Moottoriöljy on öljyä, jonka tehtävä on sitoa likaa, tiivistää, jäähdyttää ja voidella moottoria. Moottorin voiteluöljy koostuu perusöljystä ja siihen käytetyistä lisäaineista. Käytettävän perusöljyn laatu ja viskositeetti vaikuttavat siihen, miten tehokas, kestävä ja suojaava voitelu on. Oikeanlaatuinen moottoriöljy takaa kestävät voiteluominaisuudet niin öljyn ikääntyessä kuin kovassa rasituksessakin.
Moottoriöljyjä on kaksi- ja nelitahtimoottoreihin. Kaksitahtisissa moottoreissa voiteluöljy sekoitetaan joko polttoaineen sekaan tai levitetään tuorevoitelujärjestelmän kautta voitelukohteisiin (erillinen tankki öljylle). Nelitahtisissa moottoreissa voiteluöljy on öljypohjassa, josta sitä kierrätetään voitelukanavia pitkin voitelemaan koko moottoria. Kaksitahtimoottori polttaa kaiken saamansa öljyn, joten siihen ei tarvitse tehdä öljynvaihtoa, mutta öljytasoa on seurattava paljon tarkemmin. Kaksi- ja nelitahtiöljyt eivät ole yhteensopivia, eikä niitä saa sekoittaa.
Moottoriöljyissä ja moottoreissa käydään jatkuvaa kehityskilpailua. Jatkuvasti kiristyvät ympäristöystävällisyys- ja päästövaatimukset vaativat jatkuvaa moottoriöljyjen kehittämistä yhtenä osana taloudellisesti toimivaa moottoria. Kärjistetysti voisi sanoa, että autonvalmistajat haluaisivat pidentää öljynvaihtovälejä autojen myyntivalttina ja öljy-yhtiöt haluaisivat lyhemmät vaihtovälit, jotta öljyjä olisi helpompi kehittää.[1]
Moottoriöljyn ympäristövaikutukset
Moottoriöljyn ominaisuudet vaikuttavat polttoaineenkulutukseen pääosin perusöljyn laadun ja viskositeetin kautta. Synteettinen perusöljy ja alhainen viskositeetti aiheuttavat vähemmän kitkavastuksia moottorin voitelujärjestelmässä ja täten laskevat polttoaineenkulutusta. Vaikutus pakokaasupäästöjen koostumukseen tulee öljyn, sekä käytettävän polttoaineen kemiallisesta koostumuksesta.
Nesteen tekemän raskaan kaluston voiteluainetutkimuksen mukaan siirtymällä 15w-40 -luokan öljystä 10/5/0w-30 -luokkaan, voidaan polttoaineenkulutusta saada laskettua 1-2 % (moottorista riippuen). Moottoriöljyn vaikutus polttoaineenkulutukseen on suurimmillaan pienillä moottorin kuormituksilla, jolloin moottorin sisäisten kitkahäviöiden suhteellinen osuus on suurimmillaan.[2]VTT:n tutkimuksessa raskaan kaluston polttoaineenkulutuksessa ei havaittu suuria eroja normaalissa käytössä kuluneen ja uuden moottoriöljyn välillä.[3]
Moottoriöljyjen vaihtoväli pyritään maksimoimaan, jotta syntyvän jäteöljyn määrä vähenee ja näin jäteöljyjen aiheuttama ympäristökuormitus alenee. Vaihtovälin määrittelyssä pyritään huomioimaan sekä päästövaatimukset että ajoneuvon käyttöolosuhteet entistä tarkemmin.[1] Euro 4 ja 5 -päästöluokkiin tarkoitetusta Low-SAPS -moottoriöljystä on hyötyä myös aiempien päästöluokkien moottoreissa, sillä ne alentavat päästöpartikkelien muodostusta.[4]
Moottoriöljyn toiminta
Moottoriöljyltä vaaditaan hyvää suojausta heti käynnistyksestä lähtien, eli öljyn on kyettävä nousemaan nopeasti öljypohjasta moottorin yläosaan ja voideltava osia kulumisen minimoimiseksi. Öljyn nousemista moottorin yläosiin pyritään nopeuttamaan käyttämällä ohuempia öljyjä. Moottoriöljyn toiminta monissa ajoneuvojen nelitahtimoottoreissa perustuu paineistettuun järjestelmään, missä öljynpaineet vaihtelevat 0,5 - 7 bar riippuen moottorista ja kierrosluvuista. Öljyn on toimittava tehokkaasti jo ulkoilman lämpötilasta aina satojen asteiden lämpötilaan asti kestäen kovia paineita ja leikkausvoimia. Moottoriöljyn ihanteellinen käyttölämpötila on 70 - 110 °C, jolloin moottoriöljyn lisäaineet toimivat aktiivisesti ja pitävät moottorin puhtaana. Nyrkkisääntönä on, ettei moottoria saisi kuormittaa raskaasti ennen kuin öljyn lämpötila on saavuttanut 50 °C.
