Λιπαντικά

Διπλωματική εργασία από ΕΜΠ: Τριβολογική μοντελοποίηση κινητήρα Diesel


Τα λιπαντικά: σύμμαχος της τσέπης μας (4T 192, 9/1986)

Συντάκτης: Μ. Σταυρόπουλος
Η ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΚΑΙ Η ΜΑΚΡΟΖΩΙΑ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΝΟΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ ΕΧΟΥΝ ΑΜΕΣΗ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΠΟΥ ΑΠΟΔΙΔΟΥΜΕ ΣΤΗ ΣΩΣΤΗ ΛΙΠΑΝΣΗ ΤΟΥ

ΟΠΟΙΑΔΗΠΟΤΕ κατασκευή χρησιμοποιεί κινητά μέρη, έχει ανάγκη από λίπανση.
Άσχετα με τις μορφές ενέργειας που θα τροφοδοτούν τον πλανήτη μας στους επόμενους αιώνες, τα λιπαντικά δεν πρόκειται να εκλείψουν, αντίθετα μάλιστα θα αυξηθούν οι απαιτήσεις ως προς τις δυνατότητές τους. Η σημερινή κατανάλωση λιπαντικών κυμαίνεται στο 1% περίπου της συνολικής κατανάλωσης καυσίμων. Οι μεγάλες αυτές ποσότητες που καταναλώνονται, οφείλονται στην ανάγκη για περιοδική αντικατάσταση των χρησιμοποιουμένων λιπαντικών που απώλεσαν τις αρχικές λιπαντικές τους ιδιότητες ή μέρος από την αρχική τους μάζα.
Τα λιπαντικά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες ως προς την προέλευσή τους: τα φυσικά (ορυκτά, φυτικά κ.ά.) και τα συνθετικά. Ορυκτά είναι τα λάδια που παράγονται από την επεξεργασία του πετρελαίου ενώ τα συνθετικά είναι χημικές ενώσεις (όπως εστέρες, πολυμερή) που δεν έχουν σαν βάση το πετρέλαιο αλλά παρασκευάζονται συνθετικά.
Η χρήση των λιπαντικών είναι αναγκαία για τη λειτουργία των μηχανών, αφού βασικός προορισμός τους είναι η μείωση της τριβής (άρα και της απώλειας έργου) και προστασία από τη φθορά των κινητών μερών. Σε ένα αυτοκίνητο, υπολογίζεται, ότι το 6% από την ενέργεια που αποδίδει το καύσιμο, καταναλώνεται σαν ενέργεια τριβών. Οι βασικές ιδιότητες που πρέπει να έχει ένα λιπαντικό, είναι οι εξής:

  1. Η Λιπαντική Ικανότητα: Σ' αυτήν την ιδιότητα οφείλεται η μείωση των τριβών καθώς και των φθορών σε μία μηχανή. Με το σχηματισμό ενός φιλμ από λιπαντικό ανάμεσα στις κινούμενες μεταλλικές επιφάνειες, επιτυγχάνεται η μετατροπή της τριβής από «ξηρά» σε «υγρή». Οι λιπαινόμενες μεταλλικές επιφάνειες, ασκούν πίεση τείνοντας να απομακρύνουν το φιλμ του λιπαντικού, το οποίο για να αντισταθεί πρέπει να είναι σε θέση να «φέρει» φορτίο.
  2. Η Ψυκτική Ικανότητα: Η θερμότητα που αναπτύσσεται από το έργο της μηχανής που καταναλώνεται σε ενέργεια τριβών πρέπει να απαχθεί από τα σημεία τριβής για να αποτραπεί η δημιουργία υψηλών θερμοκρασιών. Το ρόλο του ψυκτικού μέσου παίζει το λιπαντικό. Η ικανότητα του λιπαντικού να ψύχει τις τριβόμενες επιφάνειες, έχει άμεση σχέση με την ειδική του θερμότητα και τη θερμική του αγωγιμότητα.
  3. Μη Διαβρωτικότητα: Το λιπαντικό δεν πρέπει να περιέχει, ούτε να δημιουργεί ουσίες που είναι δυνατό να προσβάλλουν (διαβρώσουν) τις τριβόμενες επιφάνειες, καθώς και το υπόλοιπο σύστημα λίπανσης (αγωγούς και δεξαμενή αποθήκευσης). Πολλές φορές το λιπαντικό καλείται να προστατεύσει τις λιπαινόμενες επιφάνειες, από διάβρωση οφειλόμενη σε εξωτερικούς παράγοντες, όπως υγρασία, οξυγόνο κ.λπ.
  4. Η Σταθερότητα: Το λιπαντικό δεν πρέπει κάτω από τις δυσμενείς συνθήκες λειτουργίας, να υφίσταται αλλοιώσεις τέτοιες, που να απαγορεύουν την παραπέρα χρήση του. Ένα μέγεθος που χαρακτηρίζει τα λιπαντικά, είναι το ιξώδες. Χονδρικά θα μπορούσαμε να πούμε, ότι το ιξώδες φανερώνει πόσο παχύ ρευστό είναι ένα λιπαντικό. Για μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, όσο χαμηλότερο είναι το ιξώδες, τόσο πιο λεπτόρρευστο θα είναι το λιπαντικό. Το ιξώδες ενός λιπαντικού μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα σε σχέση με τη θερμοκρασία, πράγμα που σημαίνει, ότι στις υψηλές θερμοκρασίες το λάδι γίνεται πιο λεπτόρρευστο. Οι μεταβολές αυτές είναι ανεπιθύμητες. Στην πραγματικότητα οι απαιτήσεις μας είναι διαμετρικά αντίθετες, αφού για την καλή λίπανση και την εύκολη εκκίνηση ενός κρύου κινητήρα χρειάζεται χαμηλό ιξώδες.

