Kategóriák

Az ásványi és szintetikus motorolajok közti főbb különbségek

Kenőanyagok: A motorolaj III.

Az ásványi és szintetikus motorolajok közti főbb különbségek

A cikksorozat előző részében megismerkedhettünk az olajok főbb összetevőivel. Képet kaphattunk a hagyományos eljárással, ásványi olajból készült kenőanyagok, az ásványi olajból hidrokrakkolással, izomerizációval előállított motorolajok és a teljesen szintetikus úton készített olajok előállításáról. Az alábbi írásban az ásványi és szintetikus kenőolajok közti különbségek kerülnek mélyebb kitárgyalásra.

 


Alapolaj-csoportok

Röviden tekintsük át ismét az előző részben már említett főbb alapolaj-csoportokat:

  • Group I: ásványolajból desztillációval, oldószeres kivonással előállított alapolajok. A kiindulási alapanyaghoz képest növelt oxidációs stabilitással és viszkozitásindexszel rendelkeznek.
     
  • Group II: ásványolajból desztillációval, oldószeres kivonással, kisebb mértékű hidrokrakkolással és finomítással előállított, paraffinmentesített alapolajok.
     
  • Group III: a Group II csoportnál nagyobb hidrokrakkoláson, finomításon átesett, izomerizált, paraffinmentesített, ásványi olaj alapú alapolajok. A Group III csoporton belül a kiemelkedő mértékű hidrokrakkolással, finomítással és izomerizációval készített alapolajokat szokás Group III+ jelöléssel is illetni, jellemzőjük a nagyon magas viszkozitásindex.
     
  • Group IV: a szintetikus alapolajok poli-alfa-olefin (PAO) molekulákból felépülő csoportja. Többféle PAO alapolaj létezik. Közös jellemzőjük, hogy mindegyik PAO alapolaj ásványolaj eredetű, de kémiailag szintetizált polimer (C10-C16 monomerekből álló) molekulákat tartalmaz. Teljesen aromás-, kén- és foszformentes alapolaj. Viszkozitásindexe magas, dermedéspontja alacsony. Apoláris. Oxidációval szembeni ellenállóképessége mérsékelt, de oxidációgátló adalékokra jól reagál.
     
  • Group V: az I-IV osztályban nem szereplő szintetikus alapolajok gyűjtőcsoportja. Főként észterolajok alkotják, de ezek mellett megtalálhatók a csoportban a nafténes alapolajok, szilikonok, poli-alkilén-glikolok, perfluor-polialkil-éterek is. Az észterolajok közül a diészter és a poliészter alkalmazása a legjellemzőbb. Az észterolajok előállításának számos módja van. Az eltérő gyártási eljárások eltérő tulajdonságú alapolajokat eredményeznek. Közös jellemzőjük a széles hőmérséklettartományban alkalmazhatóság, a kiváló viszkozitásindex, alacsony párolgási veszteség, poláros jelleg, nagy hőstabilitás. Aromásmentesek.
     
  • Group VI: a legújabb szintetikus csoport, 2003-ban került bevezetésre. A poli-internal-olefinek (PIO-k) tartoznak ebbe az osztályba. Polimer struktúrájú, de az olefin molekulák felépítése eltér a poli-alfa-olefin felépítésétől. Magas viszkozitásindex, jó oxidációs és termikus ellenálló képesség, alacsony párolgási tulajdonság jellemzi. Apoláris.


Szerkezetbeli eltérések

Az előző részben már említésre került, hogy az ásványolaj-alapú alapolajoknak (Group I-III) a kiindulási nyersanyag miatt több hátrányos tulajdonsága van a szintetikus alapolajokkal összehasonlítva. Ezeknek a negatív jellemzőknek fő okozói az olajban maradt szennyezőanyagok - például különféle aromás vegyületek - és az inhomogén molekulaszerkezet. A szennyezőanyagok ronthatják az olaj kenési tulajdonságait, az inhomogén szerkezet a folyóssági tulajdonságokra és párolgási jellemzőkre lehet rossz hatással. A nem elég szűk molekulatömeg-eloszlás nagy illékonyságot, párolgási veszteséget, alacsony viszkozitásindext, rossz alacsonyhőmérsékleti tulajdonságokat eredményez. Az alábbi ábra egy hagyományos ásványi alapolaj, egy nagyon magas viszkozitásindexszel (Very High Viscosity Index) rendelkező Group III+ -os alapolaj és egy teljesen szintetikus, Group IV csoportba tartozó, azonos monomerekből polimerizált PAO alapolaj molekulatömeg-eloszlását mutatja:

Molekulatömeg
1. ábra - Különböző típusú alapolajok molekulatömeg-eloszlása
forrás: ZPlus - Techbrief - Oil Base Stocks

 

Az ábra kiválóan szemlélteti a szintetikus alapolajok egységes, jól definiált molekulaszerkezetét. A homogén összetétel egyúttal azt is jelenti, hogy az alapolajban szennyezőanyagok nincsenek jelen, párolgási vesztesége - az illékony, kis szénatomszámú komponensek hiánya miatt - alacsony.


