افزودنی روغن موتور

روغن موتورهای صنعتی، کارکردهای متعددی دارند، از مهم­ترین کارکردهای روغن موتور عبارتند از روانکاری موتور برای کاهش میزان اصطکاک میان قطعات فلزی و سایش آن­ها به یکدیگر؛ منظور از روانکار ماده­ای است که با قرار گرفتن در میان دو سطحی که با هم در تماس هستند، باعث پایین آمدن نیروی مقاومت در برابر حرکت یا نیروی اصطکاک مابین آن­ها شود.

روغن موتور از دو جزء روغن پایه و مواد افزودنی تشکیل می­گردد. خواص مکانیکی، فیزیکی و تریبولوژیکی روغن موتور عمدتاً ناشی از مواد افزودنی است که به منظور بهبود یا ایجاد خواص مورد نیاز به روغن پایه اضافه می­شود؛ لازم به ذکر است که تمامی روغن­ های دارای پایه نفتی و روغن ­های سنتزی احتیاج به مواد افزودنی دارند تا عملکردشان بهبود یابد. در این مطلب قصد داریم که به بررسی انواع مواد افزودنی در روغن موتورهای صنعتی و نقش آن­ها بپردازیم.

نکته جالب دیگر این است که نانو افزودنی­های تولید شده بر پایه نانو تکنولوژی نیز عملکرد قابل قبولی در زمینه اصلاح کنندگی گرانروی، بهبود دهنده هدایت حرارتی، بهبود دهنده نقطه ریزش، نقطه اشتعال و کاهش اصطکاک در ترکیبات روغن­های سنگین و سایر روانکارها داشته ­اند.

بخوانید: نحوه تعویض روغن موتور

تاریخچه افزودنی روغن موتور

افزودنی­ ها برای اولین بار در دهه 1920 میلادی در روانکارها استفاده شدند و پس از آن استفاده از این ترکیبات رشد روز افزونی داشته است، به طوری که عملا امروزه همه روانکارها حداقل یک نوع ادتیو (افزودنی) دارند و برخی دیگر از روغن­ها انواع متفاوتی از ادتیوها را دارا می­باشند که میزان آن­ها از یک صدم درصد تا 30% و حتی بیشتر متغیر است.

انواع روانکارها

روانکارها با ورود به هر محیطی میزان اصطکاک را کاهش می­دهند و از سایش سطوح متحرک بر روی یکدیگر جلوگیری می­کنند. در برخی موارد نیز روانکار ضمن کاهش اصطکاک، مسئولیت انتقال حرارت و قدرت را نیز بر عهده می­گیرد.

روانکارهایی که در این مطلب مورد بررسی قرار خواهند گرفت عبارتند از:

• روانکارهای مایع
• روانکارهای گریس، روانکارهایی که نه مایع هستند و نه جامد.

افزودنی اصلاح کننده اصطکاک

اصلاح کننده اصطکاک به افزودنی­هایی گفته می­شود که ضمن ترکیب شدن با روغن موتور، کمک قابل توجهی را به کاهش اصطکاک میان قطعات فلزی می­کنند؛ مکانیسم عملکرد این افزودنی­ها مانند افزودنی­های بازدارنده خوردگی و زنگ زدگی است که لایه روان کننده با دوام را از طریق جذب بر روی سطح و ارتباط با روغن موتور به وجود می­آورند. مواد تشکیل دهنده این افزودنی­ها زنجیره­های بلند اسیدهای چرب، مشتقات آن­ها و ترکیبات مولیبدن می­باشند. لازم به ذکر است که افزودنی­های ضد اصطکاک، سایش را نیز کاهش می­دهند و در بهینه سازی مصرف سوخت خودرو نیز نقش موثری دارند.

افزودنی­ های ضد سایش و فشار بالا  (Anti-wear and extreme-pressure additives)

عوامل ضد سایش در روغن موتور نسبت به عوامل فشار بالا (EP) دمای فعالیت پایین­تری دارند؛ ترکیبات آلی سولفور و فسفر مانند پلی سولفیدهای آلی، فسفات­ها، دی تیو فسفات­ها و دی تیو کاربامات­ها معمولا به عنوان افزودنی­ های ضد سایش و فشار بالا (EP) شناخته شده­ اند و مورد استفاده قرار می­گیرند. از آنجایی که قدرت موتور خودروها در طول زمان افزایش قابل توجهی داشته است، نیاز به مواد ضد سایش بیشتری نیز در سیستم­های آن­ها می­باشد.