Για να μπορεί ο καταναλωτής να ξεχωρίζει τα χαρακτηριστικά κάθε λιπαντικού, υπάρχει τυποποίηση ως προς τη μέτρηση και την έκφραση του ιξώδους ενός λιπαντικού. Οι αριθμοί κατά S.A.Ε. που αναγράφονται στα δοχεία συσκευασίας αφορούν μετρήσεις του ιξώδους για ένα εύρος θερμοκρασιών. Η μέτρηση του ιξώδους γίνεται στους -18° C και στους 100° C δίνοντας αντίστοιχα δύο αριθμούς που εκφράζουν τη συμπεριφορά του λιπαντικού στις χαμηλές θερμοκρασίες (με την ένδειξη W) και τις υψηλές θερμοκρασίες. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο αριθμός S.A.Ε. που αναγράφεται στη συσκευασία δεν εκφράζει κάποια συγκεκριμένη τιμή ιξώδους, αλλά αντιπροσωπεύει μια περιοχή τιμών μέσα στην οποία διαπιστώθηκε, ότι ανήκει το εν λόγω λιπαντικό. Αν οι τιμές που προκύπτουν κατά τις μετρήσεις του ιξώδους και για τις δύο θερμοκρασίες, βρίσκονται στα όρια που καθορίζει η S.A.Ε. (Ένωση Μηχανικών Αυτοκινήτου), τότε μιλάμε για πολύτυπο λιπαντικό ή πολλαπλής ρευστότητας (Multigrade). Αν το λιπαντικό ικανοποιεί τις απαιτήσεις της S.A.Ε. σε μία μόνο από τις θερμοκρασίες μέτρησης, τότε καλείται μονότυπο και χαρακτηρίζεται από ένα μόνο αριθμό π.χ. S.A.Ε. 20W ή S.A.Ε. 30. Όπως ήδη αναφέραμε, τα πολύτυπα φέρουν δύο αριθμούς S.A.Ε. π.χ. 20W-50. Αν σε ένα άλλο λάδι ο αντίστοιχος αριθμός S.A.Ε. είναι χαμηλότερος, τότε το λάδι αυτό θα έχει μικρότερο ιξώδες. Έτσι ένα λάδι 10W-50 θα είναι πιο λεπτόρρευστο, στις χαμηλότερες μόνο θερμοκρασίες, ενώ ένα λάδι 20W-40 θα είναι πιο λεπτόρρευστο στις υψηλές θερμοκρασίες.
Όμως πέρα από το ιξώδες, θα πρέπει ο υποψήφιος αγοραστής να γνωρίζει κατά πόσο διατηρούνται οι αρχικές λιπαντικές ιδιότητες μετά από 10-15 χιλιάδες χιλιόμετρα, όταν ήδη το λιπαντικό έχει υποστεί σημαντική καταπόνηση. Την εκπόνηση δοκιμών αντοχής αναλαμβάνουν οι API (American Petroleum Institute) και CCMC (Comite des Constructeurs d'Automobiles du Marche Commun). Στα πολυδάπανα και χρονοβόρα αυτά τεστ εξετάζεται η φθορά των διαφόρων μηχανικών τμημάτων μιας μηχανής μετά από κάποιες ώρες λειτουργίας και ανάλογα γίνεται και η αξιολόγηση των λιπαντικών. Έτσι για το ΑΡI, η κατάταξη των λιπαντικών γίνεται με τα γράμματα SA, SB, έως SF ανάλογα με τις επιδόσεις τους στα τεστ, όπου το SF αντιστοιχεί στις δυσμενέστερες δοκιμές. Αντίστοιχα με την ένδειξη SF, είναι για τους πετρελαιοκινητήρες και η ένδειξη CD. Πάντως οι εταιρίες που σέβονται το όνομά τους κάνουν εξαντλητικές δοκιμές πριν από την κυκλοφορία ενός νέου προϊόντος ή ακόμα και στην περίπτωση της αλλαγής προμηθευτή της πρώτης ύλης, του πετρελαίου. Οι δοκιμές αυτές περιλαμβάνουν πέρα από τα εργαστηριακά πειράματα, την κίνηση ενός στόλου αυτοκινήτων στις πιο αντίξοες κυκλοφοριακές και περιβαλλοντολογικές συνθήκες για πολλές χιλιάδες χιλιομέτρων.
Για τη βελτίωση των ιδιοτήτων και της ποιότητας των λιπαντικών, εμπλουτίζονται με ορισμένες ουσίες, γνωστές σαν πρόσθετα. Τα κυριότερα είδη προσθέτων, είναι τα εξής:

  • Βελτιωτής Δείκτου Ιξώδους. Αποτελείται από μείγμα πολυμερών, που μειώνουν το βαθμό μεταβολής του ιξώδους, σε σχέση με τη θερμοκρασία. Το πρόσθετο αυτό είναι ανενεργό στις χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά αυξάνει το ιξώδες του λιπαντικού στις υψηλότερες θερμοκρασίες, αντισταθμίζοντας έτσι τη φυσική τάση του λαδιού να γίνει πιο λεπτόρρευστο.
  • Απορρυπαντικά πρόσθετα. Χρησιμοποιούνται για να διατηρούν καθαρό τον κινητήρα, αποτρέποντας το σχηματισμό αποθέσεων.
  • Διασκορπιστές. Όπως και τα απορρυπαντικά πρόσθετα έχουν σα σκοπό να διατηρούν τον κινητήρα καθαρό, πράγμα που επιτυγχάνουν κρατώντας τις διάφορες ακαθαρσίες σε συνεχή αιώρηση.
  • Πρόσθετα κατά της φθοράς. Τα λιπαντικά μεγάλου ιξώδους προστατεύουν τους ολισθητήρες των εκκεντροφόρων από φθορά, αλλά αυτά τα πρόσθετα δημιουργούν επιπλέον ένα μικροσκοπικό χημικό στρώμα σε κάθε μία από τις τριβόμενες επιφάνειες αποτρέποντας την επαφή μετάλλου με μέταλλο.
  • Αντιοξειδωτικά πρόσθετα. Αποτρέπουν την οξείδωση του λιπαντικού.
  • Αντιδιαβρωτικά πρόσθετα. Μειώνουν τη δράση του νερού και των οξέων που σχηματίζονται μέσα στο λιπαντικό
  • Αντιαφρώδη πρόσθετα. Οι ταχύτητες με τις οποίες κινείται το λιπαντικό μέσα στον κινητήρα, αυξάνουν τις πιθανότητες να απορροφηθεί από το λάδι αέρας και να δημιουργηθεί αφρός, μειώνοντας έτσι δραστικά τις λιπαντικές του ιδιότητες.
  • Πρόσθετα που αυξάνουν την αντοχή του φιλμ του λιπαντικού κάτω από μεγάλες θερμοκρασίες και πιέσεις.

Είναι προφανής ο ρόλος που παίζει το λιπαντικό στη μακροζωία του κινητήρα και στην οικονομία καυσίμων. Η επιλογή του κατάλληλου λιπαντικού πρέπει να γίνεται πάντα σύμφωνα με το βιβλίο του κατασκευαστή του αυτοκινήτου, ενώ συνίσταται η αποφυγή προϊόντων, άγνωστων κατασκευαστών, αμφίβολης ποιότητας και πολλές φορές ύποπτης προέλευσης. Η οικονομία στην επιλογή του λιπαντικού, μπορεί να οδηγήσει σε οδυνηρές εμπειρίες. Τα τελευταία χρόνια οι κατασκευαστές σχεδιάζουν τους κινητήρες έτσι που να μπορούν να λειτουργούν με πιο λεπτόρρευστα λάδια, (10W-30 ή 15W-40) τα οποία αφού παρουσιάζουν μικρότερη συνεκτικότητα, μειώνουν και τις απώλειες λόγω τριβών, άρα εξασφαλίζουν οικονομικότερη λειτουργία (περίπου 3%). Πολλοί θεωρούν ότι η χρήση ενός πιο πυκνόρρευστου λαδιού (π.χ. 20W-50) θα έδινε μεγαλύτερη προστασία στον κινητήρα. Αυτό είναι τελείως λαθεμένο. Κατ' αρχάς εξανεμίζεται η οικονομία καυσίμων που εξασφαλίζει το πιο λεπτόρρευστο λάδι και από την άλλη στις χαμηλές θερμοκρασίες γίνεται προβληματική η εκκίνηση και η έγκαιρη λίπανση των μηχανικών μερών.
Αντίθετα η χρήση λεπτόρρευστων λαδιών σε κινητήρες που ο κατασκευαστής τους συνιστά τη χρήση ενός 20W-50, θα οδηγήσει σε ταχύτερη φθορά του κινητήρα και πιθανώς σε αστοχία των εδράνων. Πέρα όμως από τη σωστή επιλογή, πρέπει να γίνεται τακτικός έλεγχος και αλλαγή των λαδιών. Η κίνηση μάλιστα σε μικρές διαδρομές, ιδίως μέσα στην πόλη, κάνουν αναγκαία τη συντόμευση του χρόνου αλλαγής. Προσοχή λοιπόν στη σωστή λίπανση, για την αποφυγή δυσάρεστων εκπλήξεων.


