwsze pytanie można bez wahania odpowiedzieć tak, o ile zgadza się klasa lepkościowa. Oleje wyższej klasy jakościowej zawsze spełniają wymagania niższych klas. Tylko w przypadku ściśle określonych niektórych klas ACEA/API (dla najnowocześniejszych silników) należy się skonsultować z zaleceniami producenta silnika, który może mieć w tym względzie szczególne wymagania, o czym pisaliśmy już wyżej. Jeżeli mamy do czynienia z silnikiem starszej generacji, olej wyższej klasy mu nie zaszkodzi, ale przypominamy jeszcze raz – inna (w tym wypadku mniejsza) lepkość może już być szkodliwa. Jeżeli chodzi o oleje mineralne, półsyntetyczne lub syntetyczne, podobnie nie ma przeciwwskazań dla zmiany produktu, z podobnym zastrzeżeniem co do lepkości. Pod jednym wszakże warunkiem: jeżeli silnik w starym aucie bardzo długo (ponad 100 000 km) był eksploatowany na oleju mineralnym (często bywa to olej przeciętnej jakości i wymieniany zbyt rzadko), wewnątrz silnika może znajdować się sporo stałych zanieczyszczeń. Teoretycznie wypłukanie ich przez olej wysokiej klasy powinno dać pozytywny skutek, ale może się okazać, że ich drobinki zatkają ważne kanały olejowe. A więc wymiana oleju na syntetyczny w mocno używanym silniku starszej generacji nie jest zalecana, o ile nie towarzyszy jej czyszczenie jednostki (np. w przypadku rozbiórki i naprawy) lub ewentualnie solidne płukanie. Ta druga czynność jest jednak kłopotliwa i w sumie niepewna, więc jest to jedyny przypadek, gdy do zastosowania lepszego oleju powinniśmy podejść ostrożnie. Natomiast systematyczne używanie oleju wyższej klasy zamiast niższej może przynieść tylko pozytywny skutek dla trwałości silnika. Podobna sytuacja występuje np. po naprawie silnika. Obecnie nie stosuje się specjalnych olejów do docierania nowoczesnych silników. Jednak np. bezpośrednio po remoncie można użyć niedrogiego oleju mineralnego odpowiedniej klasy jakościowej i lepkościowej. Nie będzie błędem wymiana tego oleju, np. po połowie przebiegu zalecanego dla tego silnika, ułatwi to pozbycie się zanieczyszczeń po pierwszym okresie docierania. Zaś jeżeli samochód jest nowy i producent nie zaleca takiej procedury, nie ma potrzeby tego robić. Natomiast w czasie kolejnych wymian olejów można używać produktu dowolnej marki, o ile jego klasa jakościowa oraz lepkość zgadza się z zaleceniami producenta samochodu. Dotyczy to także większości sytuacji, gdy producent zaleca używanie oleju oznaczonego jego marką. Wytwórcy samochodów nie produkują przecież olejów i właściwy będzie każdy produkt, który spełnia normy wymagane dla danego silnika. Oczywiście, jeżeli będzie to np. nowoczesny samochód koncernu General Motors, to zgodnie z tym, co napisaliśmy wyżej, znalezienie oleju spełniającego normę dexos1 lub dexos2 innej firmy niż zaleca producent samochodu, może okazać się trudne...Czy syntetyk jest lepszy?
