Od ropy k motorovým olejům

1) Jak se vyrábí olej? Jak se přemění z černé, kalné kapaliny, která tryská ze země do nektarově čisté substance, kterou lijeme do motorů?

Surová ropa, která má obvykle velmi nízkou viskozitu (na rozdíl od obecně rozšířeného laického názoru) je destilována na lehké, střední a těžké frakce. Zbytky špatné kvality se používají jako palivo pro pomaloběžné vznětové motory obřích tankerů, kterými se ropa dopravuje do rafinerií. Z lehčích složek, kterých bývá obvykle více než 90% původního množství ropy se vyrábí benzín a nafta. Některé z těžších olejů (stále ještě velmi tmavé a zapáchající) procházejí několika procesy, během nichž se vyčistí a odstraní se z nich voskový podíl. Z přibližně 12 olejových produktů vzniklých při těchto procesech jsou čtyři čisté, jasně jantarově zbarvené kapaliny, které se běžně využívají při výrobě moderních motorových a převodových olejů. Přibližně odpovídají třídám SAE 10, 20 a 30 motorové stupnice a třídě SAE 140 dle převodové stupnice viskozit. Rafinerie olejů také produkují široký sortiment plynů a dalších chemických sloučenin, které mohou být používány při výrobě maziv „šitých na míru“ - syntetických. Viz dále.

2) Jaké složky se přidávají do rafinovaných základových olejů? K čemu slouží?

V dávných dobách motorismu se k mazání používaly rafinované oleje „čisté“, tedy bez přísad. Nevýhodou ovšem bylo, že ani v pomaloběžných motorech 80 let starých konstrukcí oleje nevydržely příliš dlouho a také životnost motorů byla podle dnešních měřítek krátká. Příčinami tohoto stavu byly černé kaly a koroze. Ty byly v 50. letech minulého století eliminovány použitím detergentních a antioxidačních přísad v motorových olejích. Starší automechanici si ještě pamatují jak vypadaly uvnitř motory provozované na oleje bez těchto přísad – ventilová zdvihátka, rozvodová kola a další součásti se často pohybovaly v otvorech, které si vyběhaly v kompaktních, tlustých blocích černých karbonových úsad! Detergentní přísady smývají karbon vzniklý při spalování paliva z povrchu válců a z drážek pístních kroužků, současně omezují korozi válců a pístních kroužků. Antioxidanty zastavují reakci oleje se vzdušným kyslíkem, čímž brání tvorbě kyselých kalů a tím redukují korozi a možnost ucpávání olejových kanálů. Některé antioxidanty mají užitečný vedlejší efekt, kdy také snižují opotřebení. Tyto skutečnosti prodloužily jak životnost oleje, tak životnost motoru přibližně trojnásobně. (Oleje bez přísad musely být měněny každých 1500 km a dokonce i mírně zatěžované motory, které na ně byly provozovány, byly „zralé“ na celkovou opravu po 20 – 30 tisících km.) Samozřejmě, musíme uznat, že vývoj motorů přinesl četná konstrukční a metalurgická zlepšení, ale ta potřebovala důležitý „tekutý konstrukční prvek“ aby mohla být plně účinná. Později přišly na řadu další složky – disperzantní přísady, které udržují karbon ve formě malých částic, rozptýlených v oleji. Nemohou se usazovat, procházejí olejovými filtry a nepůsobí žádné škody. (Pevné částice v použitých moderních motorových olejích mají velikost přibližně 1/1000 mm; póry v olejových filtrech jsou nejméně 15x větší.)

