Oleje silnikowe

fot. MobilWpływ rodzaju oleju o tej samej lepkości na jego zużycie

Klasyfikacje olejów silnikowych

Przyjęło się, że oleje silnikowe dzieli się w zależności od dominującego udziału oleju bazowego. W Europie produkt zawierający ponad 30% składników syntetycznych jest już określany mianem oleju półsyntetycznego. W pełni syntetyczny olej zawiera 100% syntetycznych baz olejowych.

Aby jednak oleje silnikowe można było porównywać pomiędzy sobą, opracowano systemy ich klasyfikacji. Są one co jakiś czas modyfikowane z uwagi na postęp w technologii silnikowej i stosowane rozwiązania, głównie systemy oczyszczania spalin.
Najpopularniejszym zbiorem wymagań jakościowych dla olejów jest wprowadzona w 1947 r., ujednolicona w 1971 r. klasyfikacja API (American Petroleum Institute). Większość obowiązujących w latach 70. i późniejszych norm jest już dawno wycofana. Sukcesywnie są one zastępowane nowymi wymaganiami.

Normy dla silników benzynowych oznaczone są symbolem S, a dla diesli - C. Za literą S lub C znajduje się litera mówiąca o klasie oleju (im dalsza litera alfabetu, tym wyższa klasa oleju). Aktualnie najnowszą (najwyższą) klasą dla silników benzynowych jest SM, a dla silników Diesla klasa CI-4 dla samochodów użytkowych. Środki smarne do silników o ZS w samochodach osobowych obecnie nie są klasyfikowane wg API.

Na porównanie właściwości olejów pod względem lepkości pozwala klasyfikacja SAE (Society of Automotive Engineers), opracowana w 1926 r. Początkowo była oparta na wartościach lepkości oleju w temperaturach -17,8^o C i 98,9^o C. W roku 1997 wprowadzono wymagania SAE J300, które określają wymagania dla 6 klas olejów zimowych (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) i 5 klas olejów letnich (20, 30, 40, 50, 60). Właściwości niskotemperaturowe oleju są określane przez temperaturę granicznej pompowalności. Parametry w wysokich temperaturach określa się przez określenie limitów lepkości kinematycznej w temperaturach 100 i 150^o C. Pomiar lepkości w temperaturze 150^o C wykonuje się w warunkach wysokiej prędkości ścinania. Określa się ją jako lepkość HT/HS (High Temperature/High Shear).

Najmłodszą klasyfikacją stanowią europejskie wymagania ACEA (Association des Constructeurs Européens d’Automobiles, istniejące od 1996 r.). Zajmuje się określaniem wymagań jakościowych dla olejów silnikowych, biorąc pod uwagę specyfikę rynku europejskiego.

Powyższe klasyfikacje uwzględniają tylko silniki napędzane klasycznymi paliwami silnikowymi -benzyną i olejem napędowym. Paliwa alternatywne, w tym gazowe, dotychczas nie doczekały się klasyfikacji uwzględniających specyfikę pracy silników nimi zasilanych.

Poszczególni producenci silników zasilanych gazem ziemnym tworzą własne wymagania odnośnie właściwości olejów stosowanych w takich jednostkach napędowych.
Warunki pracy silnika zasilanego LPG nie odbiegają znacząco od warunków na benzynie, lecz z pewnością nie są takie same, co potwierdzają badania prowadzone m. in. w polskich placówkach naukowych. Wskazuje to jednoznacznie na potrzebę stworzenia klasyfikacji jakościowej dla silników zasilanych LPG. Niestety dotychczas nie opracowano nawet założeń takich wymagań, co prawdopodobnie wynika z niszowego charakteru tego paliwa w ujęciu globalnym.

Klasyfikacja jakościowa API

Określa ona jakość oleju silnikowego, co odbywa się na podstawie odpowiednich testów, w czasie których badane są czystość i zużycie gładzi cylindrowych, pierścieni tłokowych, łożysk i zaworów. Bada się również odkładanie zanieczyszczeń w silniku oraz występowanie korozji i stopień utleniania się oleju. Producenci silników na podstawie tych wymagań dobierają odpowiedni dla danej jednostki napędowej środek smarny.