Az eltérő struktúrából származó további különbségek

A szerkezetbeli eltérés más jellemzőkben is előnyt kovácsol a szintetikus alapolajok számára. Ha megvizsgáljuk a Group I-V alapolaj-csoportok egyéb tulajdonságai közötti eltéréseket, a szintetikus alapolajok pozitív jellemzői még jobban nyilvánvalóvá válnak:

Alapolajok össszehasonlítása
1. táblázat - A Group I-V alapolajok összehasonlítása
forrás: Baladincz - Hancsók - Magyar - Pölzcmann: Környezetbarát motorolajok


A Group I, Group III+ és Group IV alapolajok számszerű, közvetlen összehasonlítása egyes jellemzőik szerint:

Alapolajok tulajdonságai
2. táblázat - A Group I, Group III+ és Group IV alapolajok jellemzői
forrás: Baladincz - Hancsók - Magyar - Pölzcmann: Környezetbarát motorolajok


Bár a PAO viszkozitásindexe nem kiugróan magas - a Group III+ besorolású extra nagy viszkozitásindexű olaj felülmúlja -, azonban összetételben (kén-, aromás-, nafténtartalom), alacsonyhőmérsékleti tulajdonságokban (folyáspont, CCS viszkozitás), párolgási veszteségben, hő- és oxidációs stabilitásban egyértelműen jobb jellemzőkkel bír. A CCS viszkozitásról a következő részben, a NOACK párolgási veszteségről a cikksorozat V. részében lesz szó. A PAO adalékoldó képessége ugyan elmarad az ásványi alapolajokétól, de megfelelően összeállított adalékcsomaggal ezt a hátrányt mérsékelni lehet. A PAO homogén szerkezetének van egy nagyon fontos pozitív hozadéka a már említetteken felül, melyről eddig még nem esett szó: a hagyományos kenőanyaghoz viszonyítva kedvezőbb a hőátadási tulajdonsága, így a motor belső hűtése jobban megvalósítható. Ez, és az előbb vizsgált jellemzőkben mutatott előnye mindenképpen a másik két, vizsgált csoport elé helyezi a PAO alapolajt.


Alkalmazási hőmérséklet-tartomány

Mivel a kenőanyagnak széles hőmérséklet-tartományban kell helytállnia a gépjármű motorjában, ezért alapvető fontosságú alacsony- és magashőmérsékleti tulajdonságainak, termikus határainak ismerete. Az egyes alapolaj-csoportok alkalmazhatóságainak intervallumait szemlélteti a következő ábra:

Hőmérséklet - alkalmazhatóság
2. ábra - Az ásványi és szintetikus olajok alkalmazási hőmérséklet-tartománya
forrás: Baladincz - Hancsók - Magyar - Pölzcmann: Környezetbarát motorolajok


Azaz a szintetikus alapolajok kiugró termikus alkalmazhatósági intervallummal rendelkeznek mind szakaszos-, mind folyamatos üzemet tekintve. Ezek az alapolajok szélsőséges hőmérsékleti körülmények között is képesek ellátni feladatukat akár folyamatos üzemben is - például a poliészterek 200 °C felett is tartósan alkalmazhatók -, biztosítani tudják a megfelelő motorvédelmet extrém hideg- és melegüzemi viszonyok között is. Tulajdonképpen arról van szó, hogy folyósságuk a szélsőséges hőmérsékleteken is egy adott, megkívánt intervallumon belül marad. Mivel a motorkopás döntő hányada a hidegindítás során következik be, aminek megelőzésében vagy legalábbis csökkentésében az olaj alacsonyhőmérsékleti-folyósságának hatalmas szerepe van, ezért a fenti megállapítás kiemelt jelentőséggel bír. A motorolajokról szóló sorozat következő részében ez a témakör részletesen taglalásra fog kerülni.