Τα λάδια κι ο κόσμος τους (4T 180, 9/1985)

Συντάκτης: Πάνος Φιλιππακόπουλος
ΑΝ ΚΑΙ ΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ ΑΠΟΤΕΛΟΥΝ συχνά αντικείμενο έρευνας στον Τύπο και θεωρούνται αναπόσπαστο τμήμα της τεχνολογίας και του συνόλου των παραμέτρων λειτουργίας του αυτοκινήτου, δεν συμβαίνει το ίδιο και με τα λιπαντικά. Γεγονός αρκετά περίεργο, που ίσως να οφείλεται στις σημαντικά μικρότερες ποσότητες που καταναλώνονται σε σχέση με τα καύσιμα, αλλά που δεν έχει καμιά απολύτως σχέση με τη σπουδαιότητά τους, η οποία είναι ανάλογη των καυσίμων. Γιατί, όπως ακριβώς ένας κινητήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει χωρίς καύσιμα, δεν μπορεί να λειτουργήσει ούτε χωρίς λιπαντικά. Γι' αυτόν ακριβώς το λόγο, πιστεύουμε ότι αξίζει τον κόπο ν' ασχοληθούμε λίγο με τα λάδια λίπανσης, τις ιδιότητες και τον τρόπο διάκρισης τους, ώστε να διαλύσουμε κάποιες συγχύσεις και να καταπολεμήσουμε κάποια αδιαφορία - φαινόμενα που συχνά παρατηρούνται μεταξύ των οδηγών γι' αυτό το θέμα και όχι πάντα οδηγούν σε ζημιές, που δεν είναι καθόλου αναπόφευκτες.

Σκοπός της λίπανσης

Αυτή η έλλειψη ενδιαφέροντος που παρατηρείται απέναντι στα λιπαντικά, ίσως να οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην αγνοία του πολύ σπουδαίου ρόλου τους μέσα στον κινητήρα.
Οι λειτουργίες τους είναι πολλαπλές και οι απαιτήσεις που πρέπει να πληρούν είναι συχνά αλληλοσυγκρουόμενες με αποτέλεσμα να γίνεται ιδιαίτερα δύσκολη η δημιουργία αποτελεσματικών λαδιών με λογικό κόστος.
Ποιες είναι όμως αυτές οι λειτουργίες; Πρώτα απ όλα, τα λάδια έχουν σαν σκοπό τη μείωση των απωλειών μηχανικής ενεργείας στον κινητήρα ,.λόγω τριβών αντικαθιστώντας την τριβή μεταξύ των διάφορων μερών του κινητήρα με την εσωτερική τριβή του ίδιου του λιπαντικού που παρεμβάλλεται ανάμεσά τους Η σπουδαιότητα αυτής της λειτουργίας αποδεικνύεται πολύ χαρακτηριστικά, από την αντιπαράθεση του συντελεστή τριβής μεταξύ δύο επιφανειών, με και χωρίς λίπανση. Έτσι, για παράδειγμα, ο συντελεστής τριβής για την άμεση επαφή χάλυβα με χάλυβα φτάνει το 0,8-1, ενώ με την παρεμβολή ορυκτελαίου σε καθεστώς υδροδυναμικής λίπανσης μειώνεται στο 0,001-0,01. Γεγονός που σημαίνει, ότι κι αν ακόμη ήταν δυνατό να λειτουργεί ο κινητήρας χωρίς λίπανση, χωρίς αυτό να καταστρέφει τα μηχανικά μέρη του, οι απώλειες ενέργειας λόγω τριβών θα ήταν 80-100 φορές περισσότερες απ' ότι στη λειτουργία με λίπανση. Δε νομίζουμε ότι χρειάζεται ιδιαίτερη προσπάθεια για να αντιληπτό, πόσο τεράστια ισχύ θα έπρεπε να έχει ο κινητήρας σ' αυτή την περίπτωση, για να μπορεί να κινεί αξιοπρεπώς το αυτοκίνητο και τι θα σήμαινε αυτό σε κατανάλωση καυσίμου Οι τριβές όμως δεν αυξάνουν μόνο τις μηχανικές απώλειες, αλλά και τη φθορά μεταξύ των τριβομένων επιφανειών Ο καθένας γνωρίζει πως όταν τρίβουμε μεταξύ τους δύο σκληρές επιφάνειες φθείρονται πολύ γρήγορα. Αν σκεφθούμε τους υψηλούς ρυθμούς περιστροφής των κινητήρων των αυτοκινήτων και τη διάρκεια λειτουργίας τους, αυτό σημαίνει πως αν οι επιφάνειες των κινουμένων μερών βρίσκονταν σε άμεση επαφή μεταξύ τους, το πιθανότερο θα ήταν πως σε κάθε σέρβις θα χρειαζόταν και αλλαγή κινητήρα! Ένας άλλος λοιπόν σκοπός της λίπανσης, είναι η μείωση της φθοράς των τριβομένων μερών του κινητήρα, με την παρεμβολή μεταξύ τους ενός λεπτού «φιλμ» λιπαντικού. Μια τρίτη λειτουργία που εξασφαλίζεται από τη λίπανση, είναι η προστασία των τριβομένων μερών από τη διάβρωση. Ένας τέτοιος κίνδυνος υπάρχει για παράδειγμα στους κινητήρες ντίζελ, όπου δημιουργούνται κατά την καύση ιδιαίτερα διαβρωτικές ουσίες, από το θείο που περιέχεται στο καύσιμο. Εκτός απ' αυτά, το λιπαντικό του κινητήρα έχει σαν σκοπό και την απαγωγή μέρους της θερμότητας που δημιουργείται από την καύση στον κινητήρα και που δεν μετατρέπεται σε μηχανικό έργο. Έχει υπολογιστεί, ότι στους θερμικούς κινητήρες μέχρι και το 4% της θερμότητας που παράγεται από την καύση, αποβάλλεται μέσω του λιπαντικού.
Επίσης, το λιπαντικό συμβάλλει και στην αύξηση της στεγανότητας, «σφραγίζοντας» τα κενά μεταξύ των εμβόλων, των ελατηρίων τους και των τοιχωμάτων των κυλίνδρων κι εμποδίζοντας έτσι τη διαφυγή καυσαερίων από το θάλαμο καύσης. Τέλος, μια άλλη πολύ σημαντική λειτουργία του λιπαντικού, είναι η διατήρηση της «καθαριότητας» του κινητήρα, με την απαγωγή διαφόρων καταλοίπων, που δημιουργούνται σ' αυτόν κατά τη λειτουργία του. Τέτοια κατάλοιπα είναι, για παράδειγμα, σε βενζινοκινητήρες αυτοκινήτων που χρησιμοποιούνται σε διαδρομές με πολλές στάσεις κι εκκινήσεις, τα άλατα μολύβδου που προέρχονται από το καύσιμο. Τα άλατα αυτά πρέπει να διατηρούνται αιωρούμενα σε πολύ λεπτή διασπορά μέσα στη μεγάλη μάζα λαδιού, που βρίσκεται στο κάρτερ, ώστε να μη δημιουργούνται κατακαθίσεις. Άλλο παράδειγμα είναι αυτό των στερεών καταλοίπων της καύσης, που δημιουργούνται στους κινητήρες ντίζελ και που πρέπει ν' απομακρύνονται από την περιοχή των ελατηρίων, για να εμποδιστεί το «κόλλημά» τους. Βλέπουμε δηλαδή ότι το λιπαντικό αποτελεί μια από τις σπουδαιότερες παραμέτρους στη σωστή και αποτελεσματική λειτουργία του κινητήρα. Η πολλαπλότητα των ρόλων που του έχουν ανατεθεί κάνει πραγματικό πονοκέφαλο για τους κατασκευαστές λιπαντικών τη δημιουργία ενός σωστού λαδιού, που να καλύπτει τις ολοένα και αυξανόμενες απαιτήσεις της αυτοκινητοβιομηχανίας.

