Ethanol (2) - Welke olie is het meest geschikt?

Ethanol - Welke Olie is het meest geschikt?

De vorige keer hebben we het gehad over de verschillende classificaties (en test methoden) van olie.
Deze keer gaan we daar wat verder op in, en kijken naar de verschillen ten opzichte van de laatste twee API Classificaties SM (2004-2011) en SN (2011-heden).
Omdat de gebruikte testmethoden niet geheel transparant blijken heb ik er voor gekozen om de ILSAC GF normen te hanteren.

API-SM komt overeen met ILSAC GF-4, en API-SN met ILSAC GF-5

Primair is olie bedoeld als smering maar heeft een tweede, zeer belangrijk, doel. De olie moet bestand zijn tegen de bijproducten van een onvolledige verbranding. In ons voorbeeld van een Ethanol houdende brandstof gaat het concreet om het volgende.


Complete Verbranding
Bij een complete verbranding wordt er Kooldioxide(CO2) en water(H2O) gevormd:

Isooctane (typical gasoline)
Compleet 2C8H18 + 25O2 ==> 16CO2 + 18H2O

Ethanol
Compleet C2H5OH + 3O2 ==> 2CO2 + 3H2O


Onvolledige verbranding
Bij een onvolledige verbranding kan Ethanol en Benzine een gedeeltelijk reageren met andere stoffen waardoor er meerdere restproducten gevormd kunnen worden onder invloed van:

- additieven in de benzine
- additieven in de olie
- restproducten van externe aard
- gedeeltelijke oxidatie met zuurstof

Dit kunnen toegevoegde zouten en basen zijn die als restproduct (zeer) sterke zuren kunnen vormen.


De veelheid en complexiteit van de hedendaagse bio/flex-fuel motor vraagt om een geavanceerde olie. Juist deze complexiteit vraagt een multi-disciplinaire olie die tot zo'n beetje alles in staat moet zijn onder de meest uiteenlopende omstandigheden. Dit is niet altijd mogelijk dus is soms een "het midden van twee kwaden" het maximaal haalbare.


De figuur hieronder geeft een overzicht en vergelijking tussen de GF-4 en de GF-5 normering.

Verdikking door Oxidatie
Een geoxideerde olie krijgt een hogere viscositeit en kan daardoor slecht rond gepompt worden. Dit kan leiden tot: - Oververhitting door inefficiente koeling - Slechte smering - Brandstofverbruik (door weerstand) Additieven proberen dit effect tegen te gaan.

conclusie tov GF-4 = gelijk

Smerende eigenschappen
Olie haalt zijn verhoogde smerende eigenschappen uit de Zink en Fosfor toevoegingen. De percentages zijn gelijk gebleven in vergelijking tot GF-4


conclusie tov GF-4 = gelijk

Bescherming van het Emissie Systeem
Het gaat hier concreet om de toevoeging van Zinc(Zn). Deze is tov GF4 gelijk, maar de olie heeft een extra additief die er voor zorgt dat het Zink bestanddeel daadwerkelijk in de olie blijft en niet vie het uitlaatsysteem de motor verlaat.
Het additief heeft de volgende voordelen:
- Bescherming voor Catalysatoren
- Bescherming tegen het indikken van de olie als gevolg van Koper- en Looddeeltjes
- Bestendiging van de smerende eigenschappen van Zink

conclusie tov GF-4 = veel beter

Afdichtende Eigenschappen
De olie heeft extra additieven gekregen die bescherming bieden tegen de meeste moderne elastomeren die ik seals en pakkingen worden gebruikt.

conclusie tov GF-4 = beter

Zuinig Brandstofverbruik
Er wordt, in tegenstelling tot het verleden, gekeken naar het brandstofverbruik met zowel verse-, als met oude olie. (Het is bekend dat de auto minder zuinig rijdt op oude olie). Ook is de methode van testen veranderd en toegespitst op een voorgeschreven brandstofverbruik van 35km/gal (=1:10.8) bij de testmotor (GM V6 3.6) in 2020.