Joissain moottoreissa on öljynjäähdytin, joka estää moottoriöljyn ylikuumentumisen kovassa rasituksessa, parantaen näin öljyn ja moottorin kestoikää. Öljyn ylikuumentuminen saattaa aiheuttaa öljykalvon liiallisen ohenemisen, jolloin laakereille ei enää muodostu kestävää öljykalvoa ja metalli-metalli -kosketus on mahdollinen. Se johtaa nopeaan osien kulumiseen tai jopa laakeri-/moottorivaurioon. Öljynjäähdyttimiä käytetään paljon raskaan kaluston moottoreissa, henkilöautoissa yleensä vain tehokkaimmissa moottoreissa on öljynjäähdytin. Öljynjäähdytin voi olla myös yhdistettynä moottorin nestejäähdytysjärjestelmään, jolloin moottorin jäähdytysneste lämmittää öljyä kylmällä säällä ja viilentää öljyä kuumalla säällä - tätä kutsutaan lämmönvaihtimeksi.
Uusi moottoriöljy on yleensä vaalean- tai tummanruskeaa. Käytössä moottoriöljy kuitenkin tummuu, sillä se sitoo moottorin likaa itseensä. Öljyn sekaan pääsee muun muassa metallihiutaleita, karstaa, nokea ja pieniä määriä polttoainetta sekä tiivistynyttä vettä. Loppuunkäytetty moottoriöljy eli jäteöljy on yleensä tumman mustaa. Erityisesti dieselmoottorin öljy tummuu noen vuoksi nopeasti, mutta se ei tarkoita että öljy olisi heti käyttökelvotonta. Moottoriöljyn ikääntymiseen vaikuttavat muun muassa moottorin pyörimisnopeus, käyttötuntimäärä, käytetty polttoainemäärä (kuormitus), sekä öljyn ja imuilman lämpötila. Hapettumisen kautta vanhenemiseen vaikuttavat öljyyn pääsevä noki ja korkeat öljyn lämpötilat.[5] Tässäkin tulee luottaa autonvalmistajan antamaan vaihtoväliin ja öljynlaatusuosituksiin.
