Provozní degradace motocyklového oleje

Mendelova univerzita v Brně Institut celoživotního vzdělávání Oddělení expertního inženýrství

Provozní degradace motocyklového oleje Diplomová práce

Vedoucí diplomové práce: Ing. et Ing. Petr Dostál, Ph.D.

Vypracoval: Bc. Tomáš Velecký

Brno 2014

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto práci: Chyba! V dokumentu není žádný text v zadaném stylu. vypracoval/a samostatně a veškeré použité prameny a informace jsou uvedeny v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů, a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom/a, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle § 60 odst. 1 Autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Brně, dne:

_______________________________ podpis

PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych chtěl poděkovat panu Ing. et Ing. Petru Dostálovi, Ph.D. za jeho odborné vedení a cenné rady, které mi poskytl při zpracování této diplomové práce. Dále také děkuji panu Ing. Vojtěchu Kumbárovi, Ph.D. za svůj čas a věcné rady, které mi pomohly při zpracování experimentální části.

Abstrakt Diplomová práce je zaměřena na stanovení provozní degradace motocyklového motorového oleje. V první části je úvod do problematiky maziv a jejich základních fyzikálních vlastností. Dále je zpracován přehled rozdělení motorových olejů podle složení, viskozity a výkonnostních tříd. V dalších kapitolách teoretické části se práce věnuje motocyklovým olejům, popisu mazání spalovacích motorů motocyklu i filtraci oleje. Pro určení míry degradace bylo odebráno 6 vzorků oleje. První vzorek reprezentuje nový olej, další vzorky již byly získány z olejové nádrže testovaného motocyklu. Experimentální část práce se zabývá zkoumáním motocyklového motorového oleje. Nejdříve je popsán testovaný motocykl, odběr jednotlivých vzorků oleje z olejové nádrže motocyklu. Nechybí popis metody a přístrojů, podle kterých byly u vzorků zjišťovány jednotlivé parametry. U všech vzorků oleje byla měřena hustota, viskozita a stanoven nárůst otěrových kovů v oleji. Konečné výsledky jednotlivých vzorků oleje, jsou vyneseny do grafů a je diskutována míra degradace oleje. Klíčová slova: hustota, viskozita, motocykl, degradace oleje, otěrové kovy. Abstract The diploma thesis is focused on description and detection of service degradation of motorcycle engine oil. The first part is an introduction to lubricants and their basic physical properties. Followed by an overview of the classification of motor oils according to their composition and viscosity. In other chapters the thesis deals with the issue of lubrication of internal combus-tion engines and motorcycle oil filtration. The first of 6 samples represents the new oil, other samples have been obtained from the tested motorcycle oil tank. The experimental part of the work examines the motorcycle engine oil. There is a description of the instruments by which the samples were collected in order to obtain different parameters of oil degradation. Density, viscosity and metals in oil were measured in all oil samples. The results of individual oil samples are shown in graphs. The rate of oil degradation was determined. Keywords: density, viscosity, motorcycle, oil degradation, metals in oil.

Obsah

7

Obsah Úvod

9

1

Cíle práce

10

2

Teoretická část

11

2.1

Viskozita............................................................................................................................... 11

2.1.1

Definice viskozity ................................................................................................... 11

2.1.2

Hustota (měrná hmotnost)................................................................................. 12

2.1.3

Měření viskozity ..................................................................................................... 12

2.1.4

HTHS viskozita ........................................................................................................ 14

2.2

Maziva ................................................................................................................................... 14

2.2.1

Maziva a jejich vlastnosti .................................................................................... 15

2.2.2

Vlastnosti mazacích olejů .................................................................................... 18

2.3

Motorové oleje ................................................................................................................... 19

2.3.1

Složení olejů ............................................................................................................. 19

2.3.2

Aditiva......................................................................................................................... 21

2.3.3

Otěrové kovy ............................................................................................................ 24

2.3.4

Charakteristické kovy ........................................................................................... 25

2.3.5

Viskozitní třídy olejů ............................................................................................. 26

2.3.6

Výkonnostní klasifikace olejů ............................................................................ 28

2.3.7

Výkonnostní klasifikace API............................................................................... 29

2.3.8

Výkonnostní klasifikace ACEA .......................................................................... 30

2.3.9

Specifikace JASO ..................................................................................................... 32

2.4

Motocyklové motorové oleje ....................................................................................... 33

2.5

Mazání pístového spalovacího motoru .................................................................... 35

2.5.1

Olejová čerpadla ..................................................................................................... 38

2.5.2

Čističe oleje ............................................................................................................... 40

Obsah

3

8

Materiál a metody 3.1

42

Testovaný motocykl ........................................................................................................ 42

