روغن موتور چیست:

روغن موتور از ترکیب روغن پایه نفتی به اضافه ی افزودنی ها بدست می آید. طبیعی است با توجه به ترکیب گفته شده در خصوص ساختار روغن موتور، کیفیت آن را وابسته به افزودنی های آن بدانیم وهم اینکه دقت کنیم تشخیص کیفیت مواد افزودنی با دیدن، استنشاق و لمس کردن امکان پذیر نیست. باید به این نکته توجه کنیم روغن موتور در مدت زمان مشخصی از کارکرد خودرو باید تعویض گردد زیرا مواد افزودنی خواص خود را طی عملکرد از دست می دهند.

از جمله وظایف مهم روغن موتور:

روانکاری (کاهش اصطکاک بین قطعات)، کاهش سایش قطعات موتور، شست وشوی داخل موتور و تمیز نگه داشتن قطعات داخل موتور از دوده و ترکیبات حاصل از تجزیه روغن و رسوبات بین قطعات متحرک موتور در دماهای مختلف و محافظت قطعات موتور در مقابل خوردگی و ضربه گیری.

تعاریف اولیه:

روغن پایه:

روغن پایه به روغنی گفته می شودکه به عنوان یک پایه برای روانکاری استفاده می شود پس از اضافه کردن مواد افزودنی به روغن پایه، روانکار نهایی بدست می آید. روغن پایه ها از لحاظ حجمی مهمترین جزء تشکیل دهنده ی روانکارها می باشد و از لحاظ وزنی به طور متوسط بیش از 95% فرمولاسیون یک روانکار راتشکیل می دهند .

روغن پایه ها معمولا 70% تا99% از فرمولاسیون روانکار ها را تشکیل می دهند و می توان آن ها را از منابع نفتی و غیر نفتی بدست آورد. روغن پایه از سه منبع اصلی بدست می آید:                                                  

نفت خام (روغن های پایه ی معدنی)

سنتیک یا سنتزی (روش های شیمیایی)

منابع طبیعی به غیر از نفت خام (مانند چربی ها، گیاهان و...)

بیشتر روغن پایه ی مصرفی در جهان در حدود95%، امروزه از پالایش نفت خام بدست می آید. ویژگی های روغن پایه های بدست آمده از نفت وابسته به نوع نفت خام و چگونگی عملیات پالایش است. روغن پایه های نفتی اجزاء شیمیایی خود را چه مطلوب و چه نامطلوب از نفت خام که حاوی ترکیبات مختلفی از قبیل هیدروکربن های پارافینیک، آروماتیک، نفتیک و همچنین ترکیبات گوگرددار می باشد به دست می آورند. روغن پایه ها نیز متشکل از این ترکیبات هستند عمده ترکیبات تشکیل دهنده ی روغن های نفتی که روی خواص روغن نیز تاثیر می گذارند ترکیبات پارافنیک، آروماتیک و نفتیک هستند.

نقش مواد افزودنی به روغن پایه برای تهیه ی روغن موتور:

1-موادافزودنی بالا برنده شاخص گرانروی به جریان روغن موتور کمک می کند.

2-مواد ضد اکسیداسیون از اکسیداسیون روغن و در نهایت تشکیل لجن جلوگیری می کند.

3-مواد صابونی (پاک کننده) برای پاکیزه نگه داشتن موتور استفاده می شود چون آلودگی های مختلف را در حالت معلق نگه می دارد و مانع از نشستن آن ها بر روی قطعات می شود.

4-مواد ضد زنگ زدگی

5-مواد ضد خوردگی

6-مواد ضد کف کردن روغن

7-مواد کاهش دهنده ی اصطکاک

8-مواد پایین آورنده ی نقطه ی ریزش

در ادامه به توضیح هر کدام از مواد افزودنی می پردازیم:

1- بهبود دهنده شاخص گرانروی (Viscosity Index Improver) 