Silniki benzynowe

Symbolem klasyfikacji API silników o ZI (benzynowych) jest litera S. Kolejny znak po literze S określa klasę jakości i warunki eksploatacji oleju.

• SG - wymaga lepszych parametrów w zakresie odporności na ścieranie, zachowania czystości, ochrony przed zanieczyszczeniem i trwałości niż niższe klasy. Dotyczy głównie samochodów wyprodukowanych przed rokiem 1993.
• SH - wprowadzona w 1993 roku, zastąpiła klasę SG. Testy i wartości graniczne pozostały te same, co w klasie SG, jest ona jednak bardziej wymagająca z uwagi na ściśle określone i kontrolowane procedury testowania. Klasa ta obejmuje głównie silniki stosowane w pojazdach wyprodukowanych przed 1996 r.
• SJ - klasa wprowadzona w 1996 r. z taką samą procedurą testową, co w klasie SH. Zmieniły się wymagania odnośnie parowania (niższe wartości), zmniejszono również zawartość fosforu. Klasa SH obejmuje silniki samochodów wyprodukowanych przed rokiem 2001.
• SL - klasa wprowadzona w 2001 r.; pozostawia testy silnikowe i procedury takie same jak w SJ. Zwiększono ograniczenia w odkładaniu osadów wysokotemperaturowych i w zakresie zużycia oleju. Klasa SL obejmuje silniki samochodów wyprodukowanych przed 2004 r.
• SM - klasa wprowadzona w 2004 r. Wprowadza zwiększoną odporność olejów na utlenianie, zapobiega osadzaniu się zanieczyszczeń i ma lepszą wydajność smarowania w niskich temperaturach.

W silnikach o ZI można z powodzeniem używać olejów silnikowych o wyższych klasach jakości w stosunku do tej, którą zaleca producent.

Silniki Diesla

Symbolem klasyfikacji API do silników o ZS jest wyznacznik C. Kolejny znak po literze C określa klasę jakości i warunki eksploatacji oleju.

• CC - oleje do lekkich silników o ZS, zawierające dodatki zapobiegające odkładaniu się osadów i zanieczyszczeń wysokotemperaturowych oraz występowaniu korozji.
• CD - oleje do silników wysoko obciążonych, zawierające dodatki zapobiegające ścieraniu, odkładaniu osadów i występowaniu korozji przy wykorzystywaniu paliw o różnej jakości.
• CE - spełnia wymagania niższych klas, dedykowany do silników wysoko obciążonych.
• CF-4 - przewyższa parametry klasy CE pod względem wymagań odnośnie zużycia i zanieczyszczenia tłoków.
• CF - zastępuje klasę CD; oleje tej klasy są dedykowane do silników pracujących na paliwie o podwyższonej zawartości siarki.
• CG-4 - do silników amerykańskich o niskim poziomie emisji spalin. Zastępuje klasy CD, CE i CF-4. Spełnia wymagania emisji spalin z roku 1994.
• CH-4 - wprowadzona w 1998 roku. Do silników amerykańskich, emitujących niewielką ilość toksycznych składników spalin, zaprojektowanych zgodnie z wymogami emisji spalin z roku 1998. Zastępuje klasy CD, CE, CF-4 i CG-4.
• CI-4 - wprowadzona w 2002 roku. Do silników amerykańskich, emitujących niewielką ilość toksycznych spalin, zaprojektowanych zgodnie z wymogami emisji spalin z roku 2004. W szczególności nadaje się do silników, w których zastosowano układ recyrkulacji spalin (EGR). Zastępuje klasy CD, CE i CF-4, CG-4 i CH-4.
• CJ-4 - najnowsza klasa wprowadzona pod koniec 2006 roku z przeznaczeniem do smarowania silników o ZS o podwyższonej czystości spalin wyposażonych w filtry cząstek stałych (DPF) lub układy recyrkulacji spalin (EGR) przy stosowaniu paliwa o najniższej zawartości siarki (poniżej 15 ppm). Przy stosowaniu paliwa o wyższej zawartości siarki zaleca się skracanie przebiegu pomiędzy wymianami oleju.

fot. WikipediaZakresy tempertur stosowania olejów silnikowych zgodnych z klasyfikacją lepkościową SAE

We współczesnych silnikach o ZS (Diesla) można stosować oleje lepszej jakości od rekomendowanych przez ich producenta. Wyjątkiem są silniki VW zasilane za pomocą pompowtryskiwaczy, które wymagają olejów o ściśle określonej specyfikacji.