حفاظت موتور از خوردگی یکی از کارکردهای اولیه روغن موتورها است و خوشبختانه افزودنی­هایی که برای مهار خوردگی در روغن موتور استفاده می­شوند، خاصیت ضد سایش متوسطی نیز دارند؛ این افزودنی­ها معمولا نمک­های سرب زنجیره بلند اسید کربوکسیلیک می­باشند که اغلب در ترکیب با مواد حاوی سولفور استفاده می­گردد. ترکیبات محلول در روغن سولفور، فسفر و همچنین کلرها نیز به عنوان عوامل ضد سایش به خوبی به کار می­روند.

می­توان گفت که مهم­ترین پیشرفت در علم شیمی مرتبط با خودروها، تولید مواد افزودنی ضد سایش روغن موتور در طی سال­های 1930 الی 1940 است که با کشف دی آلکیل دی تیو فسفات روی (ZDDP) عملی شد. این ترکیب در ابتدا برای جلوگیری از خوردگی در روغن موتور به کار رفت و در ادامه به خواص ضد سایش و آنتی اکسیدانی آن پی برده شد و به سرعت تبدیل به پرکاربردترین ادتیو ضد سایش و آنتی اکسیدان در روغن موتور گردید.

ادتیوهای فشار بالا در روغن موتور محافظت بسیار خوبی را از طریق واکنش ترموشیمیایی با سطح فلز تشکیل می­دهند که در برابر حرارت ­های بالا و فشارهای مکانیکی مقاوم است و از تماس مستقیم بین سطوح جلوگیری می­کند.

مواد افزودنی آنتی اکسیدان  (Antioxidant)

یکی از مهم­ترین شاخصه­های یک روغن موتور خوب، بالا بودن پایداری آن در برابر اکسید شدن است؛ لازم به توضیح است که قرارگرفتن هیدروکربن در معرض اکسیژن و حرارت، سرعت اکسیداسیون را شتاب می­بخشد. موتور احتراق داخلی یک راکتور شیمیایی آلی برای تسریع اکسیداسیون می­باشد و قطعات فلزی موتور مانند آهن و مس به عنوان کاتالیست­های اکسیداسیون عمل خواهند کرد؛ بنابراین روغن موتور بیش از هر روانکار دیگری در معرض اکسیداسیون قرار دارد.

دسته­ های مختلفی از آنتی اکسیدان­ های موثر در طول سالیان توسعه یافته است که در روغن­ های موتور و انواع روانکارهای دیگر به کار رفته­ اند؛ گروه­ های اصلی آنتی اکسیدان­های محلول در روغن آلی و آلی فلزی که بیشترین کاربرد را دارند عبارتند از:

• ترکیبات سولفور
• ترکیبات فسفر
• ترکیبات سولفور – فسفر
• ترکیبات آمین آروماتیک
• ترکیبات فنلی
• ترکیبات نمک قلیایی آلی
• ترکیبات آلی روی
• ترکیبات آلی مس
• ترکیبات آلی مولیبدن

ادتیو یا افزودنی ضد کف (Antifoam)

کف کردن روغن موتور اثر نامطلوبی است که می­تواند باعث افزایش اکسیداسیون روغن موتور از طریق مخلوط شدن آن با هوا شود؛ ایجاد آسیب حفره­ای، انتقال نامناسب روغن موتور در سیستم موتور و کمبود روانکاری نیز از دیگر مشکلات خواهند بود. علاوه بر تاثیرات مکانیکی منفی، میزان کف کردن روغن موتور رابطه مستقیمی با خود روغن موتور، کشش سطحی روغن پایه و حضور مواد فعال سطحی مانند پاک کننده­ ها، مواد ضد خوردگی و ترکیبات یونی روغن موتور دارد. تصور بر این است که مواد ضد کف به حباب­ های هوا می­چسبند که می­توانند پل­های ناپایدار بین حباب­ ها را گسترش دهند که منجر به تشکیل حباب­ های بزرگتر و آزاد شدن هوای موجود در کف ها شوند.

