|
|
10. října 2003
Aditivavlastnosti a účinnost dodatečných přísad do motorových olejů
Ing. Petr Mašek (petr.masek@vscht.cz)
VŠCHT Praha, Ústav technologie ropy a petrochemie
Článek seznamuje se studiem účinků dodatečných aditiv do motorových
olejů. Bylo analyzováno složení dodatečných aditiv, tj. obsah aktivních
prvků (P, S, Zn, Ca, Mg, Ba) a byl stanoven vliv dodatečných aditiv na
viskozitní chování motorových olejů, včetně důsledků pro provoz motoru.
Byl také určen vliv dodatečné aditivace na termooxidační stabilitu motorových
olejů.
1. Úvod
Jako důsledek rostoucích požadavků spotřebitelů na kvalitu motorových
olejů se v maloobchodním prodeji často objevují různé přípravky na úpravu
vlastností olejů. Nabídka těchto dodatečných olejových aditiv je velmi
široká a dnes jsou na trhu dostupné přísady různých výrobců a různého určení
- s obsahem pevných částic (teflon), rozpustné mazivostní a antioxidační
přísady, detergentní přísady (výplachy motorů) apod. Názory na kvalitu
těchto přípravků jsou však velmi protichůdné. Výrobci motorů a motorových
olejů použití těchto přípravků zásadně odmítají, přesto se v maloobchodě
velice dobře prodávají díky velmi časté reklamě v tisku i v televizi a
údajným vynikajícím účinkům na mazání motoru, uchování jeho čistoty a zlepšení
dalších vlastností provozu motoru.
2. Analýza a vlastnosti přísad do motorových olejů
Na našem pracovišti jsme testovali šest druhů dodatečných přísad (tabulka
1). Z řady dodatečných přísad byly vybrány takové, které neobsahovaly žádné
pevné částice (teflon) a byly určeny ke zlepšení mazivostní charakteristiky,
ke zlepšení viskozitních parametrů a zvýšení oxidační stability motorového
oleje. Tyto dodatečné přísady byly zakoupeny na trhu v ČR a byly testovány
ve směsi s motorovými oleji různých specifikací. Motorové oleje byly vybrány
tak, aby byly zastoupeny odlišné druhy výrob základových olejů (tabulka
2).
Jednotlivá aditiva byla analyzována na obsah kovů, které se běžně vyskytují
v motorovém oleji. Jedná se zejména o zinek (antioxidant, protioděrová
přísada) a kovy alkalických zemin Ca, Mg, Ba (detergenty). Dále byl stanovován
obsah síry a fosforu v aditivech, protože se jedná o prvky sledované zejména
z ekologických důvodů. Mapován byl také obsah chloru, protože je známé,
že chlorované uhlovodíky jsou velmi dobrými mazacími prostředky, avšak
z ekologických i provozních důvodů je obsah chloru v motorových olejích
nežádoucí. Výsledky analýzy aditiv shrnuje tabulka 3.
Zinek je obsažen hlavně v dialkyldithiofosfátech (ZDDP), které působí
jako protioděrové přísady a vysokoteplotní antioxidanty. Z analýzy je zřejmé,
že všechna aditiva obsahovala určitá množství ZDDP (teoretický hmotnostní
poměr Zn:P:S v ZDDP je přibližně1:1:2) a je také velice pravděpodobné,
že tato aditiva obsahovala ještě další sirné sloučeniny (např. dialkyldithiokarbamáty).
Dále některá aditiva (zejména od firem CRC a Wynn‘s) obsahovala poměrně
velké množství fosforu a po jejich přidání do motorového oleje nemusí již
aditivované mazivo splňovat limit (max. 0,1 % hm. P) pro moderní oleje
výkonové specifikace API SJ nebo SL. Např. po přidání aditiva W F1G vzroste
obsah fosforu v oleji o 0,06 % hm. Celosvětovým trendem je v poslední době
snižování obsahu zejména fosforu v motorových olejích, připravují se nové
předpisy API povolující max. 0,05 % hm. fosforu v oleji a výhledově se
počítá s nulovým obsahem fosforu. Důvodem je otrava katalyzátorů výfukových
plynů sloučeninami fosforu a snižování jejich účinnosti. Jedná se tedy
zejména o ekologický problém. Zvýšená úroveň koncentrace fosforu v dodatečně
aditivovaných olejích tedy pro spotřebitele může znamenat snížení životnosti
katalyzátoru výfukových plynů.
