Aditiva do motorových olejů – Vlastnosti a účinnost přísad

[Mirek]

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.