Χαρακτηριστικά των λαδιών

Για ν' ανταποκρίνονται μ' επιτυχία σ' όλους αυτούς τους ρόλους, τα λάδια που χρησιμοποιούνται στους κινητήρες των αυτοκινήτων, πρέπει να έχουν κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, ορισμένα από τα οποία εξαρτώνται κι από τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Μια από τις πιο χαρακτηριστικές και πιο σημαντικές ιδιότητες των λαδιών είναι το ιξώδες. Πρόκειται για ένα μέγεθος που χαρακτηρίζει την εσωτερική τριβή του λαδιού, δηλαδή ουσιαστικά τη ρευστότητά του. Οι μονάδες μέτρησής του είναι δύο ειδών, μια για το λεγόμενο «δυναμικό ιξώδες» και μια για το λεγόμενο «κινηματικό ιξώδες». Και στις δύο περιπτώσεις όμως το ιξώδες χαρακτηρίζει τη ρευστότητα - απλώς είναι θέμα διαφορετικού τρόπου μέτρησης, κι έτσι δεν θα επεκταθούμε. Θα περιοριστούμε να πούμε ότι όσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες, σε όποια μονάδα μέτρησης κι αν αναφερόμαστε, τόσο πιο παχύρευστο είναι το λάδι.
Εκείνο που είναι πολύ σημαντικό, είναι το γεγονός ότι το ιξώδες μεταβάλλεται με την αλλαγή της θερμοκρασίας και συγκεκριμένα μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία και αντίστροφα. Αυτό σημαίνει στην πράξη, ότι το λάδι γίνεται όλο και πιο παχύρευστο στις χαμηλές θερμοκρασίες και όλο και πιο λεπτόρευστο στις υψηλές. Η ιδιότητα αυτή είναι πολύ μεγάλης σημασίας για τα λάδια των αυτοκινήτων, που εκτίθενται σε μια πολύ πλατιά περιοχή θερμοκρασιών. Όταν το αυτοκίνητο είναι σταματημένο για πολλές ώρες το χειμώνα, ιδιαίτερα στις βόρειες χώρες, η θερμοκρασία του λαδιού πέφτει αρκετούς βαθμούς κάτω απ' το μηδέν, ενώ κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του κινητήρα, η θερμοκρασία του ανεβαίνει κατά πολλές δεκάδες βαθμούς.
Είναι λοιπόν ζωτικής σημασίας για τον κινητήρα να διατηρεί το λάδι τις λιπαντικές του ιδιότητες σε ακραίες θερμοκρασίες, άσχετα βέβαια αν αναπόφευκτα μεταβάλλεται η ρευστότητά του. Η ρευστότητα όμως αυτή πρέπει να παραμένει μέσα σε κάποια όρια και προς τα πάνω και προς τα κάτω. Αυτό αποτελεί και μια από τις κυριότερες προτεραιότητες των κατασκευαστών λαδιών κι όπως θα δούμε παρακάτω, το ιξώδες αποτελεί τη βάση του συστήματος χαρακτηρισμού των λαδιών που κυκλοφορούν στο εμπόριο. Γιατί η δυνατότητα του κινητήρα να ξεκινήσει ένα παγωμένο πρωινό, εξαρτάται σημαντικά από τη ρευστότητα του λαδιού του, ενώ από την άλλη πλευρά από τη ρευστότητα του λαδιού εξαρτάται και η αποφυγή επαφής των μελλοντικών επιφανειών κατά τη λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες.