Další kovy (Mg, Ca, Ba) jsou součástí detergentů. Většinou se jedná
o organokovové sloučeniny (fenoláty, sulfonáty). Srovnáním s typickými
hodnotami obsahu sledovaných prvků v motorovém oleji lze říci, že všechny
dodatečné přísady obsahovaly zvýšené množství detergentních sloučenin.
V některých případech však byl rozdíl oproti běžnému motorovému oleji tak
malý, že po naředění aditiva do motorového oleje v poměru přibližně 1:9
se detergentní účinek oleje nemůže znatelně zlepšit. Podobná situace je
i s antioxidační přísadou ZDDP, jejíž koncentrace je v některých dodatečných
aditivech srovnatelná s typickým motorovým olejem.
Dalším sledovaným prvkem, který byl zjištěn v aditivu CRC a W SFP,
je chlor. Sloučeniny s obsahem chloru se uplatňují jako vysokotlaké přísady
hlavně v olejích řezných a obráběcích. Naproti tomu se nehodí k použití
do motorových olejů. Příčinou je jejich relativně snadná hydrolyzovatelnost
a malá tepelná stálost provázena vznikem neúčinných rozkladných produktů
a tvorbou HCl, která je velmi korozívní za přítomnosti vlhkosti. Použití
chlorovaných látek v motorových olejích může vést tedy ke korozi všech
mazaných míst, zejména pak těch, které jsou vystaveny vyšším teplotám.
Koncentrace chloru v aditivech však není příliš velká a nezdá se, že by
chlorované látky byly do aditiv přidávány záměrně. Jedná se spíše o nečistoty,
které se do přípravku dostaly s některými jednotlivými složkami, protože
chlorované látky jsou běžné meziprodukty při výrobě některých aditiv.
3. Vlastnosti motorových olejů po dodatečné aditivaci
Pro účely měření se připravily kombinace motorových olejů (tabulka
2) a olejových přísad (tabulka 1) v koncentraci 10 % aditiva v oleji. Celkem
se tedy analyzovalo 18 vzorků olejů. U vzorků byly změřeny a vypočteny
následující vlastnosti: kinematická viskozita při 40 °C a při 100 °C, viskozitní
index, karbonizační zbytek (MCRT) a číslo kyselosti (TAN). Z výsledků měření
se jeví jako nejzajímavější porovnání viskozitní charakteristiky, kterou
se budeme dále zabývat.
Jak je zřejmé z obr. 1a-c, viskozitní charakteristiky aditivovaných
olejů se ve většině případů podstatně změnily. Po přidání aditiva se viskozita
při 40 °C u všech olejů zvýšila, u aditiv CRC a W SFP zůstala jen nepatrně
vyšší oproti čistému oleji. Největší rozdíl nastal u oleje Mogul a Total,
kdy se po přídavku aditiva STP OT zvýšila viskozita o více než 50 %. Pro
viskozitu při 100 °C platí podobné závěry jako u viskozity při 40 °C. Rozdíly
však nebyly tak velké. Vyšší viskozity (při 40 °C a 100 °C) aditivovaných
olejů znamenaly jen nepatrný nárůst viskozitního indexu (nejvyšší u aditiva
STP OT s olejem Mogul), ale i nepatrný pokles (CRC a W SFP).
