Autor : Ing. Pavel Brož, Fuchs Oil Corporation (CZ), spol. s r. o.

TBN - další tajemná zkratka  

Dotaz:
Můžete vysvětlit význam zkratky TBN? Prý jde o jakousi alkalickou rezervu motorového oleje. Znamená to, že čím je toto číslo vyšší, tím je olej kvalitnější?

Odpověd:
TBN (Total Base Number) je opravdu celkové číslo zásaditosti a vyjadřuje alkalickou rezervu oleje, tedy jeho schopnost neutralizovat kyselé zplodiny. Tak jednoduchá závislost mezi jeho hodnotou a kvalitou motorového oleje ovšem není.

Začněme ale od počátku. Koncem 40. let byly činěny první pokusy ke zlepšení čistoty motorů a prodloužení výměnných intervalů olejů. Docela úspěšným řešením bylo přidat do oleje rozpustné detergenty zvané sulfonáty. Neutralizací sirných kyselin alkalickými složkami (zásadami), jako jsou hydroxid (louh) vápenatý a hořečnatý vzniknou vápenaté a hořečnaté sulfonáty. Věc měla ale jeden nedostatek - kyselost použitého oleje deaktivovala tyto složky a to vedlo k tvorbě černých kalů, zrovna jako při používaní neaditivovaných, "čistých" olejů. Tak přišla snaha udržet olej mírně zásaditý, aby bylo zajištěno dobré prostředí pro detergenty. Bylo to učiněno přidáním většího množství zásadité složky, než kolik bylo třeba pro neutralizaci při výrobě detergentu, proto se tyto přísady nazývají "overbased". Stupeň předávkování zásaditosti se měří laboratorně neutralizací detergentu kyselinou známé koncentrace a výpočtem ekvivalentu zásaditosti jako "miligramů hydroxidu draselného (KOH) na gram vzorku" (mg KOH/g). Pokud tedy gram konkrétního předávkovaného sulfonátu je ekvivalentem k 100 mg KOH, říkáme, že má celkové číslo zásaditosti (TBN) 100. Pokud například 5% této látky přidáme do minerálního oleje neutrální reakce, výsledná směs bude mít TBN 5.

Proč se olej stává v průběhu provozu kyselým? Olej sám oxiduje na slabé organické kyseliny působením vzdušného kyslíku, ale již v 50. letech bylo toto eliminováno účinnými antioxidačními přísadami. Olej ovšem může také získat kyselost díky obsahu síry v palivu. Když je spalováno palivo s obsahem síry, vytváří se kysličník siřičitý - plyn dobře známý z jevu kyselých dešťů. Mísí se s vodou, která také vzniká při spalování a část z takto vzniklých kyselin si najde cestu do olejové náplně. Proto jsou v oleji potřeba ony zmiňované zásaditostí předávkované sulfonáty, ale v jak velkém množství? Přidání většího množství těchto látek (nejsou nijak drahé) není dobrou metodou, protože po spálení zanechávají tvrdé bílé popelnaté úsady (v případě vápenatých přísad je to vápenec), které způsobují předzápaly v zážehových motorech a omezují proudění plynů ve vznětových motorech. Po čase i sebelépe těsnící pístní kroužky propustí malé množství oleje do spalovacích prostorů, proto vytváření popelnatých úsad je problémem dlouhodobým. Z tohoto důvodu řada specifikací předepisuje maximální množství popelnatých přísad. Např. norma JASO MA předepisuje limit těchto složek na max. 1,2 %, čímž je číslo TBN omezeno na cca 9. Olej s vyšším TBN by měl příliš vysoký obsah popelu a tím by byl nevhodný pro zážehové čtyřdobé motory moderních motocyklů. Číslo TBN od 7 do 9 je totiž více než dostatečné pro jakýkoli současný benzínový motor provozovaný na palivo s nízkým obsahem síry. Dokonce i kdyby byl olej používán po dobu několikanásobku doporučeného výměnného intervalu, TBN 9 stále poskytuje bezpečnou rezervu.