Κατάταξη σε κατηγορίες

Για την κατάταξη των λαδιών των αυτοκινήτων σε κατηγορίες, έχει υιοθετηθεί, σε παγκόσμιο επίπεδο, το αμερικανικό σύστημα και συγκεκριμένα το σύστημα της Ένωσης Μηχανικών Αυτοκίνησης των ΗΠΑ, της γνωστής SAE (Society of Automotive Engineers). Το σύστημα αυτό βασίζεται στα χαρακτηριστικά ιξώδους των λαδιών σε ορισμένες θερμοκρασίες και περιλαμβάνει μια κλίμακα 10 κατηγοριών: OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W, 20, 30, 40 και 50. Οι αριθμοί που ακολουθούνται από ένα W, χαρακτηρίζουν τις ποιότητες λαδιών που συνιστάται να χρησιμοποιούνται κατά το χειμώνα (W=Winter), εκεί φυσικά όπου υπάρχουν χαμηλές θερμοκρασίες. Ο καθορισμός των ποιοτήτων αυτών βασίζεται στο μέγιστο ιξώδες του λαδιού σε χαμηλή θερμοκρασία (πόσο παχύρευστο γίνεται δηλαδή), στην ελάχιστη θερμοκρασία όπου είναι δυνατή η άντλησή του και στο ελάχιστο ιξώδες του σε θερμοκρασία 100°C (πόσο δηλαδή λεπτόρευστο γίνεται).
Για τον καθορισμό αυτό έχουν σχεδιασθεί τρεις διαδικασίες μέτρησης, σύμφωνα με τις αμερικανικές προδιαγραφές (ASTM). Η πρώτη απ' αυτές μετράει το μέγιστο ιξώδες σε χαμηλή θερμοκρασία, που επιτρέπει στον κινητήρα να περιστραφεί με αρκετή ταχύτητα για να ξεκινήσει τη λειτουργία του. Για παράδειγμα, το λάδι που χαρακτηρίζεται σαν SAE 10W, πρέπει να έχει μέγιστο ιξώδες 3.500 cP (cP= μονάδα μέτρησης δυναμικού ιξώδους) σε θερμοκρασία —20°C. Αν λοιπόν ένας κατασκευαστής αυτοκινήτων προτείνει για κάποιο μοντέλο τη χρησιμοποίηση λαδιού SAE 10W, για χρησιμοποίηση σε θερμοκρασίες μέχρι —20°C, σημαίνει ότι έχει κάνει δοκιμές, που έδειξαν ότι ο κινητήρας του μπορεί να ξεκινήσει σε τόσο χαμηλή θερμοκρασία, όταν χρησιμοποιεί λάδι που σ' αυτή τη θερμοκρασία έχει ιξώδες 3.500 cP.
Το ξεκίνημα από κινητήρα σε κινητήρα έχει διαφορετικές απαιτήσεις λίπανσης, γι' αυτό και συχνά συνιστώνται διαφορετικές ποιότητες λαδιού για διαφορετικούς κινητήρες. Η δεύτερη δοκιμή χρησιμοποιείται για τον καθορισμό της δυνατότητας άντλησης ενός λαδιού σε μια συγκεκριμένη ελάχιστη θερμοκρασία και η τρίτη για τη μέτρηση του ιξώδους σε υψηλή θερμοκρασία. Η μέτρηση αυτή χρησιμοποιείται σαν οδηγός επιλογής του σωστού λαδιού για χρησιμοποίηση σε κανονικές θερμοκρασίες λειτουργίας του κινητήρα και αφορά το ελάχιστο ιξώδες (σε cP) σε θερμοκρασία 100°C. Εκτός από τα λάδια που έχουν το χαρακτηριστικό W υπάρχουν, όπως είδαμε, και ορισμένες κατηγορίες χωρίς αυτό. Πρόκειται για λάδια που συνιστώνται για χρησιμοποίηση σε υψηλότερες θερμοκρασίες, γι' αυτό και συχνά λέγονται λάδια «καλοκαιριού». Για τον καθορισμό της ποιότητάς τους, προσδιορίζεται το ελάχιστο αλλά και το μέγιστο ιξώδες, σε θερμοκρασία 100°C. Τα λάδια δηλαδή αυτά θέλουμε να μην είναι ιδιαίτερα λεπτόρευστο σε υψηλές θερμοκρασίες αλλά και να μην είναι η ρευστότητά τους χαμηλότερη από κάποιο συγκεκριμένο σημείο. Σήμερα χρησιμοποιούνται συχνά λάδια που έχουν δύο χαρακτηριστικά, ένα «χειμωνιάτικο» κι ένα «καλοκαιρινό», και τα οποία ονομάζονται λάδια «πολλαπλών κατηγοριών» (multi-grade), π.χ. SAE 10W-30, 10W-40 κ.λπ. Οι χαρακτηρισμοί αυτοί σημαίνουν πως το λάδι έχει τις ιδιότητες και των δύο κατηγοριών, π.