Ilman riittävää voitelua laitteistot altistuisivat mm. ennenaikaiselle kulumalle ja ylikuumenemisille . Tästä syystä oikeanlaisen voiteluaineen valinta voitelukohteen mukaan on ensisijaisen tärkeää. Mutta millainen öljy on hyvää öljyä? Ja mitä se öljy oikeastaan edes on?
Moottoriöljyn koostumus on tarkkaan harkittu kokonaisuus
Moottoriöljyt ovat useiden erilaisten raaka-aineiden summa. Tiivistettynä voidaan sanoa, että ne ovat perusöljyjen (ei sama kuin raakaöljy) ja erilaisten lisäaineiden tarkkaan tutkittu ja määritetty kokonaisuus. Valmistuksessa käytetyt perusöljyt voivat olla mineraali- tai synteettisiä öljyjä.
Mineraaliöljyt on valmistettu tislausmenetelmin raakaöljystä. Synteettiset perusöljyt ovat erilaisten kemiallisten jalostusmenetelmien avulla valmistettuja voiteluöljyjen perusöljyjä. Perusöljyn valinta vaikuttaa ratkaisevasti tuotteen laatutasoon ja käyttöominaisuuksiin. Mineraaliöljyt ovat aikaisemmin olleet tyypillisimmin käytettyjä perusöljytyyppejä niiden tasapainoisten ominaisuuksien ja helpomman saatavuuden takia. Synteettisillä öljyillä on kuitenkin mineraaliöljyihin verrattuna laajemmat käyttölämpötilaominaisuudet eli niillä saavutetaan paremmat ominaisuudet niin kylmä- kuin kuumakäytönkin kannalta. Lisäksi ne sisältävät vähemmän sellaisia kemiallisia yhdisteitä, jotka saattavat olla haitallisia nykyaikaisten pakokaasujen jälkikäsittelylaitteiden kanssa.
Sekoittamalla sekä synteettisiä että mineraalisia perusöljyjä voidaan valmistaa ns. osa- tai puolisynteettisiä voiteluaineita, joiden ominaisuudet ovat mineraaliöljyjen ja täyssynteettisten öljyjen väliltä. Näitä öljyjä kutsutaan usein myös semi-synteettisiksi.
Lisäaineilla ominaisuuksia
Pelkkiä perusöljyjä käyttämällä ei moottoriöljyihin kuitenkaan saada kaikkia niitä ominaisuuksia, joita niiltä käytännössä vaaditaan. Tästä syystä moottoriöljyt lisäaineistetaan käyttötarkoituksensa mukaisesti. Lisäaineilla nostetaan öljyn suorityskykyä parantamalla mm. öljyn puhtaanapito-ominaisuutta, kulumisen- ja syöpymisenestokykyä, kylmä ja -kuumakestävyyttä, moniasteisuutta sekä estämällä öljyn vaahtoamista.
Puhtaana pitävillä lisäaineilla estetään moottoriin muodostumasta lakka- ja lietekerrostumia, joita erilaiset palamisprosessissa syntyvät epäpuhtaudet ja korkea lämpötila aiheuttavat. Puhtaana pitävät lisäaineet myös liuottavat epäpuhtauksia, kuten männänrenkaisiin kertyvää karstaa.
Öljyn hapettuminen on ketjureaktio, jota kiihdyttää korkeat käyttölämpötilat sekä aiemmat hapettumistulokset että öljyssä olevat epäpuhtaudet. Hapettumisenestolisäaineet katkaisevat hapettumisreaktion ja estävät metallipintojen katalyyttisen eli hapettumista kiihdyttävän vaikutuksen.
Kulumisen minimointi on niin moottoreiden kuin muidenkin mekaanisten laitteiden osalta elintärkeää. Tästä syystä öljyissä käytetään kulumisenestolisäaineita, jotka muodostavat voideltaville pinnoille metallisen kosketuksen estävän kalvon.
Vahvan ja voitelevan öljykalvon edellytyksenä on vaahtoamaton öljy. Öljyissä käytettävät vaahtoamisenestolisäaineet estävät öljyn vaahtoamista pienentämällä pintajännitystä, jolloin ilmakuplat särkyvät helposti.
Jähmepiste on alin lämpötila, jossa öljy laboratorio-olosuhteissa liikkuu kallistettaessa koeputkea, jossa sitä on jäähdytetty. Jähmepisteen alentajalisäaineet estävät öljyssä olevien vahakiteiden yhtymisen toisiinsa, jolloin kiteytynyt vaha ei pääse estämään öljyn virtausta.