Laatuluokitukset
API-luokitus (American Petroleum Institute) ilmaisee myös millaiselle moottorille öljy on tarkoitettu. Öljytölkin kyljessä saattaa lukea esimerkiksi API SJ/CC. S-kirjain ilmoittaa sopivuuden bensiinimoottorille, ja vinoviivan jälkeen tuleva C ilmoittaa sopivuuden diesel-moottoreille. S:ää seuraava J-kirjain ilmoittaa öljyn laadun: mitä kauempana aakkosissa kirjain on, sitä vaativammat moottoritestit öljy on läpäissyt ja sitä laadukkaampaa öljy on (samoin myös C:tä seuraava kirjain). API-luokitus ilmoittaa vain moottoriöljyn laadun lähtötason, eli öljy voi ylittääkin moottoritestin vaatimukset. API-luokitus on taaksepäin yhteensopiva, eli korkeamman luokituksen öljyä voi käyttää alempaa luokitusta vaativassa moottorissa.[6][7]
Bensiinimoottoriöljyt
SA (Vanhentunut): Ei lainkaan lisäaineita, ei sovellu vuoden 1930 jälkeen valmistettuihin bensiinimoottoreihin
SB (Vanhentunut): Ei sovellu vuoden 1951 jälkeen valmistettuihin bensiinimoottoreihin
SC (Vanhentunut): Ei sovellu vuoden 1967 jälkeen valmistettuihin bensiinimoottoreihin
SD (Vanhentunut): Ei sovellu vuoden 1971 jälkeen valmistettuihin bensiinimoottoreihin
SE (Vanhentunut): Vuosimallia 1972-1979 olevien bensiinimoottoreiden tyypillinen käyttöluokka
SF (Vanhentunut): Puhtaanapito- ja kulumisenesto-ominaisuudet paremmat kuin SE-luokassa. Vuosimallia 1980-1988 olevien bensiinimoottoreiden laatuvaatimus
SG (Vanhentunut): Aiempaa parempia puhtaanapito-, lietteenesto-, käyttöikä- ja kulumisenesto-ominaisuuksia vaativa luokka. Useimpien moottorinvalmistajien laatuvaatimuksena vuodesta 1989 alkaen
SH (Vanhentunut): Otettiin käyttöön 1993. Testeiltään ja rajoiltaan sama kuin SG, mutta testien suoritustapa on vaativampi
SJ (Käytössä): 1996 käyttöönotettu luokitus, joka on kehitetty moottoreiden entistä tiukempien päästö- ja suorituskykyvaatimuksien mukaiseksi
SL (Käytössä): 2001 käyttöönotettu luokitus, jossa otetaan huomioon kolme suorituskykyvaatimusta; parempi polttoainetalous, parempi suoja päästöjä vähentäville osille, halu saada aikaan moottoriöljyjä, jotka tarjoavat mahdollisuuden pidempään käyttöikään. Uudet testit ja testirajat ovat merkittävästi vaativammat kuin SJ-luokituksessa
SM (Käytössä): Vuonna 2004 esitelty luokitus, joka parantaa hapettumisenkestoa, liansitomiskykyä, kulumissuojaa ja alhaisten lämpötilojen suorituskykyä koko moottoriöljyn elinkaaren aikana.
SN (Käytössä): Vuonna 2010 esitelty laatuluokitus, joka parantaa tiivisteyhteensopivuutta, mäntien suojaa karstoittumista vastaan korkeissa lämpötiloissa ja parantaa mustan lietteen kesto-ominaisuuksia. Tuloksena alhaisempi polttoaineenkulutus, parempi turboahtimen suojaus, yhteensopivuus päästöjärjestelmien kanssa ja etanolipolttoaineen (max 85%) kanssa.
Dieselmoottoriöljyt
CA (Vanhentunut): Ei sovellu vuoden 1959 jälkeen valmistettuihin dieselmoottoreihin
CB (Vanhentunut): Ei sovellu vuoden 1961 jälkeen valmistettuihin dieselmoottoreihin
CC (Vanhentunut): Käyttö on tyypillistä kevyesti ahdetuille ja ahtamattomille dieselmoottoreille, jotka toimivat keski-raskaissa olosuhteissa. Ei sovellu vuoden 1990 jälkeen valmistettuihin dieselmoottoreihin
CD (Vanhentunut): Käyttö on tyypillistä ahdetuille dieselmoottoreille, jotka toimivat suurilla nopeuksilla ja suurilla tehoilla ja vaativat öljyltä erittäin hyvää kulumisen- ja karstoittumisenestokykyä
CF (Käytössä): 1994 esitelty, esikammiodieselmoottoreille tarkoitettu luokitus, korvaa CD-luokituksen
CG-4 (Vanhentunut): Amerikkalaisille raskaan kaluston dieseleille tarkoitettu luokka
CH-4 (Käytössä): Raskaan kaluston luokitus vuoden 1998 päästöstandardit täyttäville öljyille, jotka on tarkoitettu rikittömällä tai vähärikkisellä polttoaineella toimiviin dieselmoottoreihin
CI-4 (Käytössä): 2002 esitelty luokitus, nopeakäyntisiin nelitahtisiin dieselmoottoreihin ERG-venttiilillä vuoden 2004 päästöstandardeja varten
CJ-4 (Käytössä): 2006 esitelty luokitus, vuoden 2007 päästöstandardeihin, eli hiukkassuodattimella tai muulla pakokaasujen jälkikäsittelyllä varustettuihin ajoneuvoihin.