مواد افزودنی پاک کننده و پراکنده کننده  (Detergent and dispersant additives)

تجهیزات مدرن باید برای تداوم عمر خود پیوسته روانکاری گردند، یکی از مهم­ترین خواص روغن موتور توانایی آن برای تعلیق مواد نامطلوب حاصل از تخریب حرارتی و اکسیداسیونی روغن موتور می­باشد. اینگونه مواد وقتی تشکیل می­شوند که محصولات جانبی احتراق داخلی مانند هیدروپراکسیدها و رادیکال آزاد از رینگ پیستون عبور کرده و وارد روغن موتور شوند که گونه های واکنش پذیری هستند و باعث اکسیداسیون روغن موتور می­شوند.

محصولات حاصل از اکسیداسیون به گرما حساس می­باشند و به مواد قطبی تجزیه می­شوند که تمایل به رسوب و گرفتن روزنه­ ها را دارند. مهار کننده­ های اکسیداسیون، پاک کننده ­ها و پراکنده کننده ­ها گروهی از افزودنی­ ها را تشکیل می­دهند که عوامل تثبیت کننده و کنترل رسوب نامیده می­شوند. این افزودنی­ ها میزان تشکیل رسوب را کنترل می­کنند؛ حال یا به وسیله جلوگیری از تجزیه اکسیداسیونی روغن موتور و یا به وسیله تعلیق محصولات مضری که در روغن موتور تشکیل شده ­اند.

پاک کننده­ ها نمک­ های فلزی اسیدهای آلی هستند که اغلب دارای مقادیری باز اضافی به صورت کربنات می­باشند. پراکنده کننده ­ها عاری از فلز می­ باشند و وزن ملکولی بیشتری از پاک کننده­ ها دارند؛ این دو نوع ماده افزودنی در ارتباط با یکدیگر کار می­ کنند. پاک کننده­ ها دارای بخش بازی هستند که اسیدها را خنثی کرده و تشکیل نمک می ­دهند، اگرچه این عمل خورندگی اسید را کاهش می دهد ولی هنوز حلالیت نمک در روغن موتور کم می ­باشد؛ قسمت آلی پاک کننده که صابون نامیده می­شود نیز توانایی اتصال به نمک ­ها و معلق نگه داشتن آن­ها در روغن موتور را دارد. با این وجود پاک کننده ها مانند پراکنده کننده­ ها در این زمینه موثر نیستند و آن هم به دلیل وزن ملکولی پایین پاک کننده ها می ­باشد. بخش صابونی در پاک کننده ­ها و پراکنده کننده ها توانایی تعلیق محصولات غیر اسیدی اکسیژن دار مانند الکل­ ها، آلدهیدها و رزین­ های اکسیژن دار را دارا می ­باشد.

به طور معمول پراکنده کننده­ ها و پاک کننده ها 40 تا 50 درصد حجم کل مواد افزودنی موجود در روغن موتور را تشکیل می ­دهند. این مواد افزودنی زنگ زدگی، خوردگی و تشکیل رزین در موتور را نیز کنترل می­کنند؛ مانند اغلب افزودنی ها پاک کننده ها دارای گروه عاملی قطبی فعال سطحی و یک گروه هیدروکربنی چربی دوست با تعداد مناسبی از اتم­های کربن برای اطمینان از حلالیت خوب در روغن موتور می­باشند. سولفونات، فنات و کربوکسیلات گروه ­های قطبی معمول هستند که در مولکول ­های مواد شوینده وجود دارند. با این حال مواد افزودنی دارای گروه ­های عاملی سالیسیلات و تیو فسفونات نیز گاهی استفاده می شوند. پراکنده کننده­ ها سه تفاوت عمده با پاک کننده­ها دارند:

• پراکنده کننده­ ها عاری از فلز هستند ولی پاک کننده ها دارای فلزاتی مانند منیزیوم، کلسیم و گاهی باریم هستند.
• پراکنده کننده ­ها برخلاف پاک کننده­ ها توانایی خنثی سازی اسید را ندارند.
• بخش آلی پراکنده کننده ­ها دارای وزن مولکولی بیشتری، 4 الی 15 برابر بیشتر، نسبت به پاک کننده­ها می­باشد.