χ. της 10W και της 30 και μπορεί να χρησιμοποιηθεί και χειμώνα και καλοκαίρι, μέσα στα όρια που καθορίζονται από τις δύο συγκεκριμένες κατηγορίες. Για το χαρακτηρισμό των λαδιών σε λάδια «πολλαπλών κατηγοριών», γίνονται, όπως είναι φυσικό, όλες οι δοκιμές και των δύο κατηγοριών που χαρακτηρίζουν κάθε τύπο, δηλαδή μέγιστο ιξώδες σε χαμηλή θερμοκρασία, δυνατότητα άντλησης σε χαμηλή θερμοκρασία και μέγιστο κι ελάχιστο ιξώδες σε υψηλή θερμοκρασία. Εκτός απ' αυτό τον τρόπο κατάταξης, που βασίζεται στα χαρακτηριστικά ρευστότητας και μόνο του λαδιού, δημιουργήθηκε από το Αμερικανικό Ινστιτούτο Πετρελαίου (API) κι ένα σύστημα κατάταξης με βάση τις κατηγορίες χρήσης. Για τους βενζινοκινητήρες οι κατηγορίες αυτές είναι: SA, SB, SC, SD, SE και SF. Προχωρώντας με αλφαβητική σειρά (στο δεύτερο χαρακτηριστικό τους γράμμα), πηγαίνουμε προς λάδια που καλύπτουν τις πιο σύγχρονες χρονολογικά προδιαγραφές της αυτοκινητοβιομηχανίας και τις πιο δύσκολες συνθήκες λειτουργίας. Έτσι, για παράδειγμα, το SA είναι λάδι χωρίς ιδιαίτερες απαιτήσεις, που δεν έχει πρόσθετα, εκτός απ' αυτά που βελτιώνουν το σημείο παγοποίησης και το σημείο σχηματισμού αφρού, ενώ το SE είναι λάδι που καλύπτει τις απαιτήσεις εγγύησης της αυτοκινητοβιομηχανίας, που υπήρχαν από το 1972 ώς το 1980 και έχει ιδιότητες αντιοξειδωτικές σε υψηλή θερμοκρασία και κατά του σχηματισμού καταλοίπων σε χαμηλή θερμοκρασία. Η πιο πρόσφατη προσθήκη στο σύστημα είναι η κατηγορία SF, που δημιουργήθηκε για την κάλυψη των απαιτήσεων της αυτοκινητοβιομηχανίας, από το 1980 και μετά, και παρέχει προστασία κατά του σχηματισμού καταλοίπων και σκουριάς (αυξημένη προστασία στην οξείδωση), ενώ βελτιώνει το επίπεδο προστασίας από τη φθορά λόγω τριβής, που παρείχε η κατηγορία SE. Αυτό δε σημαίνει φυσικά ότι πρέπει οπωσδήποτε να χρησιμοποιείται αυτή η κατηγορία λαδιού σ' όλα τ' αυτοκίνητα. Υπεύθυνος για τον καθορισμό του λαδιού που πρέπει να χρησιμοποιείται είναι μόνο ο κατασκευαστής του αυτοκινήτου και μόνο τις δικές του οδηγίες πρέπει ν' ακολουθεί ο οδηγός. Απ' αυτή την άποψη, είναι απογοητευτικά τ' αποτελέσματα μιας πρόσφατης έρευνας στις Η ΠΑ, που έδειξαν ότι το 95% των οδηγών αγνοούν τον τύπο λαδιού που συστήνει ο κατασκευαστής για τ' αυτοκίνητο τους κι επαφίενται στην καλή θέληση του συνεργείου που το συντηρεί για την επιλογή του σωστού τύπου! Πρόσφατα στις ΗΠΑ παρουσιάστηκαν ορισμένα λάδια, για τα οποία οι κατασκευαστές τους ισχυρίζονταν ότι μειώνουν τις τριβές κι επομένως την κατανάλωση καυσίμου,, ονομάζοντάς τα «εξοικονομιτικά ενέργειας» (energy saving). Η προστασία του καταναλωτή όμως στις ΗΠΑ είναι πολύ αυστηρή κι έτσι οι αρχές θέσπισαν ορισμένες ' προϋποθέσεις, που πρέπει να έχει ένα λάδι για να μπορεί να φέρει το χαρακτηριστικό «energy saving». Εκτός από το γεγονός ότι πρέπει να οδηγεί πράγματι σε μείωση της κατανάλωσης, σε σχέση με τα κοινά λάδια (γεγονός που διαπιστώνεται από ένα συγκεκριμένο κύκλο δοκιμών), πρέπει επίσης να είναι ευρέως διαθέσιμο στην αγορά, να έχει λογική τιμή λιανικής πώλησης και να συστήνεται από κάποιους κατασκευαστές, στα βιβλία οδηγιών των αυτοκινήτων.