Group I: Rikkipitoisuus suurempi kuin 0,03 % ja/tai kylläisyys alle 90 %; Viskositeetti-indeksi: 80-119 (Alhainen jalostusaste, käyttö vähän vaativissa kohteissa)
Group II: Rikkipitoisuus 0,03 % tai alhaisempi ja kylläisyys 90 % tai suurempi; Viskositeetti-indeksi: 80-119 (Hyvät haihtuvuus- ja hapettumisominaisuudet, välttävät kylmä- ja paineenkesto-ominaisuudet, yleinen yksiasteisissa mineraaliöljyissä)
Group III: Rikkipitoisuus 0,03 % tai alhaisempi ja kylläisyys 90 % tai suurempi; Viskositeetti-indeksi: 120 tai suurempi (Hyvät perusominaisuudet ja parhaat perusöljyt voivat olla Group IV-tasoisia, ryhmään kuuluvat esimerkiksi krakatut perusöljyt)
Group IV: Kaikki polyalfaolefiinit (PAO) (Erittäin tasalaatuinen ja täysin keinotekoisesti tuotettu perusöljy, erinomaiset ominaisuudet laaja-alaisesti voiteluun liittyen)
Group V: Kaikki mitkä eivät sovi ryhmiin I-IV (esimerkiksi ei-PAO -pohjaiset synteettiset perusöljyt: diesterit, polyesterit, naftaliinit - tavallinen käyttö moottoriöljyn lisäaineistuksessa).
ACEA-laatuluokitukset
ACEA-luokitus (European Automobile Manufacturers Association) ilmoittaa, millaisiin käyttöolosuhteisiin öljy on suunniteltu. A-luokka on bensiinimoottoreille, B-luokka dieselmoottoreille, C-luokka katalysaattori- ja hiukkassuodattimilla varustetuille henkilöautoille ja E-luokka raskaalle kalustolle. Kirjaimen jälkeen tuleva numero ilmaisee, miten raskaaseen käyttöön öljy on suunniteltu. Mitä suurempi numero, sitä raskaampaan käyttöön öljy on. ACEA-luokitus on API-luokitusta vaativampi, eurooppalaisten autonvalmistajien järjestön oma luokitus.[10]
ACEA A/B -luokat; bensiini- ja dieselmoottoriöljyt
A1/B1: Alhaisen viskositeetin ja kitkan öljy, tarkoitettu pidennetyille vaihtoväleille bensiinimoottoreille sekä kevyeen dieselkalustoon.
A3/B3: Ympärivuotiseen käyttöön ja/tai vaikeisiin olosuhteisiin valmistajan ohjeiden mukaisesti, tarkoitettu pidennetyille vaihtoväleille suorituskykyisille bensiinimoottoreille sekä kevyeen dieselkalustoon.
A3/B4: Suorituskykyisiin bensiinimoottoreihin ja suoraruiskutus-dieselmoottoreihin. Voidaan käyttää autoissa, joissa vaatimus on A3/B3.
A5/B5: Alhaisen viskositeetin ja kitkan öljy, tarkoitettu pidennetyille vaihtoväleille suorituskykyisiin bensiinimoottoreihin sekä kevyeen dieselkalustoon, voidaan käyttää myös A1/B1-luokituksen tilalla.
C1: Korkean suorituskyvyn bensiinimoottoreihin ja kevyeen dieselkalustoon, öljyllä alhainen viskositeetti ja kitka, HTHS-viskositeetti vähintään 2,9 cP, sekä alhainen tuhka-, rikki- ja fosforipitoisuus (Low-SAPS).