Dalším velkým problémem motorových olejů bývaly studené starty. Bylo obvyklé používání olejů SAE 20W (W jako Winter) v zimě a olejů SAE 30 nebo 40 v létě. Dokonce i oleje s koncovkou W, tedy zimní, mívaly značné potíže se startováním při velmi nízkých teplotách. Startér prostě nedokázal udělit motoru potřebné startovací otáčky. Když je olej studený, má vysokou viskozitu a nízkou, když je horký - bohužel. Olej musí mít dostatečnou viskozitu pro zabezpečení ochrany součástí silně zatěžovaného motoru při provozní teplotě. Potom ovšem musel být použit olej takové třídy, který měl zastudena příliš vysokou viskozitu (byl „hustý“). Řešením tohoto dilematu je vícerozsahový olej (multigrade). Olej, který se chová jako SAE 20W zastudena, ale zatepla se jeho viskozita sníží („olej zřídne“) pouze na úroveň třídy SAE 40 nebo 50. Ano, vícerozsahový nebo chcete-li celoroční olej SAE 20W-50. Toho může být dosaženo smícháním oleje nízké viskozity s vysoce viskózními polymery na bázi plastů nebo syntetických pryží; tyto složky se příliš neprojevují za nízkých teplot, ale jak se olej zahřívá, jejich řetězce molekul se rozvinují a olej do určité míry „zahušťují“ – zvyšují jeho viskozitu. Viskozita oleje sice s ohřevem stále klesá, ale ne tak rychle jako u oleje bez obsahu polymerů, nebo u jednorozsahového. Vícerozsahové oleje se začaly používat kolem roku 1960, ale první typy snadno podléhaly mechanickému střihovému namáhání – více v převodovkách, než v motorech. V současnosti jsou používány polymery vyšší kvality, které odolávají střihu dokonce i při společném mazání motorů a převodovek (zejména u motocyklů).

Mimochodem, v olejích se dnes používají poměrně velká množství těchto aditiv a polymerů. Rozhodně to není pouze „trocha toho a špetka onoho“! Kvalitní moderní motorový olej SAE 10W-40 může dnes obsahovat 80% základového oleje a 20% přidaných chemikálií. Hádejte co je dražší?

3) Jaké jsou rozdíly mezi minerálními, polosyntetickými a plně syntetickými oleji? Pokud jde o jejich složení a výkonnost… Prosím o vysvětlení, pochopitelné laikem.

Předtím, než se podíváme na detaily, je třeba si uvědomit jednu věc: Neexistuje žádná přesná dělící čára mezi minerálními a syntetickými základovými oleji. Chemické složky, které se přidávají jako aditiva na zlepšení do minerálních motorových olejů jsou samy o sobě syntetické. Základové složky syntetického maziva jsou značným pokrokem oproti minerálnímu oleji, s mnoha pozitivními vlastnostmi a několika málo negativními. Další věcí, kterou je třeba zmínit je fakt, že neexistuje pouze jedna syntetika. Je vícero různých typů syntetických maziv a požadavek, že „motor Super XXR musí používat plně syntetický olej“ je nesmyslný, pokud příslušný „odborník“ nevysvětlí, jaký druh syntetiky má na mysli. Podobně pomýlené je naznačovat, že konstrukčně zastaralé motocyklové motory jisté nejmenované americké značky musí být mazány výhradně minerálním olejem pensylvánského původu, jinak se zadřou. Možná že takové motory nepotřebují syntetiku 21. století, ale pokud v nich bude použita, rozhodně nedojdou újmy – samozřejmě za předpokladu dodržení viskozitních a výkonových specifikací.

Nejjednodušším typem syntetiky jsou ve skutečnosti upravené minerální oleje. Bývají označovány jako hydrokrakové základové oleje, vyrábějí se v rafineriích tak, že se určité druhy minerálních frakcí podrobí speciálnímu procesu zpracování. Jsou dražší než běžné minerální oleje, ale ne příliš. Jejich výbornou vlastností je odolnost proti odpařování při vysokých teplotách. Byly používány již v minulosti z čistě technických důvodů, ale nyní jsou velmi oblíbené u pracovníků marketingu protože na jejich obalech se může legálně používat magické slovo „syntetický“, aniž by se příliš utrácelo za olej uvnitř! Levné „syntetické“ oleje mohou obsahovat od několika do 20% upraveného minerálního oleje.

Při použití jednoduchých chemických sloučenin nebo plynů z rafinerií popř. i z jiných zdrojů je možné „syntetizovat“ tedy vystavět molekuly maziva na míru tak, aby měly požadované vlastnosti, jako například dobré chování při nízkých i při vysokých teplotách, nízké ztráty odpařováním nebo uchování potřebné minimální viskozity při velmi vysoké teplotě. Takové látky jsou skutečně syntetické a jsou dva základní druhy, které se využívají v recepturách motorových olejů – PAO (polyalfaolefiny) a estery. Ani jedny nejsou levné. PAO jsou příbuzné minerálním olejům a jsou ideálními nosnými látkami pro všechny sloučeniny používané v minerálních olejích. Protože nevykazují gelovou strukturu při velmi nízkých teplotách, všechny motorové oleje 0W-X mají recepturu na bázi PAO, aby splnily test 0W při teplotě -35°C. Estery byly původně vyráběny pro mazání leteckých proudových motorů a dosud jsou všechny oleje pro tyto motory na esterové bázi. Ačkoli jejich výkonové vlastnosti jsou podobné jako u PAO, mají jednu velmi hodnotnou navíc: Jsou samy o sobě velmi dobrými mazivy a pomáhají chránit kovové povrchy proti opotřebení.