Viskositeetti-indeksin parantajalisäaineet ovat suurimolekyylisiä polymeerejä, jotka vähentävät öljyn ohenemista lämpötilan noustessa. Nämä polymeerit ovat olennainen osa moniasteöljyjä (niitä käytetään myös yksiasteöljyissä). Kun perusöljyn viskositeetti laskee lämpötilan noustessa, polymeereille käy päinvastoin säilyttäen näin öljyn riittävän paksuna.
Valmis voiteluöljy on siis erilaisten perusöljyjen ja lisäaineiden tarkkaan harkittu kokonaisuus, jossa öljyn käyttötarkoitukseensa suunnitellut ominaisuudet on viritetty parhaimmilleen. Täten jälkikäteen öljyn joukkoon lisättävillä lisäaineilla aiheutetaankin enemmän harmia kuin hyötyä heikentäen öljyn sille suunniteltuja ominaisuuksia.
Moottoriöljyllä on monta tehtävää
Moottoriöljyn, kuten muidenkin voiteluaineiden päätehtävänä on voidella eli minimoida kitka toistensa suhteen liikkuvien osien välillä. Alhaisen kitkan avulla saavutetaan mahdollisimman pieni osien kuluminen. Lisäksi öljy sitoo itseensä palotapahtumassa syntyvää lämpöä eli moottoriöljy toimii myös komponentteja jäähdyttävänä elementtinä siinä missä jäähdytinnestekin. Moottorin öljypohjassa jäähtyvä öljy hoitaa jopa 40 prosenttia moottorin jäähdytyksestä.
Polttoaineen palaessa syntyy palojäämiä, jotka öljyn tulee kyetä jakauttamaan ja sitomaan itseensä, jotta ne öljynvaihdon yhteydessä voidaan laskea moottorista pois. Palotapahtumassa syntyvät rikki- ja typpihapokkeet ja hapot ovat öljyn pahimpia vihollisia. Happoja vastaan öljyssä on neutraloivia ainesosia, lisäaineita, joita kutsutaan alkalireserviksi. Se ilmoitetaan kokonaisemäslukuna eli TBN-arvona, jota nimitetään myös emäsvaraukseksi. Arvon suuruus ei tarkoita paremmuusjärjestystä sillä erilaisilla lisäaineilla on toisistaan poikkeava neutralointikapasiteetti puskurivaikutuksesta johtuen. Mikäli öljy ei neutraloisi happoja, syövyttäisivät ne moottorin metalliosia.
Mm. näiden tehtävien lisäksi moottoriöljy toimii tiivisteaineena kohteissa, joissa paine-erot ovat suuria. Tällaisia kohteita ovat mm. männänrenkaiden ja sylinteriseinämän väliset rajapinnat.
Pakokaasupäästöjen tiukentuminen ja päästöjenhallintatekniikan kehittyminen vaatii moottoriöljyiltä uusia ominaisuuksia. Öljyn tulee kyetä suojaamaan nykyaikaisten pakokaasujen jälkikäsittelylaitteiden toiminta ilman, että laitteistojen puhdistusteho heikkenee suunnitellulla järjestelmien huolto- tai vaihtovälillä. Tästä syystä öljyissä perinteisesti käytettyjen kemiallisten yhdisteiden määrää on rajoitettu ja näitä yhdisteitä on ryhdytty korvaamaan uuden teknologian vaihtoehdoilla, jotka ovat yhteensopivia jälkikäsittelylaitteiden kanssa, tinkimättä kuitenkaan moottorin suojaustasosta.
Luokitukset kertovat ominaisuuksista
SAE viskositeettiluokitus
Voiteluaineille on olemassa erilaisia luokittelutapoja, joilla määritetään niiden tiettyjen ominaisuuksien minimiarvot. Moottoriöljyn viskositeetti ilmoitetaan SAE luokituksilla esim. 5W-40. W-kirjaimella merkitty luku kertoo öljyn soveltuvuuden talvikäyttöön (Winter). Nyrkkisääntönä voidaan pitää, että mitä pienempi ensimmäinen luku on sitä paremmin se soveltuu talvikäyttöön. Viivan jälkeinen luku kertoo öljyn viskositeettiluokan kuumassa eli +100 °C lämpötilassa. Mitä suurempi tämä jälkimmäinen luku on, sitä paksumpaa öljy on kuumassa lämpötilassa.