Oleje pro malé, rychloběžné naftové motory mívaly dříve poměrně vysoká čísla TBN (9 až 11), aby se vypořádaly se sirnatou naftou, ale používání současné, moderní nafty s velmi nízkým obsahem síry způsobuje, že naftové motory osobních automobilů vyžadují dnes oleje s TBN podobným, jaké mají benzínové motory. Pouze velké motory těžkých užitkových vozidel, které mají velmi dlouhé kilometrové proběhy mezi výměnami oleje potřebují TBN 12 nebo více.

Zajímavost na konec: Existují oleje, které mají číslo TBN 80 - jsou to jednorozsahové oleje, které jsou pod tlakem přiváděny přímo na stěny válců motorů, které vykonávají 40 otáček za minutu (!!!) a jejichž zdvihový objem činí 1,5 milionu cm3 - tedy 1500 litrů! Ano, řeč je o velkých lodních motorech. Ty jsou ovšem poháněny palivem, které má tak vysoký obsah síry, že bez ochrany stěn válců mazivem s takto vysokým TBN by došlo velmi brzy k jejich poškození.

Používají se tyto látky v aditivačních paketech motorových olejů? Pokud ano, jaké mají účinky a k čemu slouží?

Ano, zinkdialkyl-dithiofosfáty (dále jen ZDDP) jsou používány jako osvědčená aditiva již velmi dlouhou dobu, přibližně od konce 40. let minulého století. Jde o účinné látky, které působí proti opotřebení na třecích plochách, protože obsahují síru a fosfor (-thio- je chemický výraz pro síru), ale nejsou to agresivní anti-wear přísady, které by (jako některé jiné) působily více škod než užitku. Jsou ideální pro velmi horké oblasti, jako jsou např. pístní kroužky.

Také působí antioxidačně, chrání základový olej proti degradaci kyslíkem, jejímž důsledkem je vznik kyselých kalů. Tím také omezují korozi. Jsou různé druhy ZDDP, některé mají lepší antioxidační účinky než ochranu proti opotřebení a naopak. Některé oleje bez obsahu detergentů, které používají ZDDP jako jedinou přísadu (např. Osmaston z řady Silkolene Classic) jsou velmi dobré, jde o velké zlepšení proti "čistým" olejům bez přísad.

V poslední době je snaha o vytlačení ZDDP protože v dnešních motorech s dlouhou životností, u kterých se neprovádí dekarbonizace se tvrdé, odolné popelnaté úsady ze spáleného ZDDP mohou usazovat ve spalovacích prostorech a fosfátová složka, která odchází do výfuku může deaktivovat činný povrch katalyzátoru (jde ovšem o velmi dlouhodobý proces). Nejnovější snahou je omezit obsah ZDDP, popřípadě náhradou jinými antioxidanty a AW aditivy jej úplně eliminovat.

Dotaz, či spíše názor uživatele:
Příliš nedbám na hodnoty HTHS u motorových olejů i když vím, že jsou produkty, např. SAE 20W-50, které vykazují velmi vysoké hodnoty - např. 5.8 mPas při 150°C. Spíše bych ale řekl, že tím převyšují ostatní oleje a poskytují vyšší ochranu proti opotřebení. Podle mého názoru by se člověk měl spíše orientovat podle výsledků testů opotřebení na čtyřkuličkovém přístroji, kde je lépe simulováno to, co se v motoru skutečně děje. Vždyť ten výše uvedený olej dosahuje ve čtyřkuličkovém testu hodnoty 0,432 a olej SAE 0W-30 od téhož výrobce pouhých 0,36. Myslím že to je důkazem, že olej s vyšší viskozitou (nejen) HTHS poskytuje lepší ochranu proti opotřebení.

Nejprve si ujasníme některé pojmy. HTHS, neboli viskozita při střihovém namáhání při vysokých teplotách, je velmi důležitým parametrem motorového oleje. Při vysokorychlostním mazání dochází totiž přesně k těm podmínkám, které jsou zmíněny - vysoká teplota a vysoké střihové namáhání. K čemu při něm ovšem rozhodně nedochází, je vysokotlaké tření v bodovém kontaktu mezi velmi tvrdými povrchy (teoreticky možné snad u kuličkových ložisek bez klece, ale ta nejsou v konstrukcích motorů používána již minimálně 75 let.)