conclusie tov GF-4 = veel beter

Roestbescherming door E85
Voor het eerst zijn er additieven toegevoegd die de roestvorming bij het gebruik van elke ethanol houdende (bio/flex)brandstof (t/m E85), moeten tegengaan. Naast roestvorming heeft gomvorming een zeer nadelig effect op de prestaties van de motor

conclusie tov GF-4 = beter

Stabiliseren van E85
Zoals boven beschreven zijn de bijproducten van een onvolledige verbranding Water en Zuren. Deze hebben een zeer corrosieve invloed op de verschillende onderdelen en dienen geneutraliseerd te worden. Daarnaast is het belangrijk dat de hygroscopische werking van de Ethanol geen fase scheiding van het mengsel opwekt. De toegevoegde additieven helpen dit te onderdrukken.

conclusie tov GF-4 = veel beter

5W-XX Volatiliteit (Olie Verbruik)
Het olieverbruik is direct gerelateerd aan de basis olie en NIET de additieven. Een juiste basis olie is het (vanzelfsprekende) uitgangspunt hierin. Ander factoren die het olieverbruik beinvloeden zijn:
- Leeftijd van de motor
- Ontwerp
- Onderhoud

conclusie tov GF-4 = gelijk

Bescherming tegen Sludge vorming
Ook sludgevorming heeft een directe invloed op het olieverbuik en de performance van de motor. Er zijn additieven toegevoegd die naast sludgevorming ook het "aankoeken" van de olie moet tegengaan, en oliekanalen en oliefilters moet vrijhouden voor een goede doorstroming. Er is een delicate balans tussen de gebruikte additieven (oplosmiddelen) en het olieverbruik.

conclusie tov GF-4 = veel beter

Tegengaan van aanslag op de Zuiger
Opgebouwde verontreiniging in de verbrandingskamer, en in het bijzonder op de zuiger, is in meerdere opzichten nadelig: - Het kan het Turbo systeem verontreinigen - Compressieverlies als gevolg van vastzittende zuigerveren - Slechte emissie eigenschappen - Gevaar op pre-ignition - Oplopen van de zuigertemperatuur door inefficiente koeling
Het gebruikte additief houdt de componenten (en olie) schoner, maar heeft een negatieve invloed of de smerende eigenschappen van de basis olie.
conclusie tov GF-4 = veel beter

Bescherming van Turbo systemen
De extra additieven geven een betere bescherming tegen ongewenste koolaanslag in de turbo, en het schoepenwiellager maar verminderen de smerende eigenschappen.

conclusie tov GF-4 = veel beter

OLIE (3) - Classificaties

Olie (3) - Classificaties

Deze keer gaan we wat verder in op de verschillende classificaties van motor olie.

Zoals eerder gezegd heeft olie als primaire functie het smeren van alle bewegende delen met als doel:
- Minimaliseren van wrijving en slijtage
- Koeling (afvoeren van warmte)
- Beperking van corrosie en vervuiling
- (helpen) Sealen van zuigerveren

Motorolie wordt op de volgende genormaliseerde eigenschappen getest, die worden vastgelegd in de volgende classificaties:
- Viscositeit (vastgelegd in ASTM D-2270)
- Afschuif Stabiliteit (vastgelegd in ASTM D-6278)
- Viscositeit en Afschuif Stabilitei bij hoge temperaturen (vastgelegd in HT/HS ASTM D-5481)
- Zink concentratie (ppm, ZDP, ICP waarde)
- Slijtvastheid (vastgelegd in ASTM D-4172)
- Gear Performance (vastgelegd in FZG ASTM D-5182)
- Oxidatie Stabiliteit (vastgelegd in ASTM D-4742)
- Volatiliteit/Vluchtigheid (vastgelegd in ASTM D-5800)
- Vermogen tot Neutraliseren van Zuren (vastgelegd in ASTM D-2896)
- Schuimfactor (vastgelegd in ASTM D-892)
- Roestbestendigheid (vastgelegd in ASTM D-1748)
- Geschiktheid voor een "natte" koppeling (vastgelegd in JASO T 904-98)


Viscositeit (vastgelegd in ASTM D-2270)
Viscositeit is de mate van vloeibaarheid gemeten bij een temperatuur van 40C en 100C. Hoe minder deze varieert hoe beter. De viscositeit wordt vermeld met de ondergrens bij 40C, bijvoorbeeld: 15W50, en de bovengrens bij 100C, 15W50.