Alkalmazástechnikai jellemzők

Bár a szintetikus alapolajok számos tulajdonságban messze felülmúlják az ásványi alapolajokat, azonban ez a kijelentés nem minden esetben állja meg a helyét. A folyamatos fejlesztések ellenére egyes műszaki- és főleg gazdaságossági jellemzőkben még elmaradnak az ásványi alapolajtól, vagy nem biztosítanak annyival kiemelkedőbb előnyt a természetes eredetű alapojakhoz képest, amely költségesebb gyártásukat vonzóvá tenné. Összességében a szintetikus alapolajok nyújtják napjainkban a legmagasabb fokú motorvédelmet járműveink számára, az alacsonyhőmérsékleti, viszkozitás-módosulásbeli, oxidációs-stabilitási, párolgási jellemzőik együttesen olyan tulajdonságokkal ruházzák fel ezen alapolajokat az ásványiakkal szemben, melyet a Group I-III csoportba tartozó alapolajok még erősen adalékolt állapotban is legfeljebb csak megközelíteni tudnak. A különböző alapolajok alkalmazástechnikai jellemzőit mutatja be a következő táblázat:

Alkalmazástechnika
3. táblázat - Az ásványi és szintetikus olajok alkalmazástechnikai jellemzői
forrás: Baladincz - Hancsók - Magyar - Pölzcmann: Környezetbarát motorolajok

 


Adalékolásbeli eltérések

Az eddigiekben kimondottan csak a motorolaj alapját képező alapolajokat vizsgáltuk. Ismert, hogy a motorolajok az alapolaj mellett adalékokat is tartalmaznak, melyek nagy mértékben képesek módosítani az olaj tulajdonságát, egyes esetekben új képességekkel felruházva azt, valamint megakadályozzák vagy csökkentik a motorolajok bomlási folyamatait. Az eltérő alapolaj-minőségek eltérő adalékolást és adalékmennyiség alkalmazását teszik szükségessé. A szintetikus motorolajban az alapolaj - az alapolaj jobb tulajdonságai miatt - magasabb százalékban van jelen az ásványi eredetű alapolajhoz viszonyítva. Az alábbiakban néhány jellemző példa kerül kiemelésre: az alapolaj jobb viszkózus tulajdonsága kevesebb viszkozitás-módosító adalékanyag hozzáadását igényli (pl. dermedéspont-csökkentő), illetve az ásványi olajban megtalálható, a gyártási eljárás során a nyers kőolajból ki nem nyert molekulák - melyek a kész motorolaj tulajdonságait negatívan befolyásolhatják - nincsenek jelen, ezen összetevők káros hatása ellen nem kell külön adalékokat alkalmazni. Míg az ásványi olaj érzékenyebb az oxidációra - és ezért több oxidációs inhibítort tartalmaz - addig a szintetikus olaj kevésbé szenzitív, tehát kevesebb oxidációt gátló adalékanyag alkalmazására van benne szükség. Mivel a hagyományos olaj inhomogén szerkezete miatt illékonyabb a szintetikusnál, így a kisebb molekulasúlyú, illékonyabb összetevők könnyebben el tudnak távozni, nagyobb, nehezebb molekulákat hagyva maguk után és ezzel megváltoztatva a motorban maradó olaj összetételét. A párolgás miatt bekövetkező kipufogógáz emisszió leromlása mellett az olaj viszkózusabbá válása, vastagodása egyúttal a tüzelőanyag-fogyasztás növekedését is okozza. Szintetikus olajoknál a homogén szerkezet által biztosított alacsonyabb mértékű párolgási veszteség miatt az előbb említett hátrányok kisebb mértékben jelentkeznek, az illékonyságból származó negatív hatásokat kiküszöbölő adalékanyagokból emiatt kevesebbre van szükség. Az észterbázisú szintetikus alapolaj poláros jellege miatt jobban megtapad a fémek felületén: a fémen általában poláros (oxid) réteg található, amelyen az apoláros (szénhidrogén) kenőolaj nem tapad jól, emiatt a szénhidrogén alapú kenőolajokhoz tapadóképességet javító adalékokat kevernek. Azonban a kiváló tapadóképességgel rendelkező észterbázis miatt erre Group V-ös alapolaj esetén kisebb mértékben van szükség. Hátrányként jelentkezik viszont ezen alapolajok poláris jellege az egyes adalékokkal való keveredés szempontjából, valamint az EP és kopásgátló adalékok abszorpciójának korlátozása a felületeken, ezért ezen típusú alapolajok adalékolása külön figyelmet igényel a gyártók részéről.
Mivel a kenőanyag fő feladata a kenés, melyet alapjában véve az alapolaj biztosít, és ezt a tulajdonságot az adalékanyagok továbbfokozzák, ezért a magasabb alapolaj-térfogatszázalék jobb kenési tulajdonsággal ruházza fel a szintetikus olajat. Ezenfelül a többlet alapolaj egyben hosszabb kenőanyag-élettartamot is jelent. Nem elhanyagolható az a tény sem, hogy a szintetikus motorolajok a kisebb mennyiségű adalékhányad miatt a motor esetleges túlhevülésekor kevesebb üledéket, hamut hagynak maguk után, melyek lerakódásokat okozhatnak a kenőrendszerben.