Ani zvýšený viskozitní index však nemůže vyvážit negativní dopad zvýšené
viskozity oleje na provoz motoru. Ta je způsobena větším množstvím modifikátorů
viskozity v aditivech. Při provozu dochází u polymerních molekul k mechanickému
trhání, což má vliv na nestabilitu viskozity a viskozitního indexu. Použitím
některých aditiv také dochází u motorových olejů k přechodu do vyšší viskozitní
specifikace. Z hlediska kinematické viskozity přechází všechny měřené oleje
(Mogul, Total a Pennzoil) ve směsi s aditivy VAL, STP OT, STP ESL, W F1G
na specifikaci 20W-50, respektive 10W-50 (srovnání viz tabulka 2).
Výrobci dodatečných aditiv udávají, že se při jejich použití snižuje
spotřeba paliva díky zlepšenému mazání (vyšší obsah ZDDP), ale opak je
pravdou, protože vyšší viskozita oleje vede k nárůstu spotřeby paliva.
Dále výrobci uvádí, že se zlepší mazání a ochrana motoru při studených
startech, ale přitom vyšší viskozita oleje při nižších teplotách má za
následek pozdější promazání systému (motoru) a delší dobu běhu motoru bez
dostatečné vrstvy oleje. Tuto prodlouženou dobu běhu motoru bez dostatečné
olejové vrstvy na mazaných místech nemůže vyvážit ani případná silnější
vrstvička ZDDP na třecích plochách, zvláště když její tvorba je velmi sporná.
Je tedy možné konstatovat, že údaje na obalech aditiv týkající se lepší
ochrany motoru při studených startech a úspoře paliva při použití některých
dodatečných aditiv nejsou pravdivé a klamou zákazníka.
4. Oxidační stabilita doaditivovaných motorových olejů
Oxidační stabilita dodatečně aditivovaných olejů byla testována dvěma
technikami. Jednak tradičním profoukáváním oleje kyslíkem při zvýšené teplotě
200 °C (modifikovaným testem IP 48) a jednak tlakovou DSC technikou izotermně
při 200 °C a tlaku kyslíku 3.5 MPa. Modifikovaný IP test byl vyhodnocován
měřením běžných vlastností olejů po oxidaci (viskozita, karbonizační zbytek,
TAN apod.).
Některé výsledky oxidačního testu jsou prezentovány na obr. 2-5. Po
zhodnocení výsledků oxidačních testů lze konstatovat, že testované přísady
do motorových olejů měly velmi problematický účinek ve vztahu k termooxidační
stabilitě. Tyto přísady většinou způsobovaly zásadní zhoršení viskozitních
vlastností po oxidaci oleje Mogul (viskozita aditivovaných olejů byla naprosto
neměřitelná, oleje byly po oxidaci téměř tuhé), na druhé straně v syntetickém
motorovém oleji Pennzoil Performax došlo naopak vlivem oxidace (či spíše
termickým namáháním oleje) ke snížení viskozity oleje, v některých případech
i podstatnému. Toto snížení viskozity bylo způsobeno opět polymerními modifikátory
viskozity, kterých aditiva obsahují velké množství, a jejich tepelnou degradací.
Pokud při provozu oleje přihlédneme k dalšímu, a nutnému, snížení viskozity
motorového oleje palivem, může v některých případech dojít až ke kritickému
snížení viskozity motorového oleje.
Také účinnost jednotlivých olejových přísad v jednotlivých motorových
olejích byla velmi rozdílná, tj. jedna přísada mohla působit v jednom oleji
kladně, v jiném oleji negativně. Tato nejednoznačná odezva aditiva se projevovala
i v dalších vlastnostech olejů, nejen u viskozitních charakteristik. Např.
aditiva ve směsích s oleji Total a Pennzoil se v některých vlastnostech
projevovala neutrálně. Oba tyto oleje měly vyšší výkonovou třídu API SH
a SJ/CF oproti API SF/CC u oleje Mogul, což mohlo mít vliv na dispergační
schopnosti připravených směsí a jejich oxidovaných produktů. V dalších
ukazatelích - čísle kyselosti (TAN) a obsahu karbonizačního zbytku - působily
dodatečné přísady positivně. V těchto ukazatelích došlo po přidání aditiva
ke zlepšení charakteristik po oxidaci připravených směsí oproti oxidaci
čistého motorového oleje.