Viscositeit Afschuif Stabiliteit (vastgelegd in ASTM D-6278)
Viscositeit veranderd niet alleen onder invloed van temperatuur maar ook van druk. Hoe dichter de gemeten viscositeit ligt bij de initiele viscositeit hoe stabieler de olie.
VAS wordt aangegeven als een factor, gewoonlijk tussen 9 en 22.

Viscositeit en Afschuif Stabiliteit bij hoge temperaturen (vastgelegd in HT/HS ASTM D-5481)
Een vergelijkbare test als hierboven maar dan onder hoge temperaturen.
Deze eigenschap wordt aangegeven in cetipoise, gewoonlijk een waarde tussen 3 en 7.

Zink concentratie (ppm, ZDP, ICP waarde)
Hoewel de viscositeit erg belangrijk is als bescherming wordt er zink toegevoegd om voldoende bescherming te bieden zelfs als de olie door de Afschuif Stabiliteit heen is. ZDP is een verzamelnaam voor toegevoegde zinkbestanddelen van verschillende kwaliteit en functionaliteit. Door de bank genomen biedt een hogere ZDP waarde meer bescherming dan een lagere waarde.
ZDP wordt aangegeven in ppm (parts per million).

Slijtvastheid (vastgelegd in ASTM D-4172)
Deze mate van bescherming aan die de olie geeft bij een direct metallisch contact tussen bewegende delen.
Slijtvastheid wordt aangegeven in de diameter van het slijtspoor in mm's.

Gear Performance (vastgelegd in FZG ASTM D-5182)
Hier wordt het smerende vermogen bepaald van de olie in een versnellingsbak (tandwielen) gedurende 13 tests waarna de slijtage in mm's wordt gemeten.

Oxidatie Stabiliteit (vastgelegd in ASTM D-4742)
Naast hitte wordt olie afgebroken (oxidatie) door Benzine; Metaal catalisatoren zoals ijzer, lood en koper; Water; en Zuurstof.
De mate van stabiliteit wordt aangegeven in het aantal minuten (tussen 0-600) tot volledige oxidatie.

Volatiliteit/Vluchtigheid (vastgelegd in ASTM D-5800)
Als olie warm/heet wordt is er sprake van een zeker mate van verdamping. De olie wordt gedurende 60 minuten verwarmt tot 250C.
De volatiliteit wordt aangegeven in het percentage verlies.

Vermogen tot Neutraliseren van Zuren (vastgelegd in ASTM D-2896)
Dit wordt geregeld door het additief Alkaline. Hoe hoger de restwaarde Alkaline in de olie hoe beter de olie nog bestand is tegen zuren. Dit wordt het TBN (Total base Number) genoemd en ligt tegenwoordig tussen de 6 en 12. Hoe hoger het nummer hoe beter.

Schuimfactor (vastgelegd in ASTM D-892)
Vooral bij hogere toeren is er vaak sprake van schuimvorming (opkloppen van de olie). Dit kan een verlies in oliedruk geven en smering negatief beinvloeden. De mate van schuimvorming wordt aangegeven in mililiter volume.

Roestbestendigheid (vastgelegd in ASTM D-1748)
Deze test bestaat uit het onderdompelen van stukjes metaal en deze gedurende 24 uur in een kamer met hoge luchtvochtigheid te laten liggen. De hoeveelheid roestplekjes bepaald de mate van roestbestendigheid. Gewoonlijk liggen de waardes tussen 0 en 10.

Geschiktheid voor een "natte" koppeling (vastgelegd in JASO T 904-98)
De gemeten invloed van de additieven op de wrijvingsweerstand van de koppeling.