Είδη λαδιών

Στη συντριπτική πλειοψηφία τους, τα λάδια που χρησιμοποιούνται σήμερα, για τη λίπανση των κινητήρων των αυτοκινήτων σ' όλο τον Κόσμο, είναι ορυκτέλαια πετρελαϊκής προέλευσης. Η παραγωγή τους γίνεται με τη διύλιση του πετρελαίου και, πριν πάρουν την τελική μορφή τους, απαλλάσσονται από διάφορα κλάσματα που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν προβλήματα στη λειτουργία των κινητήρων. Τέτοια είναι τα κλάσματα που είναι ασταθή στη θερμότητα και την οξείδωση και τα κλάσματα που κρυσταλλοποιούνται στις χαμηλές θερμοκρασίες. Τα ορυκτέλαια είναι βέβαια υδρογονάνθρακες, που περιλαμβάνουν 20 ως 70 άτομα άνθρακα στο μόριο τους, ενώ δεν περιλαμβάνουν πάντα τα ίδια συστατικά στις ίδιες αναλογίες, αφού υπάρχουν λάδια με μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε παραφίνες και άλλα με μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε ασθενικά. Αν και τα ορυκτέλαια είναι λιγότερο καλά λιπαντικά από τα ζωικά και τα φυτικά έλαια, έχουν πολύ καλύτερη θερμική σταθερότητα και αντοχή στην οξείδωση, όπως και χαμηλότερη τιμή, γεγονός που εξηγεί την πλήρη κυριαρχία τους.
Πρόσφατα έχουν αρχίσει ν' αναπτύσσονται στο χώρο του αυτοκινήτου και τα συνθετικά λάδια χρησιμοποίηση των οποίων ξεκίνησε από ορισμένες ειδικές περιπτώσεις, όπως π.χ. οι κινητήρες των υπερηχητικών αεροπλάνων. Τα συνθετικά λάδια που χρησιμοποιούνται στους κινητήρες των αυτοκινήτων, είναι κυρίως ολιγομερή α- ολεφινών. Σε σχέση με τα ορυκτέλαια, έχουν χαμηλότερη πτητικότητα, καλύτερο δείκτη ιξώδους (μικρότερη δηλαδή μεταβολή στη θερμοκρασία), ελαφρά μικρότερη λιπαντική ικανότητα, μικρότερη αντοχή στην υδρόλυση, ελαφρά χειρότερη αναμειξιμότητα με άλλα λάδια, ενώ είναι το ίδιο εύφλεκτα με τα ορυκτέλαια και οι ιδιότητές τους επηρεάζονται πολύ λιγότερο με τη χρησιμοποίηση προσθέτων. Η σύγκριση αυτή μας δίνει ένα ακόμη μέτρο της σπουδαιότητας που έχει η μικρή μεταβολή του ιξώδους, δηλαδή της ρευστότητας, με τη θερμοκρασία και κατά συνέπεια της σπουδαιότητας χρησιμοποίησης του σωστού λαδιού στον κινητήρα. Γιατί, όπως βλέπουμε, το ουσιαστικό πλεονέκτημα των συνθετικών λαδιών σε σχέση με τα ορυκτέλαια είναι ακριβώς η μικρότερη μεταβολή του ιξώδους τους με τη θερμοκρασία. Πλεονέκτημα, που αρκεί για να δημιουργήσει γι' αυτά μια θέση στην αγορά που αν δεν είναι ακόμη σημαντική, δεν είναι πάντως αμελητέα. Με όσα αναφέραμε παραπάνω, δεν πιστεύουμε ότι κάναμε μια ολοκληρωμένη παρουσίαση και ανάλυση των λαδιών λίπανσης των κινητήρων, των ιδιοτήτων, της κατασκευής, των χαρακτηριστικών και των «μυστικών» τους. Ίσως άλλωστε και να μην είναι απαραίτητη η επέκταση σε τόσες λεπτομέρειες. Προσπαθήσαμε όμως να δώσουμε μια σύντομη όσο και περιεκτική εικόνα του τόσο σημαντικού αυτού θέματος, για τη λύση κάποιων αποριών που σίγουρα υπάρχουν, αλλά και για την επισήμανση ορισμένων πολύ σπουδαίων σημείων, που συχνά τείνουμε να ξεχνάμε ή ν' αγνοούμε, αγνοώντας ίσως ταυτόχρονα και τα προβλήματα που προξενούμε στον κινητήρα μας. Όπως λοιπόν ενδιαφερόμαστε για την ποιότητα του καυσίμου που χρησιμοποιούμε στο αυτοκίνητο μας, το ίδιο πρέπει να ενδιαφερόμαστε και για την ποιότητα του λαδιού και για την έγκαιρη αντικατάστασή του, μετά τη φυσιολογική φθορά που έρχεται με το χρόνο.
Ίσως να είναι λίγο βαρετό, αλλά είναι απαραίτητο…