شاخص گرانروی یک عامل مهم در مشخص کردن کیفیت و توانایی یک روغن برای کاربرد در گستره های مختلف دمایی است تغییر کم شاخص گرانروی در درجه حرارت های متفاوت یکی از ویژگی های مهم روانکارها است که با افزودنی های بالابرنده ی شاخص گرانروی تا حد زیادی قابل دسترس خواهد بود. بهبود دهنده های گرانروی معمولا پلیمرهایی هستند که وزن مولکولی آنها به طول زنجیرشان بستگی دارد. این پلیمر ها در دمای بالا تغییر شکل می دهند وحلالیتشان در روغن با افزایش دما بیشتر می شود. افزایش گرانروی روغن به وزن مولکولی و غلظت مورد استفاده بهبود دهنده های گرانروی در فرمولاسیون روغن بستگی دارد. در عمل وزن مولکولی 10000-250000 استفاده می شود و غلظت های کاربردی نیز بین 25-3 درصد وزنی است. به طور کلی بهبود دهنده های شاخص گرانروی برای دیگر افزودنی ها مزاحمتی ایجاد نمی کنند فقط برخی از آن ها ممکن است سرعت سایش را زیاد کنند. بهبود دهنده های شاخص گرانروی در روغن موتور، تراکتور و روغن دهنده های اتوماتیک کاربرد زیادی دارند.

2- بازدارنده های اکسیداسیون (Anti Oxidants)

روغن ها به طور طبیعی در طول زمان کارکرد اکسید می شوند و این امر موجب افزایش گرانروی و در نهایت افزایش اصطکاک و سایش می شود. بازدارنده های  اکسیداسیون موادی هستند که تا حد مطلوبی می توانند موجب جلوگیری یا به تاخیر انداختن اکسیداسیون و در نتیجه موجب افزایش طول عمر مفید روغن شوند. اکسیداسیون هیدروکربن های موجود در روغن توسط رادیکال های آزاد پروکسی و آلکیل رادیکال ها اتفاق می افتد. موادی که طی این فرایند ممکن است تولید شوند عبارتند از: آلکیل هالیدها، هیدروپرکسیدها، دی آلکیل پرکسیدها، الکل ها، آلدهیدها، کتون ها، کربوکسیلیک اسیدها و استرها.

پس از به وجود آمدن این مواد واکنش های پلیمریزاسیون نیز ممکن است صورت گیرد و ترکیباتی با وزن مولکولی بالا تولید شوند و در نهایت منجر به افزایش گرانروی روغن شود بیشتر ترکیبات حاصل از اکسیداسیون روغن اسیدی هستند که می توانند موجب سایش و خوردگی شوند.

مکانیسم عملکرد بازدارنده های اکسیداسیون به این صورت است که رادیکالهای آزاد را از بین می برند و به این ترتیب ترکیبات رادیکالی را به غیر رادیکالی تبدیل کرده و واکنش را خاتمه می دهند. البته این ترکیبات می توانند با غیر فعال کردن سطوح فلزی مانند آهن و مس که بیشترین کاربرد را در ساخت ماشین های مهندسی دارند باعث تاخیر در اکسیداسیدن شوند.

3- مواد افزودنی پاک کننده و معلق کننده (Dispersants  and  Detergents)

این مواد افزودنی معمولا مهمترین جزء جدا نشدنی روغن موتورهای بنزینی و دیزلی  هستند. وظایف این افزودنی ها عبارت است از:

خنثی کردن اسیدهای ناشی از احتراق

جلوگیری از تشکیل لاک بر روی سطح قطعات موتور

جلوگیری از تجمع و لخته شدن ذرات دوده ناشی از احتراق و به دنبال آن جلوگیری و به تاخیر انداختن تشکیل لجن

پاک کننده ها مواد ناشی از سایش ذرات دوده ای شکل موجود در روغن را از سطح پاک می کنند. این ترکیبات حاوی فلزات هستند و خاصیت قلیایی دارند. از نظر عملکرد فرق زیادی بین پاک کننده ها و معلق کننده ها وجود ندارد. این افزودنی ها عموما مولکول هایی هستند که یک سر هیدروکربنی روغن دوست و یک سر قطبی آب دوست دارند. حل شدن این مواد در روغن پایه به دلیل وجود سرهای روغن دوست و جذب آلودگی ها به دلیل وجود سرهای آب دوست صورت می گیرد. سرهای قطبی از چسبندگی ذرات کربنی قطبی به سطح فلز و انباشته شدن آنها جلوگیری می کند. 