CLASSIFICATIES
I - Viscositeit = SAE

II - Operating requirements = API (American Petroleum Institute)

Het API Classificatiesysteem bestaat uit twee subgroepen: S (Benzine en LPG) en C (Diesel S-groep.
De S-groep classificeert de olie-eigenschappen die van belang zijn bij Benzine en Propaan (LPG)motoren.

Er zijn tot heden 8 S-classificaties:
SA - geen additieven
SB - geen additieven
SC - 1964-1967
SD - 1968-1970
SE - 1971-1979
SF - 1980-1989
SG - 1990-1993
SH - 1994-1996
SJ - 1996-2001
SL - 2002-2003
SM - 2004-2010
SN - 2010-onwards

SN --> (Introduced in October 2010 for 2011 and older vehicles, designed to provide improved high temperature deposit protection for pistons, more stringent sludge control, and seal compatibility. API SN with Resource Conserving matches ILSAC GF-5 by combining API SN performance with improved fuel economy, turbocharger protection, emission control system compatibility, and protection of engines operating on ethanol-containing fuels up to E85.)

Voor turbo applicaties werd voor de introductie van SN een CF-4 diesel olie aangeraden.

III - ILSAC (International Lubricant Stadardization and Approval Committee)

De ILSAC is een gezamenlijk initiatief van de AAMA (American Automobile Manufacturers Association) en de JAMA (Japan Automobile Manufacturers Association).

ILSAC GF-2 komt overeen met de API classificaties SJ, en GF-3 vanaf SL.

ETHANOL, LET OP!!

Het Probleem is niet de Motor, maar de Brandstof (E10, E15, E85)

Veel van de hedendaagse brandstoffen bevatten tot wel 10% Ethanol (E10). Dit kan een probleem geven bij de oudere motoren die niet zijn ontwikkeld om deze brandstof te gebruiken. Het probleem wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door het relatief hoge percentage O2 (zuurstof). De zuurstof breekt de benzine (een organische vloeistof) in relatief korte tijd af.

Tijdens het afbreken van de benzine ontstaat er een plakkerig, gom-achtig, stroperig residu die het brandstofsysteem kan verstoppen. Deze afbraak kan zich al tussen 60-90 dagen voordoen. Met andere woorden: E85 is zeer beperkt houdbaar!

Ethanol houdende brandstoffen zijn zeer corrosief voor plastic en rubber delen van het brandstofsysteem en kunnen bij oudere motoren (Klassiek/Historisch) voor veel problemen zorgen. Denk bijvoorbeeld aan pakkingen, leidingen, membranen, injectoren, vlotters, sproeiers et cetera.

Ethanol is hygroscopisch (trekt water aan). Dit versterkt het toch al hoge corrosieve karakter van Ethanol. Als Ethanol een bepaalde hoeveelheid water heeft opgenomen zal er een fase scheiding optreden. Dit betekent dat de ethanol zich van de benzine zal scheiden. Omdat Ethanol zwaarder is dan benzine zal het zich onder in de brandstof tank verzamelen. Vanwege de hoge (bijna 100%) concentratie van Ethanol zal het een verwoestend effect op het brandstofsysteem hebben. Zo zeer zelfs dat wanneer de motor gestart wordt deze in korte tijd volledig stuk draait als deze niet een volledig aangespast brandstofsysteem heeft.
De schade ontstaat voornamelijk omdat de motor op pure Ethanol veel heter wordt, hogere toeren wil draaien en geen smering meer heeft. Een niet te repareren schade kan zich al binnen enkele minuten voordoen!


LET OP: Een theelepel water op een liter E85 is genoeg om de fase scheiding te beginnen.

Een zeer belangrijk extra nadeel is dat het octaangetal dramatisch zakt als de ethanol zich heeft gescheiden van de benzine en is vermengd met het water.