افزودنی بهبود دهنده شاخص گرانروی  (Viscosity index improver)

احتمالا مهم­ترین خاصیت روغن موتور گرانروی یا ویسکوزیته آن می­باشد. در انتخاب روغن موتور مناسب در نظر گرفتن گرانروی آن، اصل اولیه می­باشد؛ گرانروی روغن موتور باید بالا باشد تا روانکاری مناسب را ایجاد کند ولی نباید آنقدر بالا باشد که افت اصطکاکی بیش از حدی را نیز ایجاد نماید. از آنجایی که ویسکوزیته با دما تغییر می­کند، لازم است که دمای روغن موتور در ماشین نیز در نظر گرفته شود.

از ملاحظات دیگری که باید در نظر گرفت پایین­ترین دمای محیطی است که موتور خودرو در آن قرار است استارت بخورد. به نظر لازم است تا روش تعیین ویسکوزیت ه­ای وجود داشته باشد تا تغییرات ویسکوزیته روغن موتور را با دما نشان دهد، این روش معمولا با اندازه­گیری ویسکوزیته در دو دما و سپس رسم این نقاط در جداول خاص دما ویسکوزیته که توسط ASTM تهیه شده، انجام می­گیرد. دو دمایی که معمولا اندازه گیری ویسکوزیته در آن­ها صورت می گیرد، دمای 40 و 100 درجه سانتیگراد می­باشد؛ عددی که برای ویسکوزیته از این جداول استخراج می­شود شاخص گرانروی نامیده می­شود که تغییرات ویسکوزیته با دما را نشان خواهد داد.

بخوانید: گرانروی روغن موتور چیست

بهبود دهنده­ های شاخص گرانروی زنجیره­ های بلند پلیمری با وزن ملکولی بالا می­باشند که در دماهای بالا منبسط شده و ویسکوزیته نسبی روغن موتور را افزایش می­دهند و در دماهای پایین منقبض می­شوند تا ویسکوزیته نسبی روغن موتور کاهش یابد. روغن موتورهای با پایه معدنی که از روش های مرسوم ساخته شده­اند شاخص گرانروی بین 0 تا 100 دارند؛ مواد افزودنی که بهبود دهنده شاخص گرانروی نامیده می­شوند، این شاخص را افزایش می­دهند. هر چند که بهبود دهنده ­های شاخص گرانروی همیشه پایدار نیستند ولی در درون روغن موتور تحت تنش­ های برشی و حرارتی قرار می­گیرند؛ بر این اساس این افزودنی­ ها باید به دقت به کار برده شوند تا اطمینان حاصل شود که گرانروی روغن موتور مورد نظر در طول زمانی برای کارکرد مناسب روغن موتور حفظ شود. از جمله بهبود دهنده­ های اصلی شاخص گرانروی پلیمرها و کوپلیمرهای متا اکریلات، پلیمر آکریلات، پلیمر و کوپلیمر اولفین و کوپلیمر بوتادین استایرن می­باشند؛ درجه بهبود شاخص گرانروی این مواد تابعی از توزیع وزن مولکولی پلیمر است.

افزودنی پایین آورنده نقطه ریزش  (Pour point depressants)

نقطه ریزش روغن موتور پایین­ ترین دمایی است که در آن دما روغن موتور هنوز سیالیت خود را حفظ می­کند و می­تواند جریان یابد. اکثر روغن موتورهای با پایه معدنی دارای مقداری موم حل شده هستند تا هنگامی که روغن موتور سرد می­شود، این موم تشکیل کریستال دهد و منجر به تشکیل ساختار سفت و سختی برای روغن موتور گردد؛ زمانی که این ساختار کریستالی موم به اندازه کافی کامل شود، روغن موتور دیگر نمی­تواند سیال باشد و جریان یابد. دو نوع کلی کاهنده نقطه ریزش وجود دارد:

• پلیمرهای آلکیل آروماتیک که در هنگام تشکیل کریستال­های موم به آن­ها چسبیده و از رشد و اتصال کریستال­ها به یکدیگر جلوگیری می­کنند.
• پلی متاکریلات­ها که از رشد کریستال جلوگیری می­کنند.