5. Závěr
Téměř všechna dodatečná aditiva, až na Wynn’s Super Friction Proofing,
obsahovala velké množství polymerních modifikátorů viskozity, které většinou
způsobovaly zvýšení viskozitního indexu oleje (po přidání CRC Oil Treatment
byl zaznamenán pokles VI). To však mělo za následek, že se současně zvýšila
viskozita oleje při 40 °C a při 100 °C. Zvýšení viskozity bylo v některých
případech tak velké, že olej po přidání aditiva již nevyhovoval požadavkům
na viskozitní specifikaci původního motorového oleje. Z praktického hlediska
má zvýšení viskozity oleje takový význam, že dojde k utěsnění motoru, ke
snížení spotřeby oleje a ke snížení hlučnosti motoru. Na druhé straně dochází
ke zvýšení spotřeby paliva díky tomu, že motor musí překonávat větší odpor
způsobený vyšší viskozitou mazacího oleje, a to jak při studených startech,
tak i při běžném provozu. To odporuje tvrzení výrobce aditiva Wynn’s Formula
One Gold o snižování spotřeby paliva díky nižší úrovni tření.
Ačkoliv vliv dodatečných aditiv na úroveň tření a opotřebení mazaných
povrchů nebyl v této výzkumné práci analyzován, pro jejich obecně negativní
působení na viskozitní charakteristiku a oxidační stabilitu motorových
olejů je třeba jejich použití v motorových olejích důrazně odmítnout. Není
vyloučeno, že některá aditiva ve směsi s některými motorovými oleji mají
skutečně pozitivní efekt na některé vlastnosti oleje. Také v této práci
byly takové případy potvrzeny. Z hlediska spotřebitele - motoristy je však
velké riziko, že použitím dodatečných aditiv svůj motorový olej znehodnotí,
v lepším případě mu neublíží.
6. Dodatek: Reklamní aktivity výrobců a distributorů
Reklama na dodatečná aditiva do motorových olejů je všudypřítomná.
Denně nás masíruje v televizi reklama na výrobek PS 23, s dvěma automobily
jezdícími po okruhu. Motor s PS 23 se pochopitelně nezadře. Původně byla
tato reklama vyrobena pro prezentaci výrobku Prolong. V roce 1998 inicioval
časopis Consumer Report opakování tohoto testu pod odborným a nezávislým
dohledem. Výsledky byly pro aditivum tristní. Po vypuštění oleje došlo
k zadření motorů po 5 minutách jízdy (po pěti mílích) u obou automobilů
současně.
Často se v souvislosti s dodatečnými aditivy hovoří o výzkumu NASA,
kosmickém výzkumu apod. Reklamně to asi zabírá, ale soudně uvažující člověk
si lehce domyslí, že olejářské firmy by byly první, které by využily nové
poznatky a získaly tak náskok v silném konkurenčním prostředí. Proč by
dobrovolně přenechávaly aktivitu často neznámým a pochybným firmám.
Argumentuje se také používáním některých aditiv v závodních automobilech.
Zatímco tam jde o krátkodobý špičkový výkon (a poté jde motor na generálku
nebo do šrotu), u běžného automobilu jde především o čistotu a životnost
motoru. Dnes snad už nikdo nechce dávat motor po 100 tis. km do generální
opravy.
Nezávislé testy kvality jsou dalším argumentem výrobců a distributorů
dodatečných aditiv. V roce 1992 se touto problematikou zabýval časopis
Road Rider. Od zástupců firem se ale nikdy nedověděl, kdo tyto testy prováděl
a za jakých podmínek. Nechal si proto některé testy provést na vlastní
náklady u renomovaných universit a státních laboratoří. Výsledky testů
jsou prezentovány na několika webových stránkách v článku pod názvem „Snake
Oil“. Z testů vyplývá, že úspěšný prodej dodatečných aditiv do motorových
olejů je založen pouze na agresivní reklamě. Žádná z výhod aditiv se při
testech nepotvrdila, mnohdy byl naopak prokázán negativní vliv na čistotu
a životnost motoru.