Als de motor een langere tijd heeft stilgestaan, zoals bijvoorbeeld een historische of klassieke wagen tijdens de winter, kan door de afbraak van de benzine in de E85 een plakkerige gomachtige substantie de carburateur (of injectiesysteem) zeer slecht doen lopen. Het gevolg kan een onvolledige verbranding zijn, vastgeplakte zuigerveren, spoelen(lekken) van brandstof via de boring in het oliesysteem en de smering van lagers blokkeren....

De meest voorkomende problemen door gebruik van Ethanol houdende brandstoffen, waaronder E85, zijn:

- Ethanol is een oplosmiddel voor plastic, rubber en zelfs aluminium. Gevolg: Een zwarte drab die olie- en brandstoffilters zal verstoppen.

- Ethanol droogt materialen zoals, plastic, rubber uit. De meeste oudere moteren zijn NIET geschikt voor Ethanol.

- Ethanol is een schoonmaakmiddel en kan aangekoekt vuil uit bijvoorbeeld een kleppendeksel of carterpan, losweken en in het systeem brengen met alle nadelige gevolgen van dien.

- Ethanol is Hygroscopisch waardoor de kans op een fase scheiding zeer groot is.

- Ethanol heeft een hogere verbrandingstemperatuur dan benzine die zeer schadelijk kan zijn voor zuigers, veren et cetera.

- Ethanol kan NIET gebruikt worden in een brandstof tank die MTBE of ETBE bevat.

WAT KAN IK TANKEN????
In het overzicht hieronder, dat ik heb overgenomen uit "Sustainable Biofuels", staat globaal beschreven welke brandstoffen er zonder grote risico's gebruikt kunnen worden in Historische en Klassieke motoren.

Lagers - Slijtage oorzaken

WANNEER EEN GOED LAGER HET BEGEEFT
(Er zijn tientallen reden op te noemen de de oorzaak kunnen zijn van het voortijdige falen van een Lager. Gelukkig is er altijd een zichtbare schade en kan dus de oorzaak gevonden worden)

De tweeledige functie van een lager is het reduceren van de wrijving tussen het roterende deel (de krukas) en het stationaire deel van de motor (de hoofdlagerkappen en het blok), en het ondersteunen/geleiden van de krukas. Vanwege de hoge dynamische druk die gegenereerd wordt tijdens het verbrandingsproces krijgen de lagers behoorlijk wat te verduren en moeten ze dus extreem sterk en bedrijfszeker zijn.

Het principe achter het verminderen van wrijvingsweerstand is dat twee verschillende materialen minder weerstand hebben dan dat twee gelijke materialen. Daarom zal een legering beter functioneren op een stalen krukas dan bijvoorbeeld een gietijzer- of stalen lager. Uiteraard is dit nog lang niet genoeg en wordt er extra olie gebruikt. Een extra functie van het lager is om deze oliefilm te vormen en te behouden.

Onder ideale omstandigheden zal deze set-up goed en blijvend werken, echter, als een lager stuk gaat hoeft dat niet aan het lager zelf te liggen. Er zijn immers vele oorzaken en omstandigheden die niet direct voor de hand liggen.

Tip: Maak na demontage de motor (of het onderdeel) NIET schoon. Om succesvol te achterhalen wat de oorzaak is geweest is het cruciaal om AL het bewijsmateriaal te kunnen bekijken.

MOGELIJKE OORZAKEN

Vuil en Vervuiling
Zowel vuil, stof, slijpsel of welke andere verontreiniging dan ook, kunnen het lager oppervlak beschadigen. Als het smeersysteem de oorzaak is, dan zullen er cilindrische krassen op het lager te zien zijn. Grotere deeltjes zijn dan vaak ingebed in het lager. Zorg er daarom voor dat het smeringssyteem altijd schoon, en doorgespoeld, is.
Een andere oorzaak kan onvoldoende gereinigde onderdelen zijn. Wanneer er ijvoorbeeld vuil tussen het lager en de hoofdlager kap zit zal dit extra slijtage op het loopvlak tot gevolg hebben.

