Różnice między poszczególnymi rodzajami olejów zależą od zastosowanych w ich produkcji olejów bazowych (tzw. bazy). Mogą one stanowić nawet 80% objętości środka smarnego. Resztę tworzą dodatki, które nadają produktowi końcowemu odpowiednie właściwości. Ze względu na sposób wytwarzania bazy olejowe dzieli się na syntetyczne i mineralne.

Baza naprzód

Mineralne bazy olejowe są produkowane z ropy naftowej, która jest destylowana, odasfaltowywana, odparafinowywana, a na koniec rafinowana. W składzie końcowym oleju bazowego pochodzenia mineralnego znajdują się węglowodory parafinowe, których ilość jest ograniczona, ponieważ zachodzi w nich proces krystalizacji. Z kolei węglowodory cykliczne, występujące obok uprzednio wymienionych, sprawiają, że olej ma odpowiednie parametry lepkościowe i gęstościowe. Baza olejowa jest jednak mało odporna na utlenianie. Z tego powodu konieczne staje się stosowanie całej gamy dodatków.

Syntetyczne bazy olejowe cechują się dużą odpornością na zmiany temperatury, a co za tym idzie – stabilnością lepkości i płynności w szerokim zakresie temperatur. Są ponadto bardziej odporne na duże obciążenia. Głównymi z nich są polialfaolefiny, estry kwasów karboksylowych i polialkilenoglikole.

Polialfaolefiny (PAO) stanowią najczęściej używaną w produkcji olejów bazę olejową. Wyroby końcowe powstałe na ich podstawie są w pełni mieszalne z olejami mineralnymi. Mogą też być używane w szerokim zakresie temperatur oraz cechują się dużą stabilnością lepkości i płynności w każdej temperaturze. Są także bardzo odporne na utlenianie i ścinanie filmu olejowego, zachowując płynność w niskich temperaturach.

Estrowe bazy olejowe pozyskuje się w procesie estryfikacji kwasów karboksylowych i alkoholi. Również one są mieszalne z olejami mineralnymi. Mają znaczną przewagę nad pozostałymi bazami polegającą na bardzo dobrej biodegradowalności. Ich wadą jest wysoka reaktywność z elastomerami i tworzywami sztucznymi.
Polialkilenoglikole (PAG) pozyskiwane są w wyniku reakcji alkoholi i kwasów karboksylowych (związków zawierających grupy hydroksylowe) z tlenkami alkilenowymi. Charakteryzują się wyjątkowo dobrymi właściwościami smarnymi oraz słabą mieszalnością z innymi grupami baz olejowych.

Półsyntetyczne bazy olejowe powstają przez mieszanie baz syntetycznych i mineralnych. Domieszka bazy syntetycznej powoduje rozszerzenie zakresu temperatur, w których można stosować olej, oraz nadaje mu niektóre cechy oleju syntetycznego. Baza półsyntetyczna powstała głównie w celu poprawy parametrów olejów mineralnych.

Cechy użytkowe

Aby poprawić zdolność do smarowania, stosuje się szereg uszlachetniaczy. Wśród dodatków służących polepszeniu właściwości olejów ważną pozycję zajmują modyfikatory lepkości. Zwiększają one lepkość oraz rozszerzalność temperaturową produktu. Dzięki powiększaniu swojej objętości w miejscach o wyższej temperaturze utrzymują grubszą warstwę filmu olejowego, zapobiegając pogorszeniu smarowania. Są to głównie wielkocząsteczkowe polimery (polialkilometakrylany, poliizobutyleny, polidieny, kopolimery etylenowo-propylenowe i kopolimery styrenowo-dienowe).

Kolejną grupę dodatków stanowią związki chemiczne zmniejszające tarcie, czyli dodatki smarne. Używa się tu przede wszystkim związków siarki, chloru i fosforu. Najbardziej uniwersalne są związki siarkowo-fosforowe, od których jednak powoli się odchodzi ze względu na znaczne wytrącanie się popiołów podczas ich spalania. Popioły te zatykają filtry cząstek stałych, w które coraz częściej wyposażone są również samochody z silnikami benzynowymi.
Ze względu na funkcje dodatki smarne zwyczajowo dzieli się na:

• przeciwzatarciowe (EP),
• przeciwzużyciowe (AW),
• modyfikatory tarcia (FM).

Funkcją dodatków przeciwzatarciowych jest zapobieganie zespawaniu elementów trących, do którego może dojść w chwili pojawienia się ekstremalnie dużych obciążeń. Zadanie dodatków AW polega na zapobieganiu zużywaniu się powierzchni współpracujących w momencie, kiedy występuje niedostateczne smarowanie lub warstwa filmu olejowego jest zbyt cienka. Z kolei związki FM, czyli modyfikatory tarcia, działają trochę jak klej. Zwiększają przyczepność oleju do metalu i poprawiają odporność filmu olejowego na ścinanie.