Każdy olej silnikowy zazwyczaj spełnia wymagania API zarówno w stosunku do silników benzynowych, jak i Diesla, np. SJ/CF.

Klasyfikacja SAE (lepkościowa)

Parametry lepkościowe uwidocznione na opakowaniach środków smarnych określa klasyfikacja SAE (Society of Automotive Engineers). Poszczególne klasy lepkości SAE w praktyce pomagają określić odpowiednią dla danego silnika grubość filmu olejowego zarówno w niskich, jak i wysokich temperaturach.

Klasy SAE, odnoszące się do niskich temperatur kończą się literą W (Winter). Przed nią znajduje się liczba określająca klasę. W każdej klasie lepkości określa się lepkość maksymalną w temperaturze pomiaru oraz graniczną wartość pompowalności w temperaturze niższej o 5^o C. Graniczna temperatura pompowalności gwarantuje, że olej będzie pełnił swoją rolę również w niskich temperaturach. Można ją traktować jako najniższą bezpieczną temperaturę rozruchu silnika.

Wymagania dla olejów silnikowych wg SAE J300

fot. MobilOkreślenie lepkości oleju wielosezonowego

⁽¹⁾ pomiar przy użyciu CCS (Cold Cranking Simulator = symulujący warunki rozruchu na zimno przyrząd do mierzenia lepkości dynamicznej ASTM D 5293)

⁽²⁾ lepkość kinematyczna (ASTM D445)

⁽³⁾ graniczna temperatura pompowalności zmierzona przy użyciu MRV (Minirotary Viscosimeter) ASTM D 4684

⁽⁴⁾ SAE 0W-40, 5W-40 i 10W-40

⁽⁵⁾ SAE 15W-40, 20W-40, 25W-40 i 40

Klasyfikacja jakościowa ACEA
Zadaniem Europejskiego Zrzeszenia Producentów Pojazdów Samochodowych (ACEA) jest m. in. rozwijanie klasyfikacji jakości olejów silnikowych w odniesieniu do europejskich rozwiązań technicznych i warunków eksploatacji. Najważniejszą różnicą pomiędzy klasyfikacjami ACEA a API jest wydzielenie przez ACEA olejów do silników Diesla samochodów osobowych i dostawczych (klasa B) oraz samochodów ciężarowych oraz maszyn roboczych (klasa E).
Nowa klasyfikacja ACEA 2007 dzieli oleje silnikowe na trzy grupy:

• A/B - do silników o ZI i o ZS stosowanych w samochodach osobowych i dostawczych,
• C - „ekologiczne” środki smarne o niskiej zawartości popiołu, przeznaczone do silników o ZI i o ZS do samochodów osobowych i dostawczych spełniających najnowsze normy czystości spalin,
• E - do silników o ZS stosowanych w samochodach ciężarowych.

fot. ShellOznaczenia stosowane na opakowaniach olejów silnikowych

Zaliczenie oleju do jednej z wyżej wymienionych grup wymaga przeprowadzenia odpowiednich testów laboratoryjnych i chemicznych oraz badań eksploatacyjnych. Testy laboratoryjne sprawdzają m. in. lepkość oleju, jego odporność na pienienie, szczelność i odporność antykorozyjną. W testach przeprowadzanych poza laboratoriami bada się m. in. odporność na ścieranie łożysk ślizgowych, zużycie pierścieni tłokowych, wałów krzywkowych i gładzi cylindrowych.

Postęp w technologii olejowej jest ściśle związany z rozwojem techniki silnikowej i stosowanych rozwiązań ograniczających emisję szkodliwych składników spalin. Stosowane w silnikach katalizatory i filtry cząstek stałych praktycznie wyeliminowały z olejów związki siarki i fosforu, które do niedawna stanowiły główne składniki dodatków przeciwzużyciowych. To samo dotyczy baz olejowych - coraz częściej wykorzystuje się syntetyczne oleje bazowe, aby spełnić wymagania odnośnie lepkości. Ograniczenia te znacznie komplikują i zwiększają koszty opracowania i produkcji olejów.