4- مواد ضد خوردگی و ضد زنگ زدگی (Anti Corrosion & Anti Rust)

به طور کلی روغن های معدنی (نوعی از روغن پایه) قابلیت محافظت و جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی را دارند اما در عمل به دلیل وارد شدن آب به صورت قطرات بسیار ریز در داخل روغن به مرور زمان قطعات فلزی دچار زنگ زدگی و خوردگی می شوند. برای جلوگیری از این پدیده ها مواد افزودنی ضد خوردگی  و ضد زنگ زدگی را به روغن پایه اضافه می کنند. همچنین مواد افزودنی قلیایی می تواند اسیدهای ناشی از عمل احتراق را (در موتورهای احتراق داخلی ) که موجب خوردگی و زنگ زدگی می شوند از بین ببرند.

 5- ضد کف ها (Anti foams)

سرعت زیاد حرکت روغن و ایجاد اغتشاش هنگام کار دستگاه های صنعتی و موتورها باعث ورود هوا به داخل روغن و تشکیل کف می شود. کف تشکیل شده ممکن است پایدار باشد و بر سیستم روانکاری تاثیر گذاشته و موجب صدمات جبران ناپذیری می شود. وجود حباب های هوا باعث ایجاد سایش حفره ای و انتقال نامناسب روغن درون سیستم های روانکاری می شود علاوه بر این عمر روانکار را نیز کاهش می دهد. در مورد کف ها ابتدا باید تفاوت بین کف سطحی و کف داخلی را بدانیم که کف سطحی با ضدکف کنترل می شود.

کف زدا ها نسبت به روغن پایه ی استفاده شده در روانکار کشش سطحی کمتری دارند و معمولا در روغن پایه قابل حل نیستند در نتیجه روی سطح پخش شده و این عمل سبب می شود که بعد از گذشت مدتی از زمان استفاده یا نگهداری همچنان پایدار بمانند. کف های داخلی همان حبابهای کوچک هوا در داخل روغن هستند. متاسفانه کف زداهایی که باعث از بین رفتن کف های سطحی می شوند عامل پایداری کف های داخلی می باشند. ضد کف ها معمولا به میزان خیلی کم (ppm 500-5000) به روانکار اضافه می شوند. میزان اضافه کردن ضد کف ها مهم است چرا که اگر بیش از حد اضافه شوند باعث کف کردن روغن خواهد شد.

6- مواد ضد ساییدگی (Anti wear)

در شرایط کاری سخت اجزای موتور (سوپاپ ها ،بادامک ها و..) دچار ساییدگی می شوند. مواد افزودنی ضد سایش یک فیلم نازک معدنی روی فلز تشکیل می دهند تا از خوردگی فلز جلوگیری کنند. فیلم تشکیل شده دارای مقاومت کمتری نسبت به فلز اصلی است بنابراین اگر بین سطوح تماس حاصل شود قبل از اینکه سطح فلز بخواهد آسیب ببیند فیلم تشکیل شده شکسته می شود در صورت از بین رفتن این فیلم واکنش شیمیایی بین سطوح فلز و ماده افزودنی دوباره انجام شده و فیلم جدیدی جایگزین می شود بدین ترتیب این مواد افزودنی تا زمانی که بطور کامل از بین نرود به وظایف خود عمل می کند.

7- مواد پایین آورنده ی نقطه ی ریزش (Pour point Depressants)

بیشتر روغن ها ممکن است دارای واکسهای محلولی باشند که با سرد شدن روغن شروع به تشکیل کریستال کنند. مواد پایین آورنده ی نقطه ی ریزش از تشکیل کریستال ها و رسوب کردن آن ها جلو گیری می کنند. این مواد برای کارایی روغن در دمای پایین بسیار حیاتی هستند به خصوص زمانی که روغن پایه ی استفاده شده در ساخت روغن از نوع پارافنینگ باشد. این مواد اندازه و چسیندگی ساختمان های کریستالی را کاهش می دهند و باعث پایین آمدن نقطه ی ریزش می شوند. از نظر ساختمانی بسیار شبیه به بهبود دهنده های شاخص گرانروی می باشند.