Smarować bardziej

Oprócz wspomnianych dodatków wpływających na zdolność smarowania stosuje się też inne środki smarne w postaci zawiesin lub koloidów. Są to przeważnie związki wielkocząsteczkowe. Najpopularniejszym z nich jest dwusiarczek molibdenu (MoS₂), który wypełnia doskonale mikrorysy, dzięki czemu zmniejsza efekt karbu w filmie olejowym. Ten efekt to nic innego, jak przebijanie filmu olejowego mikroskopijnym brzegiem rysy powstałej na przykład w wyniku szlifowania elementów. Dlaczego jednak dwusiarczek molibdenu? Otóż samo szczelne zatkanie mikrorys nie przyniesie nic dobrego, ponieważ spowoduje wytworzenie tak gładkiej powierzchni, że olej będzie do niej gorzej przylegał. Mikrorysy tworzą więc swego rodzaju punkt zaczepienia dla oleju. Dwusiarczek molibdenu jest zatem sam w sobie doskonałym środkiem smarnym, a nie tylko wypełniaczem ubytków. W przypadku utraty przyczepności oleju zapewnia dostateczne smarowanie w danym miejscu. Cząsteczka dwusiarczku molibdenu jest na tyle mała, że bez problemu przepływa on przez elementy filtrujące, dzięki czemu nie powstaje zjawisko osadzania.

Własności podobne do dwusiarczku molibdenu ma teflon w postaci sproszkowanej lub cząsteczkowej. Nowością jest stosowanie jako dodatku zmniejszającego tarcie nanocząsteczek, a dokładnie: grafitu nanocząsteczkowego, który jeszcze lepiej wnika w mikrorysy. Podobnie ma działać wprowadzany jako dodatek do oleju azotek boru (BN), który w przemyśle jest znany jako jeden z najtwardszych wyprodukowanych przez człowieka związków. W postaci mikrocząsteczkowej zawiesiny w oleju wydatnie zmniejsza tarcie i, podobnie jak poprzednicy, wypełnia mikropory we współpracujących elementach.

Stabilizatory

Kolejnymi dodatkami są związki zwiększające stabilność oleju. Oczywiste jest, że olej pracuje w dość nieprzyjaznym środowisku. Bezpośredni kontakt z bardzo wysoką temperaturą, duże jej skoki oraz obecność dodatków polepszających tarcie powodują, że olej starzeje się przez utlenianie, w związku z czym konieczne jest użycie gamy antyutleniaczy zatrzymujących lub spowalniających ten proces. Utlenianie uruchamiane jest przez reakcję tlenu z cząsteczkami węglowodorowymi, czyli głównymi składnikami baz olejowych. W ten sposób powstają związki pochodne silnie reagujące z wodorem uwolnionym podczas utleniania i następuje rozpad kolejnych łańcuchów węglowodorowych. Efektem tych przemian jest powstawanie aldehydów, ketonów, kwasów lub alkoholi, które pogarszają własności oleju. Dodatkowo przybiera on odczyn kwaśny, co powoduje przyspieszoną degradację nie tylko samego środka smarnego, ale także metali, które ma smarować.

Silnik ma być czysty

Największą grupę dodatków uszlachetniających stanowią detergenty i dyspergatory, czyli substancje myjące oraz nadające wypłukanym nieczystościom formę zawiesiny. Produkty te zapewniają wymywanie z wnętrza silnika sadzy i nagarów, przez co ułatwiają utrzymanie go w czystości, zatrzymując osady w oleju.

Obecność detergentów i dyspergatorów zazwyczaj powoduje znaczne pienienie się oleju podczas pracy silnika. Wpływa to negatywnie na jakość smarowania powierzchni współpracujących i wydajność układu smarowania. W związku z tym do oleju dodawane są także dodatki zmniejszające pienienie się. Ich zadanie polega przede wszystkim na zmniejszeniu napięcia powierzchniowego, co skutkuje bardzo szybkim pękaniem powstałych pęcherzy gazowych.

Dodatki zewnętrzne

Opisane powyżej bazy i uszlachetniacze stanowią składniki standardowego oleju do silników samochodowych. Poza wspomnianymi dodatkami, które do oleju domieszkowane są na etapie produkcji, na rynku znaleźć można całą gamę substancji mających polepszyć właściwości oleju, ale przeznaczonych do samodzielnego wlania do silnika. Zazwyczaj są one pakowane w pojemniki, których zawartość wystarcza na dodanie do określonej objętości oleju (najczęściej 4–7 litrów). Ich skład chemiczny jest silnie strzeżony przez producentów. Zazwyczaj dodatki te mają w składzie takie same związki, jak te znajdujące się już w oleju, tyle że w nieco innych proporcjach. Głównym składnikiem tego typu dodatków jest baza olejowa, która znacząco poprawia właściwości smarne oleju, jednak jej zawartość w takim preparacie jest bardzo nieznaczna w porównaniu z normalnym olejem. W składzie „zewnętrznych” dodatków uszlachetniających występują też substancje znane jako polepszacze smarowania, czyli przede wszystkim związki siarki, fosforu oraz teflon i dwusiarczek molibdenu. Te dwa ostatnie oferowane są również jako odrębne produkty handlowe przeznaczone do dodania do oleju, przy czym nie zawierają wówczas domieszek baz olejowych. Spotkać też można dodatki ceramiczne, które, jak zapewniają producenci, pozwalają na jazdę nawet zupełnie bez oleju – pod warunkiem wcześniejszego przejechania ustalonego odcinka trasy z takim dodatkiem w silniku.

Podsumowując temat dodatków zewnętrznych, warto pamiętać, że producenci oleju silnikowego wiedzą, jak go tworzyć, a dolewanie do niego produktów, które pozwolą poprawić jego działanie, ma uzasadnienie głównie przy ekstremalnym traktowaniu silnika w sporcie wyczynowym. W przypadku standardowej jazdy samochodem i przy regularnych wymianach najważniejsze jest stosowanie się do zaleceń producenta samochodu odnośnie preferowanego typu oleju.