از دست ندهید: استاندارد های کیفی روغن موتور

لازم به ذکر است که مواد افزودنی به طور کامل جلوی تشکیل و رشد کریستال­ ها را نمی­گیرند ولی دمای نقطه ریزش روغن موتور را پایین خواهند آورد. روغن موتورهایی که در دمای پایین کار می­کنند، باید نقطه ریزش پایین­تری نیز داشته باشند. از آنجایی که خارج کردن همه موم­ ها از روغن موتور پر هزینه است، استفاده از افزودنی پایین آورنده نقطه ریزش امری اقتصادی است و اکثر پایین آورنده­ های نقطه ریزش همان افزودنی­ هایی هستند که برای بهبود شاخص گرانروی استفاده می­شوند.

انتخاب افزودنی مناسب برای روغن موتور

امروزه در بازار مکمل‌های مختلفی از جمله مکمل روغن موتور، گیربکس و سوخت عرضه می‌شود. یکی از مکمل‌هایی که در بازار به فروش می‌رسد، مکمل روغن موتور است که وظیفه اصلی آن را می‌توان کاهش اصطکاک بین قطعات دانست؛ اگر تصمیم به استفاده از مکمل روغن موتور گرفته‌اید، بهتر است که با فواید و عملکرد آن‌ها نیز به خوبی آشنا شوید. از جمله مهم‌ترین عملکرد‌های مکمل روغن موتور می‌توان به جلوگیری از کاهش حجم روغن، جلوگیری از تشکیل رسوبات، محافظت در برابر زنگ زدگی، محافظت در برابر خوردگی، کاهش مصرف سوخت، کاهش آلایندگی و ثابت نگه داشتن ویسکوزیته اشاره کرد. این مواردی است که معمولا توسط شرکت‌های عرضه‌کننده مکمل روغن موتور نیز اعلام می­گردد.

نحوه استفاده از افزودنی های روغن موتور

پس از تخلیه روغن موتور محتوای قوطی افزودنی را درون موتور بریزید و اجازه دهید موتور  به مدت حداقل پنج دقیقه در حالت روشن کار کند؛ سپس مایع را از موتور تخلیه کنید و روغن موتور جدید را درون موتور بریزید.

نتیجه­ گیری

توجه به سلامت موتور خودرو از اصول نگهداری خودرو محسوب می‌شود. تعویض به موقع روغن موتور، تعویض فیلترها و شمع‌ها همگی از عوامل تاثیرگذار در افزایش طول عمر موتور خودرو است. حال اگر علاوه ‌بر موارد گفته شده از مکمل‌های با کیفیت مخصوص موتور خودرو هم استفاده شود به نوعی می‌توان سلامت موتور خودرو را تضمین کرد.

محفظه‌ موتور خودرو و اجزای موتور (دریچه ­ها, سوپاپ­ ها و رینگ پیستون) در اثر استفاده مداوم و به مرور زمان، دچار چسبندگی و آلودگی شده و ذرات کربن، کولوئید و چربی باقیمانده باعث عملکرد نامناسب موتور می‌شوند. موتورشوی اس پی دی با از بین ‌بردن این ذرات و آلودگی ­ها باعث عملکرد بهتر موتور و افزایش طول عمر آن خواهد شد. همچنین با از بین ‌رفتن این ذرات، قدرت و شتاب موتور خودرو نیز افزایش می‌یابد.

موتور شویی قادر است موتور خودرو را به‌ صورت کامل شست ‌و شو دهد و عملکرد آن را بهبود بخشد تا مانع از تجمع رسوب در بدنه داخلی گردد. از این محصول می‌توانید برای انواع مختلف موتور با جنس‌های مختلف استفاده کنید. اگر می‌خواهید فضای درون موتور خودروی خود را تمیز نگه دارید، عملکرد موتور خودروی خود را بهبود بخشید و از شتاب و قدرت بیشتری بهره‌مند گردید.