Copyright © 1999-2000, Petr Váňa & Panda internet studio Jakýkoliv výňatek či přetisk obsahu serveru Škoda TechWeb může být použit jinde pouze s písemným svolením provozovatelů serveru, jež jsou uvedeni výše.

Aditiva (vlastnosti a ú?innost dodate?ných p?ísad do motorových olej?)
Rubrika: Motor
Publikován: 10. října 2003

Ing. Petr Mašek (petr.masek@vscht.cz)
VŠCHT Praha, Ústav technologie ropy a petrochemie

?lánek seznamuje se studiem ú?ink? dodate?ných aditiv do motorových olej?. Bylo analyzováno složení dodate?ných aditiv, tj. obsah aktivních prvk? (P, S, Zn, Ca, Mg, Ba) a byl stanoven vliv dodate?ných aditiv na viskozitní chování motorových olej?, v?etn? d?sledk? pro provoz motoru. Byl také ur?en vliv dodate?né aditivace na termooxida?ní stabilitu motorových olej?.

1. Úvod
Jako d?sledek rostoucích požadavk? spot?ebitel? na kvalitu motorových olej? se v maloobchodním prodeji ?asto objevují r?zné p?ípravky na úpravu vlastností olej?. Nabídka t?chto dodate?ných olejových aditiv je velmi široká a dnes jsou na trhu dostupné p?ísady r?zných výrobc? a r?zného ur?ení - s obsahem pevných ?ástic (teflon), rozpustné mazivostní a antioxida?ní p?ísady, detergentní p?ísady (výplachy motor?) apod. Názory na kvalitu t?chto p?ípravk? jsou však velmi protich?dné. Výrobci motor? a motorových olej? použití t?chto p?ípravk? zásadn? odmítají, p?esto se v maloobchod? velice dob?e prodávají díky velmi ?asté reklam? v tisku i v televizi a údajným vynikajícím ú?ink?m na mazání motoru, uchování jeho ?istoty a zlepšení dalších vlastností provozu motoru.

2. Analýza a vlastnosti p?ísad do motorových olej?
Na našem pracovišti jsme testovali šest druh? dodate?ných p?ísad (tabulka 1). Z ?ady dodate?ných p?ísad byly vybrány takové, které neobsahovaly žádné pevné ?ástice (teflon) a byly ur?eny ke zlepšení mazivostní charakteristiky, ke zlepšení viskozitních parametr? a zvýšení oxida?ní stability motorového oleje. Tyto dodate?né p?ísady byly zakoupeny na trhu v ?R a byly testovány ve sm?si s motorovými oleji r?zných specifikací. Motorové oleje byly vybrány tak, aby byly zastoupeny odlišné druhy výrob základových olej? (tabulka 2).
Jednotlivá aditiva byla analyzována na obsah kov?, které se b?žn? vyskytují v motorovém oleji. Jedná se zejména o zinek (antioxidant, protiod?rová p?ísada) 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 d?vod?. Mapován byl také obsah chloru, protože je známé, že chlorované uhlovodíky jsou velmi dobrými mazacími prost?edky, avšak z ekologických i provozních d?vod? je obsah chloru v motorových olejích nežádoucí. Výsledky analýzy aditiv shrnuje tabulka 3.
Zinek je obsažen hlavn? v dialkyldithiofosfátech (ZDDP), které p?sobí jako protiod?rové p?ísady a vysokoteplotní antioxidanty. Z analýzy je z?ejmé, že všechna aditiva obsahovala ur?itá množství ZDDP (teoretický hmotnostní pom?r Zn:P:S v ZDDP je p?ibližn?1:1:2) a je také velice pravd?podobné, že tato aditiva obsahovala ješt? další sirné slou?eniny (nap?. dialkyldithiokarbamáty). Dále n?která aditiva (zejména od firem CRC a Wynn‘s) obsahovala pom?rn? velké množství fosforu a po jejich p?idání do motorového oleje nemusí již aditivované mazivo spl?ovat limit (max. 0,1 % hm. P) pro moderní oleje výkonové specifikace API SJ nebo SL. Nap?. po p?idání aditiva W F1G vzroste obsah fosforu v oleji o 0,06 % hm. Celosv?tovým trendem je v poslední dob? snižování obsahu zejména fosforu v motorových olejích, p?ipravují se nové p?edpisy API povolující max. 0,05 % hm. fosforu v oleji a výhledov? se po?ítá s nulovým obsahem fosforu. D?vodem je otrava katalyzátor? výfukových plyn? slou?eninami fosforu a snižování jejich ú?innosti. Jedná se tedy zejména o ekologický problém. Zvýšená úrove? koncentrace fosforu v dodate?n? aditivovaných olejích tedy pro spot?ebitele m?že znamenat snížení životnosti katalyzátoru výfukových plyn?.
Další kovy (Mg, Ca, Ba) jsou sou?ástí detergent?. V?tšinou se jedná o organokovové slou?eniny (fenoláty, sulfonáty). Srovnáním s typickými hodnotami obsahu sledovaných prvk? v motorovém oleji lze ?íci, že všechny dodate?né p?ísady obsahovaly zvýšené množství detergentních slou?enin. V n?kterých p?ípadech však byl rozdíl oproti b?žnému motorovému oleji tak malý, že po na?ed?ní aditiva do motorového oleje v pom?ru p?ibližn? 1:9 se detergentní ú?inek oleje nem?že znateln? zlepšit. Podobná situace je i s antioxida?ní p?ísadou ZDDP, jejíž koncentrace je v n?kterých dodate?ných aditivech srovnatelná s typickým motorovým olejem.
Dalším sledovaným prvkem, který byl zjišt?n v aditivu CRC a W SFP, je chlor. Slou?eniny s obsahem chloru se uplat?ují jako vysokotlaké p?ísady hlavn? v olejích ?ezných a obráb?cích. Naproti tomu se nehodí k použití do motorových olej?. P?í?inou je jejich relativn? snadná hydrolyzovatelnost a malá tepelná stálost provázena vznikem neú?inných rozkladných produkt? a tvorbou HCl, která je velmi korozívní za p?ítomnosti vlhkosti. Použití chlorovaných látek v motorových olejích m?že vést tedy ke korozi všech mazaných míst, zejména pak t?ch, které jsou vystaveny vyšším teplotám. Koncentrace chloru v aditivech však není p?íliš velká a nezdá se, že by chlorované látky byly do aditiv p?idávány zám?rn?. Jedná se spíše o ne?istoty, které se do p?ípravku dostaly s n?kterými jednotlivými složkami, protože chlorované látky jsou b?žné meziprodukty p?i výrob? n?kterých aditiv.