Pokud jde o mazání vysoce zatížených pohonných jednotek (např. motocyklové motory), u nich obvykle nejsou doporučovány oleje 0W-X a 5W-X, a zřejmě nejlepším řešením běžného motocyklového oleje pro čtyřdobý motor je 10W-40 střihově stabilní polosyntetický produkt s podílem esteru. Estery zlepšují mazání převodovky a rozvodového mechanismu. 100% plně syntetické oleje se vyskytují poměrně vzácně, hlavně proto, že jsou výrobně velmi nákladné a z toho vyplývá jejich vysoká cena pro koncového uživatele. Kombinace ester/PAO s velmi stabilními polymery je nejlepším řešením pro mazání vysoce výkonných motorů v nejtěžším provozu, tedy při závodech.

4) Jak motorový olej funguje? Čím jsou dány jeho mazací vlastnosti? Jak se udrží na povrchu součástí?

Kluzné ložisko – jako např. hlavní ložisko klikového hřídele nebo ložisko spodního oka ojnice – při rychlém otáčení „plave“ na relativně silné vrstvě oleje. Kovové povrchy se přitom nedotýkají. Vysoká rychlost vytváří nosný klín oleje mezi oběma povrchy a tento olejový film odolává zatížení, podobně jako vodní lyžař klouzající po mazivu velmi nízké viskozity – vodě. Když ale otáčky klesnou a motor se zastaví, pánve ložisek vytlačí olejový film a dotknou se klikových čepů – podobně jako lyžař, který se pustí lana, ztratí rychlost a klesne do vody až po krk. Tam, kde dochází ke vzájemnému kontaktu kovových povrchů, je potřeba přísad, které sníží opotřebení a riziko zadření. Na bocích zubů převodových kol, součástech rozvodu a na pístních kroužcích v obou úvratích není vysoká rychlost pohybu, která by vytvářela mazací nosný klín, olejové vrstvičky jsou tam velmi tenké a určitý kontakt „kov na kov“ je nevyhnutelný. Některá maziva, a to i taková, která vypadají že by měla mít dostatečnou viskozitu a mazivost, zde zcela propadají! Patří mezi ně např. velmi čisté minerální oleje a určité druhy syntetických olejů. Jsou zcela závislé na chemických sloučeninách, které při vysokých teplotách a tlacích reagují s kovem, čímž vytvářejí velmi tenkou ochrannou vrstvičku zabraňující mikrosvarům v místech, kde kovové povrchy přicházejí do přímého kontaktu. Detergentní a antioxidační aditiva fungují často také jako složky zabraňující opotřebení. Odlišným způsobem fungují estery – ty jsou elektrostatickými silami přitahovány k povrchům kovů a udrží se na nich i v případě, kdy jsou vystaveny vzájemnému kontaktu.

5) Jaké jsou hlavní rozdíly mezi oleji téhož typu, resp. jaký je rozdíl mezi „dobrým“ a „špatným“ olejem?

To závisí do značné míry na poctivosti prodávajícího, tak se mějte na pozoru! Dobrý olej je takový olej, který odpovídá všem normám a specifikacím uvedeným na obalu. Je to SAE 10W-40? Opravdu splňuje test viskozity při -25°C? V našich laboratořích jsme testovali několik konkurenčních produktů, které jej nesplňovaly. Na obalu bývá obvykle uvedena specifikace API, například SH nebo SL. Je to americká norma pro automobily, ale jako základní vodítko je použitelná. Pro automobily evropské výroby je rozhodně vhodnější norma ACEA, popřípadě specifikace konkrétních výrobců. Pro motocykly potom norma JASO MA a MA2. Pokud olej nemá normy a specifikace uvedeny, raději jej nechte na regálu. Také nepodlehněte právnickým formulacím jako „splňuje požadavky…“ nebo „je doporučován pro použití v…“ (kým???)