Princip čtyřkuličkového testu je následující: Tři kuličky jsou umístěné pevně na podložce, čtvrtá rotuje upnuta ve sklíčidle a je proti nim přitlačována v lázni maziva. Na třech statických kuličkách se vytvoří malé otěrové plošky, podle nichž se posuzuje opotřebení.

Čtyřkuličkový test je proto při posuzování motorového oleje naprosto zavádějící a irelevantní metodou. Bodové kontakty tvrdých povrchů dávají dobré výsledky při použití agresivních chemických přísad proti opotřebení na bázi síry, fosforu nebo chlóru. Hypoidní převodový olej, který obsahuje sirné/fosforové složky proti opotřebení, aktivované při relativně nízkých teplotách vykazuje velmi dobré výsledky ve čtyřkuličkovém testu, tak proč jednoduše nepoužít aditiva převodových olejů v motorech? Protože při teplotách dosahovaných v kritických místech motorů (např. horní pístní kroužek 280°C i více) se převodová aditiva stávají silně korozními činidly. Tato skutečnost je výrobcům olejů i motorů známa již 60 let. Chlorovaná aditiva proti opotřebení (často nabízena podvodnými prodejci s "kouzelnými" přísadami do olejů) jsou ještě horší. Dokonce i z receptur hypoidních převodových olejů byly vyloučeny již v 50. letech minulého století. Ale je třeba zopakovat, že mají skvělé "čtyřkuličkové" výsledky!

Ještě ke čtyřkuličkovému testu - byl vyvinut ve 30. letech společností Shell, která jej ovšem zakrátko přestala v automotivní oblasti používat. Dnes se používá pouze pro hodnocení řezných a tvářecích olejů a plastických maziv.

Závěrem přidám jednu zajímavost: Počátkem 80. let německá pobočka Shell zveřejnila výsledky srovnávacích testů opotřebení na šesti různých zkušebních přístrojích včetně "vierkugel apparat". Vedle sedmi druhů převodových olejů různých typů a viskozit zahrnuli do testů i dvě kapaliny, které se běžně jako maziva nepoužívají: mléko a pivo! Výsledky byly velmi zajímavé. Oleje dopadly poměrně dosti špatně, i když je třeba přiznat že ve čtyřkuličkovém testu poněkud lépe než v testu metodou Falex (zadření rotujícího válečku), který označil pivo za naprostého vítěze, dokonce lepšího než hypoidní olej SAE 90!

A jaké z toho všeho plyne poučení? Nejlepším testovacím přístrojem pro motorový olej je motor a HTHS viskozita je velmi důležitým parametrem při posuzování vlastností motorových olejů.

1). Co znamená zkratka API GL?

API znamená Americký petrolejářský institut, GL je zkratka pro Gear Lubricant (převodové mazivo) a definice tříd GL jsou:
API GL-1 Minerální olej bez přísad
API GL-2 Olej s nízkým obsahem EP (Extreme Pressure) přísad pro šnekové převody
API GL-3 Olej s nízkým obsahem EP přísad pro rovná i spirálová kuželová soukolí v nápravách a převodovkách
API GL-4 Olej se středním obsahem EP přísad, úroveň kvality MIL-L-2105, méně namáhané hypoidní převody, manuálně řazené převodovky
API GL-5 Vysoký obsah EP přísad, kvalita MIL-L-2105D, všechny hypoidní nápravové převody, některé manuálně řazené převodovky.
API GL-6 Velmi vysoký obsah EP přísad, neplatná třída

2). Je důležité vybrat produkt se správnou třídou API GL?

Ano, je. Výběrem správné výkonové úrovně převodového oleje zabezpečíte nejlepší ochranu všech součástí převodovky proti opotřebení.

3). Co vyjadřují různé třídy SAE?

SAE je zkratkou pro Society of Automotive Engineers. Klasifikační systém tříd SAE určuje jak je olej "hustý" nebo "řídký". Terminologicky správně jde o viskozitu oleje. Zde jsou vyjmenovány viskozitní třídy převodových olejů podle vzrůstající viskozity: SAE 75W, SAE 80W, SAE 85W, SAE 90, SAE 140, SAE 250.