3. Vlastnosti motorových olej? po dodate?né aditivaci
Pro ú?ely m??ení se p?ipravily kombinace motorových olej? (tabulka 2) a olejových p?ísad (tabulka 1) v koncentraci 10 % aditiva v oleji. Celkem se tedy analyzovalo 18 vzork? olej?. U vzork? byly zm??eny a vypo?teny následující vlastnosti: kinematická viskozita p?i 40 °C a p?i 100 °C, viskozitní index, karboniza?ní zbytek (MCRT) a ?íslo kyselosti (TAN). Z výsledk? m??ení se jeví jako nejzajímav?jší porovnání viskozitní charakteristiky, kterou se budeme dále zabývat.
Jak je z?ejmé z obr. 1a-c, viskozitní charakteristiky aditivovaných olej? se ve v?tšin? p?ípad? podstatn? zm?nily. Po p?idání aditiva se viskozita p?i 40 °C u všech olej? zvýšila, u aditiv CRC a W SFP z?stala jen nepatrn? vyšší oproti ?istému oleji. Nejv?tší rozdíl nastal u oleje Mogul a Total, kdy se po p?ídavku aditiva STP OT zvýšila viskozita o více než 50 %. Pro viskozitu p?i 100 °C platí podobné záv?ry jako u viskozity p?i 40 °C. Rozdíly však nebyly tak velké. Vyšší viskozity (p?i 40 °C a 100 °C) aditivovaných olej? znamenaly jen nepatrný nár?st viskozitního indexu (nejvyšší u aditiva STP OT s olejem Mogul), ale i nepatrný pokles (CRC a W SFP).
Ani zvýšený viskozitní index však nem?že vyvážit negativní dopad zvýšené viskozity oleje na provoz motoru. Ta je zp?sobena v?tším množstvím modifikátor? viskozity v aditivech. P?i provozu dochází u polymerních molekul k mechanickému trhání, což má vliv na nestabilitu viskozity a viskozitního indexu. Použitím n?kterých aditiv také dochází u motorových olej? k p?echodu do vyšší viskozitní specifikace. Z hlediska kinematické viskozity p?echází všechny m??ené oleje (Mogul, Total a Pennzoil) ve sm?si s aditivy VAL, STP OT, STP ESL, W F1G na specifikaci 20W-50, respektive 10W-50 (srovnání viz tabulka 2).
Výrobci dodate?ných aditiv udávají, že se p?i jejich použití snižuje spot?eba paliva díky zlepšenému mazání (vyšší obsah ZDDP), ale opak je pravdou, protože vyšší viskozita oleje vede k nár?stu spot?eby paliva. Dále výrobci uvádí, že se zlepší mazání a ochrana motoru p?i studených startech, ale p?itom vyšší viskozita oleje p?i nižších teplotách má za následek pozd?jší promazání systému (motoru) a delší dobu b?hu motoru bez dostate?né vrstvy oleje. Tuto prodlouženou dobu b?hu motoru bez dostate?né olejové vrstvy na mazaných místech nem?že vyvážit ani p?ípadná siln?jší vrstvi?ka ZDDP na t?ecích plochách, zvlášt? když její tvorba je velmi sporná. Je tedy možné konstatovat, že údaje na obalech aditiv týkající se lepší ochrany motoru p?i studených startech a úspo?e paliva p?i použití n?kterých dodate?ných aditiv nejsou pravdivé a klamou zákazníka.