Filmréteg-erősség

Az ásványolaj alapú kenőanyag filmrétegének erőssége kisebb, mint a mesterségesen előállított bázisú kenőanyagé. A filmréteg erősségén két, egymástól kenőanyaggal elválasztott, magas hőmérsékletnek és nagy nyomásnak kitett alkatrészek közötti vékony kenőanyagréteg fenntartásának képességét értik. Számszerű jellemzésére a HTHS (high temperature - high shear) viszkozitás szolgál. Minél magasabb a filmréteg erőssége, az adott kenőanyag annál jobban tudja biztosítani a hidrodinamikus kenési állapothoz szükséges kenőanyag-filmet. A szintetikus olajok filmrétegének erőssége akár többszöröse lehet a hasonló viszkozitási tulajdonsággal rendelkező ásványi olajok filmerősségénél azonos viszkozitási osztályon belül! A viszkózusabb olajoknak magasabb a filmréteg erőssége, azonban egy alacsonyabb viszkozitású szintetikus olajjal hasonló filmréteg-erősséget lehet elérni. Például az SAE 30-as, 40-es melegoldali besorolású minőségi szintetikus olaj filmréteg-erőssége magasabb lehet a hagyományos, ásványi olaj alapú SAE 50-es, 60-as melegoldali besorolású kenőanyagénál! Ennek jelentőségéről, valamint a kinematikai- és HTHS viszkozitásról, viszkozitási osztályokról a következő részben lesz szó.


A szintetikus olaj használatának előnyei

A szintetikus motorolajok alkalmazásának előnyei az ásványi eredetűekkel szemben:

  • hosszabb csereperiódus
  • jobb kopásvédelem (növeli a motor várható élettartamát)
  • jobb belső hűtőhatás
  • jobb hidegoldali folyási tulajdonságok
  • magasabb viszkozitásindex
  • erősebb filmréteg (azonos viszkozitási osztályon belül)
  • jobb termikus stabilitás
  • jobb oxidációs stabilitás
  • jobb hidrolitikus stabilitás
  • kisebb párolgási veszteség (azonos viszkozitási osztályon belül)
  • jobb nyírásstabilitás
  • kevesebb adalék, magasabb alapolaj térfogatszázalék
  • kisebb hamuképződési hajlam (kevesebb adalék miatt)
  • magasabb lobbanáspont

A szintetikus motorolajok ezen előnyei mindenképpen egy olyan pluszt kölcsönöznek a kenőanyagnak, ami egyértelműen az ilyen olajak javára billenti a mérleget.