Takie pytanie zadaje sobie wielu użytkowników samochodów. Czy oleje mineralne gorzej smarują niż syntetyczne? Nie, przewaga olejów syntetycznych nad mineralnymi polega na czym innym. Wymagania wobec współczesnych olejów są złożone, ważna jest np. stabilność temperaturowa olejów: im mniejszy jest wzrost lepkości ze spadkiem temperatury, tym lepiej. Syntetyzowane bazy olejowe z zasady mają tę stabilność lepszą niż mineralne, czyli powstałe w tradycyjnym procesie rafinacji ropy naftowej. W efekcie, aby spełnić wysokie wymagania dotyczące ograniczenia oporów przy rozruchu, płynności na zimno, odporności na bardzo wysokie temperatury itp., oleje syntetyczne wymagają mniejszej zawartości dodatków uszlachetniających. Ponadto większość olejów syntetycznych ma bardzo dobre własności myjące. Natomiast w silniku pracującym przy stałej temperaturze roboczej przewaga oleju syntetycznego jest niewielka. W praktyce przewaga oleju syntetycznego nad mineralnym ujawni się poprzez niższe zużycie paliwa (szczególnie zimą), łatwiejszy rozruch (też zimą) i w dłuższym okresie poprzez być może wyższą trwałość jednostki, gdyż wewnętrznie będzie ona mniej zanieczyszczona, oraz będzie lepiej smarowana za każdym razem po rozruchu, czyli na zimno. Natomiast używanie oleju syntetycznego nie uprawnia do przedłużenia okresów między wymianami oleju, o ile nie stanowi tak instrukcja obsługi auta. Możliwe jest, że producent dopuści bardzo długi okres między wymianami, pod warunkiem użycia wyrafinowanego, nowoczesnego oleju o odpowiednich własnościach, spełniającego szczególne normy. Ale przede wszystkim musi to być bardzo nowoczesny silnik, dopuszczający takie długie (do 30 000 km lub je przekraczające) przebiegi między wymianami. W starszych silnikach użycie żadnego oleju nie upoważnia do takiego wydłużenia przebiegu. Zwróćmy też uwagę, że miejska eksploatacja samochodu, często niedogrzanego lub przegrzanego, na krótkich odcinkach, za to w pyle i w kurzu, uznawana jest za jedną z najbardziej niszczących silnik. Jest też niezwykle wymagająca dla oleju, który musi wchłaniać wyjątkowo duże ilości zanieczyszczeń i chemikaliów. A więc jeżeli jeździmy w mieście, należy olej wymieniać ewentualnie nawet częściej niż zaleca producent auta. Zresztą współcześnie zalecane przebiegi między wymianami oleju są bardzo duże i nie należy oszczędzać, jeszcze je wydłużając. W wielu nowoczesnych samochodach zainstalowano już systemy, które oceniają eksploatację auta i na tej podstawie wskazują odpowiedni moment, gdy trzeba wymienić olej. W takim przypadku okres do wymiany oleju liczy się nie w kilometrach ani nawet w godzinach jazdy, ale w liczbie uruchomień, w czasie jazdy na zimno, liczbie przekroczeń granicznych obrotów, a w dieslach – w liczbie cykli oczyszczania filtra cząstek stałych. No i wreszcie na koniec: czy dopuszczalna jest samodzielna wymiana oleju silnikowego? Teoretycznie tak, bo dla sprawnego majsterkowicza nie jest to operacja trudna. Jeżeli jest dostęp do filtra i mamy odpowiedni przyrząd, a korek spustowy oleju da się odkręcić dostępnym narzędziem, to dysponując kanałem można to łatwo zrobić. Olej spuszczamy na ciepło, oczywiście wymieniamy filtr, bo bez tego cała operacja byłaby bez sensu. Potem (najlepiej) nowa uszczelka korka spustowego, niezbyt mocne przykręcenie filtra, no i pamiętamy, by nowego oleju wlać tyle, ile trzeba, czyli do górnego znaku na miarce. Tylko... co potem zrobić ze starym olejem? To jest największy problem. Dziś amatorowi trudno znaleźć miejsce, gdzie odbierany jest przepracowany olej. Oczywiście, można udać się do znajomego warsztatu, bo ten ma obowiązek oddawać olej do wyspecjalizowanej firmy. Ale czy wobec tego nie lepiej zlecić wymiany oleju temu właśnie warsztatowi?Klasyfikacje olejów silnikowych