4. Oxida?ní stabilita doaditivovaných motorových olej?
Oxida?ní stabilita dodate?n? aditivovaných olej? byla testována dv?ma technikami. Jednak tradi?ním profoukáváním oleje kyslíkem p?i zvýšené teplot? 200 °C (modifikovaným testem IP 48) a jednak tlakovou DSC technikou izotermn? p?i 200 °C a tlaku kyslíku 3.5 MPa. Modifikovaný IP test byl vyhodnocován m??ením b?žných vlastností olej? po oxidaci (viskozita, karboniza?ní zbytek, TAN apod.).
N?které výsledky oxida?ního testu jsou prezentovány na obr. 2-5. Po zhodnocení výsledk? oxida?ních test? lze konstatovat, že testované p?ísady do motorových olej? m?ly velmi problematický ú?inek ve vztahu k termooxida?ní stabilit?. Tyto p?ísady v?tšinou zp?sobovaly zásadní zhoršení viskozitních vlastností po oxidaci oleje Mogul (viskozita aditivovaných olej? byla naprosto nem??itelná, oleje byly po oxidaci tém?? tuhé), na druhé stran? v syntetickém motorovém oleji Pennzoil Performax došlo naopak vlivem oxidace (?i spíše termickým namáháním oleje) ke snížení viskozity oleje, v n?kterých p?ípadech i podstatnému. Toto snížení viskozity bylo zp?sobeno op?t polymerními modifikátory viskozity, kterých aditiva obsahují velké množství, a jejich tepelnou degradací. Pokud p?i provozu oleje p?ihlédneme k dalšímu, a nutnému, snížení viskozity motorového oleje palivem, m?že v n?kterých p?ípadech dojít až ke kritickému snížení viskozity motorového oleje.
 Také ú?innost jednotlivých olejových p?ísad v jednotlivých motorových olejích byla velmi rozdílná, tj. jedna p?ísada mohla p?sobit v jednom oleji kladn?, v jiném oleji negativn?. Tato nejednozna?ná odezva aditiva se projevovala i v dalších vlastnostech olej?, nejen u viskozitních charakteristik. Nap?. aditiva ve sm?sích s oleji Total a Pennzoil se v n?kterých vlastnostech projevovala neutráln?. Oba tyto oleje m?ly vyšší výkonovou t?ídu API SH a SJ/CF oproti API SF/CC u oleje Mogul, což mohlo mít vliv na disperga?ní schopnosti p?ipravených sm?sí a jejich oxidovaných produkt?. V dalších ukazatelích - ?ísle kyselosti (TAN) a obsahu karboniza?ního zbytku - p?sobily dodate?né p?ísady positivn?. V t?chto ukazatelích došlo po p?idání aditiva ke zlepšení charakteristik po oxidaci p?ipravených sm?sí oproti oxidaci ?istého motorového oleje.

5. Záv?r
Tém?? všechna dodate?ná aditiva, až na Wynn’s Super Friction Proofing, obsahovala velké množství polymerních modifikátor? viskozity, které v?tšinou zp?sobovaly zvýšení viskozitního indexu oleje (po p?idání CRC Oil Treatment byl zaznamenán pokles VI). To však m?lo za následek, že se sou?asn? zvýšila viskozita oleje p?i 40 °C a p?i 100 °C. Zvýšení viskozity bylo v n?kterých p?ípadech tak velké, že olej po p?idání aditiva již nevyhovoval požadavk?m na viskozitní specifikaci p?vodního motorového oleje. Z praktického hlediska má zvýšení viskozity oleje takový význam, že dojde k ut?sn?ní motoru, ke snížení spot?eby oleje a ke snížení hlu?nosti motoru. Na druhé stran? dochází ke zvýšení spot?eby paliva díky tomu, že motor musí p?ekonávat v?tší odpor zp?sobený vyšší viskozitou mazacího oleje, a to jak p?i studených startech, tak i p?i b?žném provozu. To odporuje tvrzení výrobce aditiva Wynn’s Formula One Gold o snižování spot?eby paliva díky nižší úrovni t?ení.
A?koliv vliv dodate?ných aditiv na úrove? t?ení a opot?ebení mazaných povrch? nebyl v této výzkumné práci analyzován, pro jejich obecn? negativní p?sobení na viskozitní charakteristiku a oxida?ní stabilitu motorových olej? je t?eba jejich použití v motorových olejích d?razn? odmítnout. Není vylou?eno, že n?která aditiva ve sm?si s n?kterými motorovými oleji mají skute?n? pozitivní efekt na n?které vlastnosti oleje. Také v této práci byly takové p?ípady potvrzeny. Z hlediska spot?ebitele - motoristy je však velké riziko, že použitím dodate?ných aditiv sv?j motorový olej znehodnotí, v lepším p?ípad? mu neublíží.