Dále je zde otázka používání slova „syntetický“! Pokud ponecháme stranou extrémní případy, kdy je cena velmi průměrného motorového oleje zvýšena náklady na dopravu ze západního pobřeží USA, platí pravidlo, že dostáváte takovou kvalitu, jakou si zaplatíte. Nejlepší motorové oleje jsou vyráběny ve vyspělých evropských zemích, ale za nízkou cenu můžete také koupit levnou „modifikovanou minerální“ syntetiku s polymerní vícerozsahovou přísadou nízké kvality. Tak to bohužel často chodí, kvalita odpovídá vynaloženým nákladům.

6) Jaké důsledky lze očekávat při používání motorového oleje nízké kvality?

Obvykle se důsledky dostaví až po poměrně dlouhé době, výjimkou je závodní použití. Uvědomte si, že olej je tekutý konstrukční prvek a levný olej je jako levný náhradní díl. V běžném cestovním automobilu nebo motocyklu se dlouhodobá provozní spolehlivost a uchování výkonových parametrů (např. akcelerace a spotřeba paliva pod hodnotami udávanými výrobcem) stanou oběťmi používání maziva nízké kvality. Ovšem u vysoce výkonného stroje, neřkuli závodního a zejména pak motocyklu se mohou důsledky dostavit daleko dříve a mohou být přímo katastrofální. Nedávno jsem viděl blok motoru ze závodního motocyklu Honda CBR 600. Všechny čtyři válce byly na činných plochách vydřené a písty byly pochopitelně také zničené. Celý blok musel být vyměněn. Poté, co investoval hodně prostředků do závodních úprav motoru, jeho majitel ušetřil pár stokorun tím, že použil levný „servisní“ olej SAE 10W-40, nejspíše klasifikace API SG nebo nižší, bez specifikace JASO, který byl velmi rychle degradován na SAE 30 a níže. Perlička nakonec: Byl to již druhý motor, který zničil na ten samý olej!

7) Některé olejářské společnosti mají reklamní kampaně, které zdůrazňují, že jejich produkty mají zvláštní, jedinečné vlastnosti. Lze takové reklamy brát vážně?

Ano a ne! Některé reklamy v motoristických časopisech* jsou seriózní a marketingové výrazy jako např. náš „Electrosyntec“ jsou ve skutečnosti kódovými slovy pro estery, které jsou v mazacích olejích pro moderní motory a zejména motocyklové pohonné jednotky opravdovým přínosem. Žádný výrobce nemá ovšem žádné jedinečné „tajemství“, vše je tedy závislé na vytvoření nejlepší možné směsi základových olejů a přísad pro danou aplikaci za určitou cenu a pochopitelně je třeba opět zdůraznit, že dostáváte to, co jste si zaplatili. Osobně se domnívám, že význam střihové stability a vlastnosti „stay-in-grade“ není dostatečně akcentován.

Co je ovšem velmi pochybné, je tvrzení, že olej na minerální bázi vylepšený pár procenty modifikovaného minerálního (hydrokrakového) oleje je syntetický a vhodný pro závody, atd. Zcela určitě není! Stále jsme svědky nekonečného významového manévrování a právnického kličkování okolo kouzelného slůvka….“syntetický“. Například, „syntetický“ olej může být pouze polosyntetický („Ale!... Neříkali jsme Vám přece, že je zcela syntetický, že ne?) a pokud je za nízkou cenu jde nevyhnutelně o modifikovanou syntetiku minerálního typu. Jak jsem již uvedl: dostáváte to, co jste si zaplatili. Doporučuji se držet renomovaného evropského výrobce a uvědomit si, že doprava oleje přes půl světa z něho automaticky nedělá lepší mazivo, než je to, které bylo vyrobeno nedaleko od vás.

(*Pokud jde o televizní reklamu… ještě někdo jí dnes věří? Televizní reklamní kampaň může svými vysokými náklady významně navýšit cenu specializovaného zboží, jakým je olej. Jde o navýšení v řádu desítek korun na litr.)

8) Můžete prosím vysvětlit systém viskozitní klasifikace? Co znamená viskozita oleje? Co například znamená 10W-40?