Viskositeetin arvo ei ole tarkka vaan sille on määritetty vaihteluväli jossa sen on pysyttävä. Viskositeetti onkin yksi öljyn tärkeimmistä ominaisuuksista ja oikean viskositeetin valinta käyttöolosuhteiden mukaan on ensisijaisen tärkeää. Pohjoisimmissa ympäristöolosuhteissa on koneiden toimivuuden kannalta järkevämpää valita moniasteisempi eli laajemman käyttölämpötila-alueen omaava moottoriöljy esim. 5W-40 moottoriöljy suppeamman 15W-40 öljyn sijaan. Näin voidaan varmistaa koneiden varma voitelu heti kylmäkäynnistyksestä alkaen. Tällä tavoin on mahdollista säästää myös polttoainekustannuksissa, sillä alhaisemman viskositeetin öljyillä on pienempi sisäinen kitka ja täten alhaisempi polttoaineenkulutus.
Kansainväliset luokitukset
Moottoriöljyjen suorituskykyä kuvaa erilaiset kansainväliset ja moottorivalmistajakohtaiset luokitukset. Kansainvälisistä luokituksista meille tutuimpia ovat Pohjoisamerikkalainen API ja Eurooppalainen ACEA luokitusjärjestöt. API -luokissa bensiini ja dieselluokat ovat jaoteltu siten, että bensiiniluokat ovat S -kirjaimella alkavia, esim. API SM ja dieselluokat C -kirjaimella alkavia esim. API CI-4. API luokituksen dieselluokituksia käytetään lähinnä vain raskaan kaluston moottoreihin. Eurooppalaisessa ACEA luokitusjärjestelmässä sen sijaan kevyen kaluston bensiini- ja dieselluokitukset ovat eriytetty omiksi luokikseen esim. A3/B4, jossa A -luokitus kuvaa bensiinimoottoreita ja B -luokitus kevyen kaluston dieselmoottoreita. ACEA luokituksessa pakokaasujen jälkikäsittelylaitteilla varustettuihin ajoneuvoihin moottoriöljylle on C -luokitukset, joissa on rajattu kolmitoimikatalysaattorin ja hiukkassuodattimen toimintaa heikentävien lisäainemetallien määrää. Raskaalle kalustolle on käytössä omat ACEA E -luokat.
Merkkikohtaiset luokitukset
Lähes jokaisella moottorivalmistajalla on nykyisin käytössään omat merkkikohtaiset moottoriöljyluokitusvaatimukset. Käytännössä näiden merkkikohtaisten luokitusten yleistyessä on kansainvälisten luokitusten merkitys pienentynyt ja merkkikohtaisten luokitusten vastaavasti kasvanut.
Öljyn merkki- ja mallikohtainen soveltuvuus tietyn valmistajan moottorille on helpoimmin tarkistettavissa öljykannun etiketissä mainituista soveltuvuuksista tai öljy-yhtiöiden suositusvalintataulukoista. Käytännössä nämä merkkikohtaiset luokitukset perustuvat pitkälti aiemmin mainittuihin kansainvälisiin luokituksiin, joissa joitain tiettyjä kohtia on kansainvälisiin luokituksiin verrattuna tarkennettu.
Öljyn kulutus ja vaihtoväli
Kaikki moottorit kuluttavat öljyä ja uuden auton moottori saattaa kuluttaa ensimmäisten tuhansien kilometrien aikana hyvinkin huomattavia määriä. Erityisesti lyhyitä matkoja ajettaessa, öljyn joukkoon saattaa kondensoitua vettä ja polttoainetta Tällöin mittatikusta tarkistettaessa öljymäärä saattaa olla normaali. Mikäli tämän jälkeen ajetaan pitkä matka, vesi ja polttoaine haihtuvat aiheuttaen öljypinnan nopean alenemisen.
Öljynkulutukselle voi olla monia syitä. Tiivistevuoto aiheuttaa luonnollisesti öljyn häviämistä ja sen havaitsee helposti auton alle muodostuvasta kosteasta lätäköstä. Vuotoa voi tosin olla myös moottorin sisällä: sylinteriseinämän ja männän välillä sekä venttiiliohjaimissa. Tämä johtaa heikentyneeseen palotapahtumaan ja palotilaan syntyy karstaa. Havaittava öljyn kulutus saattaa olla myös seurausta öljyn haihtumisesta. Mineraaliöljyillä tämä taipumus on suurempi kuin synteettisillä öljyillä.