4). Co znamená zkratka EP?

EP je zkratkou pro Extreme Pressure, tedy extrémní tlak a vztahuje se k aditivu (přísadě) použitému v převodových olejích. Tato přísada byla vyvinuta k zabránění kontaktu kov-kov mezi součástmi převodů. EP přísady jsou zpravidla na bázi síry nebo fosforu. Tyto složky se váží ke kovovým povrchům a tam, kde jsou místa s extrémními tlaky a teplotami, vytvářejí ochrannou chemickou vrstvu. Přítomnost síry dodává převodovým olejům charakteristický zápach.

5). Mohou se syntetické a minerální převodové oleje vzájemně míchat?

Ano, ale je třeba si uvědomit, že jsou dva základní druhy syntetických převodových olejů: polyalfaolefinové (PAO) a polyalkylenglykolové (PAG). PAO jsou vlastně člověkem vyrobené verze minerálních olejů (i když se značně zlepšenými vlastnostmi) a mohou být proto bez problémů míchány s minerálními oleji. Polysyntetické produkty často obsahují minerální i syntetický základový olej, z toho je zřejmé, že musí být možné je míchat. Polyalkylenglykoly (PAG), ovšem nejsou mísitelné ani s PAO, ani s minerálními oleji. Při používání těchto olejů je třeba tomu věnovat velkou pozornost. PAG se ovšem v automotivních aplikacích vyskytují zřídka.

6). Co to je hypoidní převod?

Hypoidní je zkrácený tvar slova hypocykloidní a vztahuje se ke geometrii uspořádání talířového kola a pastorku, které se obvykle používá v automobilech s poháněnou zadní nápravou. Pastorek bývá zpravidla oproti talířovému kolu velmi vyosený, čímž se omezuje zasahování hnacího hřídele do prostoru pro cestující (nižší středový tunel).

7). Potřebuji pro samosvorný diferenciál speciální olej?

Ano. V situaci, kdy rozdělení výkonu mezi oba hnací hřídele kol přestane být rovnoměrné (většinou kvůli stavu povrchu, po kterém se pohybují hnací kola - např. náledí, sníh, bláto), jsou samosvorné diferenciály schopny účinně zablokovat obě poloosy vůči sobě, čímž opět zajistí rovnoměrné rozdělení výkonu na poháněná kola.Když mechanismus samosvorného diferenciálu "sepne", dochází k velkému rázovému zatížení na spojku diferenciálu, která vyžaduje ochranu proti opotřebení a proti prokluzu. Použití nesprávného oleje může vést k poškození spojky a k vibracím.

8). Proč bych měl v mém veteránu používat čistý minerální olej bez EP přísad?

Oleje bez EP přísad mohou být někdy vyžadovány v převodovkách a v rozvodovkách starších vozidel. Závisí na stáří, na výrobci a modelu vozidla. Určité konstrukce převodovek používají součástky z fosforového bronzu (obsahuje měď), které jsou citlivé zejména na EP přísady na bázi síry. Síra reaguje s mědí a ničí celistvost povrchu zmíněných součástek. To vede k následným poruchám funkce.

9). Je v pořádku, když použiji kapalinu pro automatické převodovky (ATF) v manuálně řazené převodovce?

U určitých konstrukcí je přímo předepsáno použití ATF v manuálních převodovkách, ale měly by být používány pouze tam, kde to výrobce vysloveně stanovuje.

10). Existuje jeden převodový olej, který by splňoval všechny mé požadavky?

Závisí to na výrobci a na konkrétním modelu, ale velmi často odpověď zní ne. Převodovky, skříně stálého převodu, diferenciály, rozdělovací převodovky, atd. mají své vlastní specifické požadavky na mazání. Specifikace požadovaného oleje je stanovena konstruktéry, kteří určili jaký druh oleje zajistí maximální ochranu součástek převodovky. Samozřejmě může být možná určitá racionalizace a snížení počtu používaných maziv, ale kouzelný "jediný produkt pro vše" není dosažitelný.