Tévhitek a szintetikus olajok körül

A fentebb említett előnyök ellenére a mai napig sokan kételkedve viszonyulnak a mesterségesen előállított olajokhoz. A bizalmatlanság egyik oka az első szintetikus motorolajok kezdeti tömítéskárosító hatása volt. A legelső mesterséges úton előállított motorolajok alapolajai és adalékanyagai valóban károsíthatták a tömítéseket. Azóta azonban már sok év eltelt, a kezdeti hibákat kijavították a gyártók, de a bizalmat még nem sikerült teljes mértékben visszaszerezniük. Szerepet játszik ebben az is, hogy sok esetben nem a szintetikus olaj károsítja a szimmeringeket, hanem - az idősebb, sokat futott, korábban csak ásványi olajjal használt erőforrásban - a jobb oldó, tisztítóhatásának köszönhetően képes a régi lerakódásokat - melyek addig a réseket tömítették - kioldani, így olajszivárgást okozva. Ám ez a hiba nem fenyeget, ha a motor keveset futott és/vagy új korától kezdve minőségi, kevés lerakódást okozó olajokkal volt használva és az olajcsere-periódust sem nyújtották el. A másik gyakori ok, amit felhánytorgatnak a szintetikus olajokkal szemben: a magas olajfogyasztás. Ennek oka összetettebb: a szintetikus olaj jobban tapadó olajfilm-rétegét a (kissé) kopott hengerben az olajlehúzó gyűrű kevésbé hatékonyan tudja eltávolítani a hengerfalról, így az az égéstérbe jut és ott elég. Emellett a szintetikus olajok folyósságukat alacsony hőmérsékleten jobban megőrzik, ami azt okozhatja, hogy a régebbi gyártású, nagyobb illesztési hézagokkal készült motor üzemi hőfokra történő melegedéséig az ilyen olajok könnyebben bejuthatnak az égéstérbe akár az előbb vázolt ok miatt, akár például a szelepszár-, szelepvezető- és szelepszárszimmeringek alacsony hőmérsékleten - a sokat futott motornál a használattól már egyébként is - megnövekedett illesztési hézagain keresztüli átfolyás miatt. A harmadik ok, ami miatt nagyobb mértékű olajfogyást tapasztalhat az autótulajdonos: az eltérő viszkozitású (többnyire alacsonyabb téli fokozatú) olaj párolgása. Számottevően kisebb a szintetikus és félszintetikus olajok párolgási vesztesége az ásványi olajokkal összehasonlítva egy adott viszkozitási osztályon belül. De többnyire a (fél)szintetikus olajra történő váltásnál - kihasználva annak előnyösebb folyási tulajdonságait, a kedvezőbb hidegfolyósságát - alacsonyabb téli viszkozitású kenőanyagra vált a tulajdonos. Azonban két, azonos melegoldali viszkozitási osztályú és azonos eredetű olaj között annak lesz magasabb a párolgási vesztesége, melynek téli fokozata alacsonyabb. Ezért előfordulhat az, hogyha az autótulajdonos az ásványi 10w-40-es olajról átvált egy kevésbé minőségi fél- vagy (erősen kétes minőségű) teljesen szintetikus 5w-40-es vagy 0w-40-es olajra, akkor annak párolgási vesztesége nagyobb lesz, mint a korábban használt 10w-40-es ásványi olajé. A félreértések elkerülése érdekében tisztázzuk azt, hogy bár ilyen besorolású ásványi motorolajok nem léteznek (10w-40-es fokozatútól jobbat nem tudnak tisztán ásványi alapolajból előállítani, az ilyen fokozatú olajok jelentik a tisztán ásványi eredetű olajok csúcsát), de ha léteznének, akkor jelentősen magasabb lenne a párolgási veszteségük a szintetikus olajokénál! Az előzőekben tárgyalt okok miatt fellépő olajfogyasztás bár nem jó, de egy bizonyos értékig - ennek nagysága a gépjármű gyártója által meg van adva - tolerálható. Inkább csipegesse kismértékben a motor az olajat, minthogy magasabb hidegoldali viszkozitású - ásványi alapú kenőanyag esetén általában egyéb jellemzőiben is rosszabb - olajra váltsunk az olajfogyasztás minimalizálása érdekében!


Konklúzió

A motorolaj komplex kőolajipari termék. Az optimális alapolaj és adalékanyag-koncentrátum összeállítása hosszú kutató-fejlesztőmunka eredménye. A járműtulajdonos által utólagosan az olajba öntött további adalékanyagok a gondosan megtervezett összetétel megváltozásával jár. A "házi" utókezeléssel az olajba juttatott anyagok reakcióba léphetnek a bázisként szolgáló olajjal, annak adalékaival, ezáltal lerakódásokat, bevonatokat, viszkozitás-módosulást, teljesítőképesség-csökkenést okozva. Ezért minden körülmény között kerüljük az olajok utólagos adalékolását! Az utólagos adalékolás helyett válasszunk inkább prémiummárkás, lehetőleg minimum félszintetikus kenőanyagot!

 

Puskás János úr (a cikksorozat szerzője) megtisztelő engedélyével. Division Performance

 

Felhasznált irodalom:

1, Gépjárműszerkezetek - Műszaki Könyvkiadó
2, Belsőégésű motorok folyamatai - dr. Kalmár István, dr. Stukovszky Zsolt
3, BME - Közlekedésmérnőki Kar - Műszaki kémia - órai jegyzet
4, Opie Oils - Oil man
5, Környezetbarát motorolajok - Baladincz Jenő - Hancsók Jenő - Magyar Szabolcs - Pölzcmann György
6, ZPlus - Techbrief - Oil Base Stocks
7, Michael Kaufman - Motor Oil Bible

 

Nyilatkozat:

Az oldalon közzétett információk tájékoztató jellegűek és felelősségvállalás nélkül kerültek közlésre. Eltérés esetén a gépjármű és a kenőanyag gyártójának álláspontja az irányadó.

Ebben a kategóriában nincsenek termékek.

Kérjen árajánlatot, Klikk ide!

OilPower Webáruház | OilPower Webáruház © 2017 | E-mail
Shophunter.eu a boltvadász