C2: Korkean suorituskyvyn bensiinimoottoreihin ja kevyeen dieselkalustoon, öljyllä alhainen viskositeetti ja kitka, HTHS-viskositeetti vähintään 2,9 cP.
C3: Korkean suorituskyvyn bensiinimoottoreihin ja kevyeen dieselkalustoon, öljyllä alhainen viskositeetti ja kitka, HTHS-viskositeetti vähintään 3,5 cP.
C4: Korkean suorituskyvyn bensiinimoottoreihin ja kevyeen dieselkalustoon, öljyllä alhainen viskositeetti ja kitka, HTHS-viskositeetti vähintään 3,5 cP, sekä alhainen tuhka-, rikki- ja fosforipitoisuus (Low-SAPS).
ACEA E-luokka; raskaan kaluston dieselmoottoriöljyt
E4: Sopivaa moottoreihin ilman hiukkassuodatinta, sopii joihinkin EGR- ja SCR-järjestelmillä varustettuihin moottoreihin valmistajan ohjeiden mukaisesti.
E6: Yhteensopiva EGR-järjestelmällä varustettujen moottorien kanssa, myös hiukkassuodattimien kanssa, sekä SCR-järjestelmän kanssa. Tarkoitettu käytettäväksi matalan rikkipitoisuuden omaavan dieselpolttoaineen kanssa.
E7: Sopivaa moottoreille ilman hiukkassuodatinta ja useimmille EGR- ja SCR-järjestelmillä varustetuille moottoreille.
E9: Sopii moottoreille ilman hiukkassuodatinta tai sen kanssa, ja useimmille EGR- ja SCR-järjestelmillä varustetuille moottoreille. Suositellaan kuitenkin käytettäväksi hiukkassuodatinmoottorissa ja matalan rikkipitoisuuden omaavan dieselpolttoaineen kanssa.
Muita öljyluokitusstandardeja
Lisäksi autovalmistajat ovat luoneet omia laatustandardeja, näistä esimerkkeinä VW 503.00 tai BMW LL-01. Jos autonvalmistaja on asettanut omia erikoisvaatimuksia öljylaadulle, tulee nämä vaatimukset ottaa huomioon. Autojen pidentyneet huoltovälit vaativat moottoriöljyltä parempia ominaisuuksia (mm. voimakkaampaa lisäaineistusta), joihin yo. vaatimukset viittaavat - puhutaan ns. longlife-öljyistä. Maataloudessa on käytössä erikoisöljyjä, jotka täyttävät sekä moottoriöljyn että vaihteistoöljyn laatuluokitukset.[11]
ISO-viskositeettiluokitus ilmoittaa öljyn viskositeetin 40 tai 100 celsiusasteen lämpötiloissa. ISO-luokitusta käytetään yleisesti teollisuuden öljytuotteissa.[12]
SAE-viskositeettiluokitus ilmoittaa öljyn viskositeetin. Moottoriöljyt ovat jaoteltu sakeusluokkiin juoksevuuden mukaan, lukuun ottamatta mitään muita ominaisuuksia. Voitelunesteissä viskositeetti ilmoitetaan kinemaattisena viskositeettina, eli yksikkönä on senttistoki.[13]
Yksiasteöljyksi sanotaan öljyä, jolle on mitattu SAE-viskositeetti vain lämpimässä tai kuumassa (esimerkiksi SAE 10w tai SAE 30). Yksiasteöljyjä käytetään pienkoneiden, esimerkiksi ruohonleikkureiden, nelitahtimoottoreissa. Tosin tavalliset autokäyttöön suunnitellut moniasteiset moottoriöljyt soveltuvat sellaisinaan myös pienten moottoreiden voiteluun, joten ei välttämättä tarvita eri öljyä esim. ruohonleikkurille.