Tabulka 1. Seznam
dodatečných přísad do motorových olejů
|
Produkt
|
Společnost
|
Použitá zkratka
|
|
|
|
CRC
|
|
|
Valvoline Europe
Dordrecht, Holland
|
VAL
|
|
STP Oil Treatment
for Petrol Engines
|
STP Products Co.
Hounslow, UK
|
STP OT
|
|
STP Engine Stop Leak
|
STP Products Co.
Hounslow, UK
|
STP ESL
|
|
WYNN‘S Super Friction Proofing
|
Wynns Belgium
N.V.
|
W SFP
|
|
WYNN‘S Formula One Gold
|
Wynns Belgium
N.V.
|
W F1G
|
Tabulka 2. Seznam
motorových olejů a jejich základní specifikace
Olej
|
SAE
|
API
|
Použitá zkratka
|
|
Mogul Super Stabil
|
15W-40
|
SF/CC
|
Mogul
|
|
Total
Quartz 5000
|
15W-40
|
SH/CF
|
Total
|
|
Pennzoil
Performax
|
5W-40
|
SJ/CF
|
Pennzoil
|
Tabulka 3. Vyhodnocení analýzy aditiv
(% hm.)
|
Aditivum
|
S
|
P
|
Zn
|
Mg
|
Ca
|
Ba
|
Cl
|
|
CRC
|
1,16
|
0,370
|
0,522
|
0,23
|
0,55
|
0,32
|
0,06
|
|
VAL
|
0,66
|
0,108
|
0,114
|
0
|
0,02
|
0,34
|
0
|
|
STP OT
|
0,47
|
0,127
|
0,168
|
0,03
|
0,25
|
0,32
|
0
|
|
STP ESL
|
1,90
|
0,236
|
0,305
|
0,03
|
0,10
|
0,31
|
stopy
|
|
W SFP
|
2,16
|
0,289
|
0,417
|
0
|
0,35
|
0,32
|
0,02
|
|
W F1G
|
2,50
|
0,577
|
0,645
|
stopy
|
0,02
|
0,32
|
stopy
|
|
Typická konc. v mot. oleji
|
0,2-1
|
0,1
|
0,1
|
0,1 - 0,2
|
0
|
|
|
5,8
|
0
|
0,9
|
0
|
0
|
1,9
|
0,02
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Poznámka: analýza výrobku PS
23 byla přidána dodatečně, proto nebyla v textu komentována.
Obr. 1a. Viskozita při 40 °C olejů připravených úpravou motorového
oleje Mogul
Obr. 1b. Viskozita při 40 °C olejů připravených úpravou motorového
oleje Total
Obr. 1c. Viskozita při 40 °C olejů připravených úpravou motorového
oleje Pennzoil
Obr. 2. Změna viskozity oleje Pennzoil při 40 °C po oxidaci
modifikovanou metodou IP 48
Obr. 3. Změna viskozity oleje Pennzoil při 100 °C po oxidaci
modifikovanou metodou IP 48
Obr. 4a.
Obr. 4b.
Obr. 4c.
Obr. 4. Nárůst MCRT olejů po oxidaci modifikovanou metodou IP 48
a) Oleje připravené úpravou motorového oleje Mogul
b) Oleje připravené úpravou motorového oleje Total
c) Oleje připravené úpravou motorového oleje Pennzoil
Obr. 5a.
Obr. 5b.
Obr. 5c.
Obr. 5. Nárůst čísla kyselosti olejů po oxidaci modifikovanou metodou
IP 48
a) Oleje připravené úpravou motorového oleje Mogul
b) Oleje připravené úpravou motorového oleje Total
c) Oleje připravené úpravou motorového oleje Pennzoil
Autor článku: PM (Petr Mašek)zobrazit další autorovy články 
upravit článek pro tisk 
|
|
|
![ŠKODA techweb [homepage]](images/skoda_techweb.gif)