Klasyfikacja jakościowa wg API (American Petroleum Institute). Według tej klasyfikacji oleje do silników benzynowych oznaczone są literą S, a oleje do silników wysokoprężnych oznaczono literą C. Druga litera w każdej grupie odnosi się do poziomu jakości oleju i była przydzielana w kolejności alfabetycznej w ten sposób, że każda kolejna klasa odpowiadała pewnej generacji silników. Dla silników benzynowych powstały więc klasy olejów od SA (przed rokiem 1930) do SM i SN (te ostatnie wprowadzone odpowiednio w roku 2004 i 2010), z tym, że klasy od SA do SH zostały już wycofane, czyli API nie będzie już badało olejów na zgodność z tymi normami. Analogicznie wycofano już oleje klas od CA do CE dla silników wysokoprężnych, obecnie w tej grupie reprezentowane są klasy CF-4, CG-4, CH-4, CI-4, CJ-4. Można ogólnie powiedzieć, że oleje najwyższych klas mają parametry dostosowane do najnowszych norm czystości spalin i umożliwiają pracę najnowszych systemów oczyszczania spalin, zgodne są z niskosiarkowymi paliwami (to dotyczy głównie silników wysokoprężnych), a ponadto spełniają coraz wyższe standardy w kwestii ograniczenia oporów pracy silnika. Warto zauważyć, że najnowsza norma SN (dla olejów do silników benzynowych) powstała w odpowiedzi na ILSAC GF-5. I jest z nią równorzędna, jeżeli weźmiemy pod uwagę normę SN z dopiskiem Resource Conserving (oszczędzający środowisko), czyli w praktyce obejmująca oleje syntetyczne (o najniższej lepkości). Istotne jest, że oleje spełniające starsze normy (nie tylko starożytne SA, ale też nawet SJ czy SH) mogą być zupełnie nieodpowiednie do silników skonstruowanych obecnie, a co gorsza, może też być odwrotnie – nowe oleje SM i SN mają tak niewielką lepkość, że ich dobra smarność może okazać się niewystarczająca. API posługuje się prócz prostych oznaczeń literowych także charakterystycznymi piktogramami: słoneczkiem i obwarzankiem, z odpowiednimi napisami i takich właśnie rysuneczków powinniśmy poszukiwać na butelce oleju. Klasyfikacja europejska – ACEA (European Automobile Manufacturers Association, czyli zrzeszenia europejskich producentów samochodów) Nowa klasyfikacja ACEA, stosowana od roku 2004, przewiduje trzy grupy olejów. Najnowsza edycja tej klasyfikacji pochodzi z grudnia 2010 roku:- oleje do silników benzynowych i wysokoprężnych – grupa A/B: poziomy jakości to: A1/B1, A3/B3, A3/B4 i A5/B5. Przytoczmy opis oleju najwyższego poziomu A5/B5: to stabilny lepkościowo produkt do użytku przy długich przebiegach między wymianami, w silnikach benzynowych o wysokich osiągach i w silnikach wysokoprężnych lekkich samochodów dostawczych, przystosowanych do stosowania olejów o małym tarciu i lepkości, z indeksem HTHS od 2,9 do 3,5 mPa.s. (HTHS to indeks lepkości i zużycia w wysokich temperaturach),
- oleje do silników z katalizatorami to grupa C, od C1 do C4. I znowu dla przykładu, C4 to olej stabilny lepkościowo, przeznaczony do użytku w silnikach z filtrem cząstek stałych lub trójdrożnym katalizatorem, benzynowych o wysokich osiągach lub wysokoprężnych w lekkich autach dostawczych, wymagających niskich pozostałości popiołu i HTHS powyżej 3,5 mPa.s. Ten olej zwiększa żywotność filtrów sadzy i katalizatorów,
- oleje do silników wysokoprężnych wysoko obciążonych – grupa E: E4,E6, E7 i E9. Oleje spełniające te wymagania dostosowane są do różnych konfiguracji technicznych silników spełniających normy czystości spali do Euro 4. Należy się wkrótce spodziewać klasy oleju dla silników spełniających normy Euro 5.
Szanowni Państwo,