Moniasteöljyissä käytetään 5w-30:n tapaista merkintää. W-kirjainta (Winter) edeltävä numero ilmoittaa, minkä kylmäkäynnistyssimulaation öljy läpäisee: pienempi numero tarkoittaa vaativampaa luokkaa. Jälkimmäinen numero ilmoittaa öljyn viskositeettiluokan sadan celsiusasteen lämpötilassa: mitä pienempi numero, sitä alhaisemman viskositeetin luokitus.[14] Useimpia moniasteöljyjä voidaan käyttää ympäri vuoden, kun taas yksiasteöljyt sopivat vain tiettyyn lämpötila-alueeseen.
HTHS-viskositeetti (High Shear Rate and High Temperature) ilmoittaa viskositeetin 150 °C:n lämpötilassa rullalaakerisimulaattorissa. HTHS-viskositeetin merkitys on esillä vain ankarassa käytössä ja HTHS-raja-arvot sisältyvät SAE-viskositeettiluokituksissa kuumaviskositeetin vaatimuksiin.[15]
Viskositeetti-indeksi kuvaa öljyn lämpötilan vaikutusta öljyn viskositeettiin. Suuri viskositeetti-indeksi tarkoittaa vähäistä viskositeetin muutosta lämpötilan muuttuessa. Viskositeetti-indeksi pystytään laskemaan, kun tunnetaan öljyn kinemaattinen viskositeetti kahdessa pisteessä (esim. ASTM D 445 -standardin mukaan). Yksiasteöljylle tyypillinen indeksin arvo on 95 - 110, kun taas moniasteöljyllä indeksi voi olla yli 150.
Pumpattavuuden rajalämpötila ilmoittaa kylmänkeston eli lämpötilan jossa moottorin öljypumppu ei pysty enää pumppaamaan öljyä. Tämä on tärkein tieto kun käynnistetään kylmää moottoria: jos öljypumppu ei pysty nostamaan öljyä, on seurauksena hyvin pian moottorivaurio. Pumpattavuuden rajalämpötilaa tai jähmepistettä ei yleensä ilmoiteta öljykanisterin kyljessä suoraan celsiusasteina, vaan se on itse otettava selville joko valmistajan internetsivuilta, asiakaspalvelusta tai kauppiaalta. SAE-viskositeettiluokitus määrittelee winter-viskositeetin vähimmäislämpötilan, jonka yläpuolella öljyn on oltava pumpattavaa - tässäkin laadukas öljy voi hyvinkin kestää enemmän pakkasta mitä vaaditaan.
Musta liete syntyy, kun palolämpötila on > 1 400 °C. Silloin syntyy enemmän typen oksideja (NOx), jotka aiheuttavat moottoriöljyn hapettumista ja näin edesauttavat öljyn paksuuntumista. Typen oksidit ja vesi muodostavat seoksen, josta kehittyy typpihappoa. Tämä aiheuttaa moottoriöljyn paksuuntumisen ja lopputuotteena syntyy mustaa lietettä. Musta liete on siis paksuuntuneen moottoriöljyn äärimmäinen muoto.
Musta liete voi tukkia voiteluainekanavia tai koko imusiivilän, mistä aiheutuu moottorivaurio. Musta liete pitää puhdistaa ensin käsin ja sitten huuhtelemalla moottori erityisillä puhdistusaineilla.
Mustan lietteen syntyyn voivat johtaa liian pitkiksi venyneet öljyn vaihtovälit tai liian alhainen öljyn määrä. Moottoria ja öljyä rasittava ajotapa, eli hyvin pitkät joutokäynnin tai täyden kuormituksen jaksot, voivat myös paksuunnuttaa moottoriöljyä ja saada aikaan mustaa lietettä. Muita vaikuttavia tekijöitä ovat väärä polttoaine- tai öljylaatu, männänrenkaiden huono kunto, veden kondensoituminen moottoriöljyyn sekä vaikeat ilmasto-olosuhteet.[17]
Lähteet
A. Graham Bell: Uusi moottoritekniikka. Alfamer OY, 1998. ISBN 952-5089-24-X
Osmo Perälä: Pienmoottorit ja työkoneet. Alfamer OY, 2004. ISBN 952-472-011-6