6. Dodatek: Reklamní aktivity výrobc? a distributor?
Reklama na dodate?ná aditiva do motorových olej? je všudyp?ítomná. Denn? nás masíruje v televizi reklama na výrobek PS 23, s dv?ma automobily jezdícími po okruhu. Motor s PS 23 se pochopiteln? nezad?e. P?vodn? byla tato reklama vyrobena pro prezentaci výrobku Prolong. V roce 1998 inicioval ?asopis Consumer Report opakování tohoto testu  pod odborným a nezávislým dohledem. Výsledky byly pro aditivum tristní. Po vypušt?ní oleje došlo k zad?ení motor? po 5 minutách jízdy (po p?ti mílích) u obou automobil? sou?asn?.
?asto se v souvislosti s dodate?nými aditivy hovo?í o výzkumu NASA, kosmickém výzkumu apod. Reklamn? to asi zabírá, ale soudn? uvažující ?lov?k si lehce domyslí, že olejá?ské firmy by byly první, které by využily nové poznatky a získaly tak náskok v silném konkuren?ním prost?edí. Pro? by dobrovoln? p?enechávaly aktivitu ?asto neznámým a pochybným firmám.
Argumentuje se také používáním n?kterých aditiv v závodních automobilech. Zatímco tam jde o krátkodobý špi?kový výkon (a poté jde motor na generálku nebo do šrotu), u b?žného automobilu jde p?edevším o ?istotu a životnost motoru. Dnes snad už nikdo nechce dávat motor po 100 tis. km do generální opravy.
Nezávislé testy kvality jsou dalším argumentem výrobc? a distributor? dodate?ných aditiv. V roce 1992 se touto problematikou zabýval ?asopis Road Rider. Od zástupc? firem se ale nikdy nedov?d?l, kdo tyto testy provád?l a za jakých podmínek. Nechal si proto n?které testy provést na vlastní náklady u renomovaných universit a státních laborato?í. Výsledky test? jsou prezentovány na n?kolika webových stránkách v ?lánku pod názvem „Snake Oil“. Z test? vyplývá, že úsp?šný prodej dodate?ných aditiv do motorových olej? je založen pouze na agresivní reklam?. Žádná z výhod aditiv se p?i testech nepotvrdila, mnohdy byl naopak prokázán negativní vliv na ?istotu a životnost motoru.

Tabulka 1. Seznam dodate?ných p?ísad do motorových olej?

Tabulka 2. Seznam motorových olej? a jejich základní specifikace

Tabulka 3. Vyhodnocení analýzy aditiv (% hm.)

Poznámka: analýza výrobku PS 23 byla p?idána dodate?n?, proto nebyla v textu komentována.

Obr. 1a. Viskozita p?i 40 °C olej? p?ipravených úpravou motorového oleje Mogul

Obr. 1b. Viskozita p?i 40 °C olej? p?ipravených úpravou motorového oleje Total

Obr. 1c. Viskozita p?i 40 °C olej? p?ipravených úpravou motorového oleje Pennzoil

Obr. 2. Zm?na viskozity oleje Pennzoil p?i 40 °C po oxidaci modifikovanou metodou IP 48

Obr. 3. Zm?na viskozity oleje Pennzoil p?i 100 °C po oxidaci modifikovanou metodou IP 48

Obr. 4a.

Obr. 4b.

Obr. 4c.
Obr. 4. Nár?st MCRT olej? po oxidaci modifikovanou metodou IP 48
a) Oleje p?ipravené úpravou motorového oleje Mogul
b) Oleje p?ipravené úpravou motorového oleje Total
c) Oleje p?ipravené úpravou motorového oleje Pennzoil

Obr. 5a.

Obr. 5b.

Obr. 5c.
Obr. 5. Nár?st ?ísla kyselosti olej? po oxidaci modifikovanou metodou IP 48
a) Oleje p?ipravené úpravou motorového oleje Mogul
b) Oleje p?ipravené úpravou motorového oleje Total
c) Oleje p?ipravené úpravou motorového oleje Pennzoil

Autor článku: PM (Petr Mašek)
E-mail: petr.masek@vscht.cz