Viskozita neboli česky vazkost je míra vnitřního tření kapaliny, tedy odpor který klade tečení. Voda a parafíny tečou velmi snadno, mají tedy nízkou viskozitu (jsou řídké). Ovocný sirup nebo převodový olej třídy SAE 140 nevytékají z lahve tak snadno, mají vysokou viskozitu (jsou husté – pozor! Nezaměňovat s hustotou, která je měrnou hmotností a s viskozitou nesouvisí.) Velmi důležitým parametrem, zejména u olejů je teplota. Olej, který je „hustý“ při 20°C, je při teplotě 100°C velmi „řídký“. Občas si některý motorista stěžuje, že vypustil použitý olej z horkého motoru a ten tekl jako voda. Na to odpovídám, že to je dobré, přesně tak má horký olej téci.

Viskozitní klasifikace SAE (Society of Automotive Engineers) hodnotí viskozitu olejů od studených startů až po provozní teplotu motoru. Obsahuje dvě stupnice viskozitních tříd – zimní (W jako Winter) a při 100°C. Olej třídy SAE 10W-40 musí splnit test viskozity SAE 10W při -25°C a současně test SAE 40 při 100°C. V olejové laboratoři je ochlazovaný přístroj na měření viskozity pro zimní (W) testy a další přístroj pro standardní měření při teplotě 100°C. Klasifikační stupnice SAE zahrnuje 6 „W“ tříd od velmi náročné 0W při -35°C až po snadnou 25W při -10°C, která se ovšem v našich klimatických podmínkách prakticky nepoužívá. Smyslem této „W“ stupnice je pomoci při studených startech, umožnit oleji aby začal rychle cirkulovat v mazacím systému motoru a současně omezit ztráty výkonu a vyšší spotřebu paliva v době, kdy se motor zahřívá. Když je motor zahřátý, přicházejí na řadu třídy hodnocení viskozity při 100°C. Je jich pět – SAE 20, 30, 40, 50 a 60 i když je mi záhadou, proč v 21. století pořád někdo trvá na používání olejů SAE 60.

Omlouvám se, ale nyní bude trochu nezáživných technických pojmů. Pro měření viskozity se používá jednotka zvaná centistoke (cSt - v metrické soustavě mm2/s). Je pojmenována po Siru George Stokesovi, který k měření viskozity používal kovové kuličky a měřil čas jejich potopení do oleje. Například třída SAE 30 zahrnuje rozsah od 9,3 do 12,5 cSt a třída SAE 40 od 12,5 do 16,3 cSt. Většina olejů SAE 40 se ovšem pohybuje okolo hodnoty 14 cSt přibližně ve středu intervalu. Nyní bych rád zdůraznil něco, co si většina lidí neuvědomuje: Motory nevědí na jakou viskozitu oleje právě běží. Pokud je tedy motor naplněn olejem SAE 10W-40, bude při teplotě oleje 100°C mazán olejem viskozity 14cSt, ale při teplotě oleje 90°C bude viskozita 18 cSt, tedy odpovídající SAE 50. Obdobně, při teplotě oleje 110°C bude viskozita 11 cSt, čili stejná jako u SAE 30 (což je žádoucí). Plyne z toho poučení, že v chladnějších klimatech by neměly být používány příliš husté oleje. Kvalitní oleje 10W-40 nebo ještě řidší jsou pro moderní motory naprosto správnou volbou. Hustých olejů bych doporučoval se držet pouze v případě starších motorů (veteránů), zejména vzduchem chlazených a/nebo s velkými vůlemi a málo výkonným olejovým čerpadlem.

Sportovní vozy Radical jsou poháněné vyladěnými, přeplňovanými motory Suzuki Hayabusa a jsou také často používány při závodech (myslím, že jeden z nich stále drží absolutní rekord na jedno kolo na starém Nürburgringu). Používají náš olej Silkolene SAE 15W-50 s vysokým obsahem esteru, zde ovšem má vyšší viskozita význam, protože teplota oleje se pohybuje okolo 130°C! Pro olej to není problém, ale motory musí být osazeny těsnícími prvky ze speciálních materiálů. Při 130°C je viskozita oleje 10cSt, což odpovídá třídě SAE 30 a motoru to naprosto vyhovuje.



Ing. Pavel Brož, FUCHS Oil Corporation (CZ), spol. s r. o.