Onvoldoende Smering
Als de smering volledig wegvalt dan zal het lager het als eerste, en de complete motor als tweede, zeer snel begeven. Voor zover iets dat u allemaal al wist. Minder bekend is dat bij onvoldoende smering het lager niet meer in staat is om de gewenste oliefilm te creeeren en in stand te houden. Vaak begint dit met een lager en spreid zich vervolgens uit naar meerdere lagers.
Een lager dat is bezweken door te weinig olie ziet er over het algemeen wat glimmend uit met hier en daar wat "vegen" van gesmolten lager materiaal.
Op zich kan een onvoldoende smering weer meerdere oorzaken hebben zoals onder andere: Geblokkeerde oliekanalen, slecht functionerende oliepomp, verkeerde keuze van het lager materiaal, doorgeslagen oilie-seals, brandstof verontreiniging in de olie (verschralen) en schuimvorming. Schuimvorming doet zich met name voor als het carter met TE VEEL olie is gevuld.

Foutieve Montage
Een voor de hand liggende, maar vaak voorkomende, reden is dat een lager verkeerd gemonteerd is. Dit kan voorkomen wanneer een lager met een oliegaatje is gemonteerd daar waar geen oliegaatje nodig is (en vice versa). Het gevolg is dat het lager helemaal geen smering krijgt.
Het zelfde geldt hier voor gemonteerde (drijfstang)lagerkappen. Let er altijd op dat de juiste kap op de bijbehorende drijfstang is gemonteerd en controleer of ze ook goed om zit. Een achterstevoren gemonteerde kap kan zowel TE VEEL, als TE WEINIG lagerspekling tot gevolg hebben. In beide gevallen zal er geen of onvoldoende oliefilm aanwezig zijn.

Mechanische Problemen
Een onronde housing bore van het lager zal er toe leiden dat het lager vroeger of later de onrondheid zal overnemen. Dit kan een verminderde speling, en een direct metallisch contact, tot gevolg hebben. Excessieve slijtage is hiervan het vanzelfsprekende gevolg. Ook kan het een onbalans/trilling veroorzaken die de smering nadelig zal beinvloeden.
De onrondheid van de krukastappen kan ook zijn oorsprong hebben gehad doordat een slechte/verkeerde slijpsteen is gebruikt. Een onrond en/of onrecht slijppatroon zal een goede smering bemoeilijken, zo niet onmogelijk maken. Hiernaast zal door deze onrond/onrecht-heid de krachten op een onvoordelige manier verspreid worden over het lageroppervlak. Zo zullen sommige gedeelten overbelast worden en andere gedeeltes niet eens gebruikt.
Let ook op dat de kruktapradius voldoende vrijloop heeft op het lager.

De krukas kan verkeerd uitgelijnd in het blok liggen (lijnhonen), krom zijn, met niet passende lagerkappen et cetera.

Crush
Crush is niets anders dan de naar buiten gerichte kracht die het lager tegen het lagerhuis uitoefend. Deze crush wordt veroorzaakt door de mate waarin het lager boven de deling van het lagerhuis uitsteekt op het moment dat de kap nog niet gemonteerd is. Deze crush houdt het lager op zijn plaats, niet de nokjes in het lager. Crush heeft 2 functies: de eerste is om het lager op zijn plaats te houden, en de tweede, omstabiliteit te geven aan het lager door een efficiente (af)geleiding van (wrijvings)warmte.
Bij een juiste hoeveelheid crush zal het lager perfect rond in het huis liggen. Is er daarentegen te veel crush dan zal het lager over de deling naar binnen kantelen. Dit wordt "Side Pinch" genoemd.

Side pinch kan een gevolg zijn van het proberen om olieverbruik terug te dringen door de lagerkap af te vijlen/frezen, of door een te hoog aanhaalmoment op de bouten/studs.
Onvoldoende crush zorgt voor een instabiel lager dat te los in het lagerhuis zit. Door te weinig contact met het lagerhuis kan het lager zijn warmte niet afvoeren en zal uiteindelijk bezwijken door oververhitting.