تعریفی از گرانروی:

مقاومتی که یک روغن نسبت به جاری شدن به علت اصطکاک داخلی مولکولهای آن از خود نشان می دهد گرانروی گفته می شود. گرانروی روغن با تغییر دمای آن تغییر می کند و هر چه گرمتر شود گرانروی آن کمتر می شود. از این رو همواره باید گرانروی همراه با دمایی که گرانروی در آن دما اندازه گیری شده قید شود. گرانروی روغن معمولا در دمای 40 و 100 درجه ی سانتی گراد بیان می شود. استفاده از روغن با ویسکوزیته ی بالا در زمستان روانکاری موتور را تا زمان گرم شدن به تاخیر انداخته و در این مدت روغن به تمامی قسمت های موتور نخواهد رسید همچنین استفاده از روغن با ویسکوزیته پایین در تابستان نیز باعث سایش قطعات موتور می شود. 

طبقه بندی روغن موتور:

انجمن نفت آمریکا  (American Petroleum Institute) API

حرف اول در طبقه بندی روغن موتور معرف نوع موتور محل مصرف (حرف C خودروهای دیزلی و حرف S برای خودرو های بنزینی ) و حرف دوم نشان دهنده ی سطح کیفیت روغن خواهد بود که از حرف A شروع می شود. به این مفهوم که حرف A پایینترین سطح کارایی را نشان می دهد و با بالا رفتن حروف سطح کارایی نیز افزایش پیدا می کند. مانند SM ،SL ،SG و... سطوح کارایی بالاتر نشان از میزان افزودنیهای بیشتر و با کیفیت تر در روغن بوده و تست آزمایشگاهی و عملکردی شرایط حادتری را تحمل می کنند.

 SL برای همه ی موتور های خودرو در حال حاضر مورد استفاده است.

انجمن مهندسین خودرو (Society of Automotive Engineers) SAE

در روغن های چهار فصل به صورت دو جزیی است که عدد اول به همراه حرف W  می باشد مربوط به پایین ترین ویسکوزیته آن روغن و عدد دوم معرف بالاترین ویسکوزیته آن روغن است. عدد اول نقش مهمی در استارت اول در روزهای سرد زمستان بازی می کند هر چه این عدد کوچکتر باشد روغن موتور رقیقتر است و در همان استارت اول کل اجزای داخلی موتور روغن کاری شده و موتور به راحتی روشن خواهد شد. عدد دوم بعد از  W نشان دهنده ی این است که تا چه درجه حرارتی از دمای محیط در زمان کارکرد خودرو روغن موتور گرانروی مطلوب خود را حفظ می کند زیرا در دماهای بالای محیط و به علت افزایش دمای داخلی موتور ممکن است روغن موتور بیش از اندازه رقیق شود و چسبندگی خود را از دست دهد که این امر موجب کاهش روانکاری داخلی موتور می شود. روغن های چند ویسکوزیته به واسطه افزودن پلیمر به روغن ساخته می شوند. این پلیمرها به روغن اجازه می دهند تا در دماهای مختلف ویسکوزیته های مختلفی داشته باشند. در هوای سرد پلیمر ها در خود جمع می شوند و باعث جریان یافتن راحت تر روغن می گردند و در گرما نیز پلیمرها شروع به باز شدن به صورت زنجیره های بلند نموده و روغن غلیظ می گردد اما این افزایش و کاهش ویسکوزیته تنها تا حد مشخص شده برای همان روغن است، مثلا یک روغن 10W-30 روغنی است که با ویسکوزیته 10 که در زمان گرم شدن ویسکوزتر از 30 نخواهد شد یعنی اگر مثلا این روغن در دمای 100 درجه سانتی گراد به ویسکوزیته 30 برسد در دماهای بالا نیز ویسکوزیته ای بیش از 30 پیدا نخواهد کرد که این امر به واسطه مقدار پلیمر افزوده شده برای دستیابی به عدد حداکثر 30 برای روغن 10W-30 می باشد.

مقایسه  روغن موتور   10W-40 با روغن موتور 20W-50:

روغن موتور 10W-40 روانتر است. مناسب برای فصول سرد است، عمل روانکاری را زودتر انجام می دهد.