Technické parametry: ............................................................................................................ 42 3.2

Zkoušený motorový olej ................................................................................................ 44

3.2.1 3.3

4

Odběr vzorku oleje ................................................................................................ 44

Měřicí přístroje.................................................................................................................. 46

3.3.1

Digitální hustoměr ................................................................................................. 46

3.3.2

Rotační viskozimetr .............................................................................................. 47

3.3.3

Atomový emisní spektrometr............................................................................ 50

Výsledky, diskuze

51

4.1

Hustota oleje ...................................................................................................................... 51

4.2

Viskozita oleje .................................................................................................................... 52

4.3

Atomová emisní spektrografie .................................................................................... 54

5

Závěr

59

6

Literatura

61

Seznam obrázků

64

Seznam tabulek

65

Úvod

9

Úvod Motorové oleje slouží k mazání a čištění spalovacích motorů. Motory chrání před korozí, zdokonalují těsnění a odvádí teplo od jednotlivých částí a prvků motoru. Motorový olej je jednou ze základních kapalin spalovacích motorů a jeho provozem olej podléhá degradaci. Proto každý výrobce automobilů či motocyklů předepisuje servisní výměnný interval motorového oleje. S rostoucím počtem motocyklů na našich silnicích, roste i nabídka motorových olejů. Posuzování výkonnosti motocyklového oleje podle klasifikace motorových olejů určených pro automobily není reálné. Nové oleje u automobilů jsou orientovány na parametry úspory paliva v automobilových motorech a pro použití v motocyklových agregátech nejsou většinou vhodné. Moderní motocyklové čtyřdobé motory jsou vysokootáčkové motory s velkým litrovým výkonem. Olejová náplň je menší než u automobilů, ve většině případů mají motocykly společnou náplň pro mazání motoru i převodů. Výměna oleje u motocyklu jistě není tak nákladná jako např. u nákladních automobilů, kde je olejová náplň několikanásobně větší, přesto díky krátkému servisnímu intervalu (většinou 6000km) se u motocyklu olej mění relativně často. Při expedičních výpravách dosahují motocykly větší kilometrové vzdálenosti a prodloužená výměna oleje by byla více vhodná. Zjištění stavu používaného oleje v provozních podmínkách, je velmi důležité k určení jeho možného prodloužení v provozu. Pravidelným odebíráním vzorků motorového oleje z vozidla a následným zkoumáním odebraných vzorků, je možné zjistit stav a kvalitu oleje ve skutečnosti. U automobilů je již možné aplikovat proměnný servisní interval výměny oleje, u motocyklů tato možnost není. V rámci diplomové práce bylo provedeno vyhodnocení degradace motocyklového oleje Castrol Power 1 třídy 10W-40. Testovaným motocyklem byla tovární značka BMW F 650 GS Dakar v provedení cestovní enduro. S motocyklem bylo absolvováno 6000 km a během tohoto servisního intervalu výměny oleje odebráno 5 vzorků motorového oleje. U všech vzorků i nového oleje byla měřena hustota, viskozita a zkoumán nárůst otěrových kovů v oleji. Výsledné hodnoty jednotlivých vzorků oleje, jsou vyneseny do grafů a je diskutována míra degradace oleje.

Cíle práce

10

1 Cíle práce Tato diplomová práce s názvem „Provozní degradace motocyklového oleje“ má několik cílů, které jsou seřazeny v této kapitole:  Prvním z dílčích cílů této diplomové práce, je aktuální popis maziv – olejů, dle jejich vlastností a použití. Jednou z nejdůležitějších vlastností většiny motorových olejů je viskozita, a zvláště pak její závislost na okolním prostředí (nejčastěji teplota).  Druhým cílem této práce je odběr zkoumaného materiálu, tedy motorového motocyklového oleje. Odběr upotřebeného motorového oleje z motoru motocyklu je velmi důležitým krokem k následnému získání kvalitních a nezkreslených výsledků. Při opakovaných odběrech motorového oleje je nutné dodržet stejný postup odběru a rovněž je zapotřebí používat velmi čistou (dezinfikovanou) odběrovou aparaturu, aby nedošlo ke znehodnocení vzorků.  Třetím dílčím cílem této práce je provedení experimentů. Bude sledována degradace motorového oleje na jeho dynamickou i kinematickou viskozitu a hustotu (měrnou hmotnost). Pomocí atomové emisní spektrografie bude provedeno měření koncentrace jednotlivých kovů v odebraných vzorcích upotřebeného oleje.  Pátým dílčím cílem této práce je vyhodnocení získaných dat. Pro sledování stavu degradace motorového oleje budou získané výsledky upotřebeného oleje srovnány s výsledky oleje původního (nepoužitého) stejné značky a specifikace.

Teoretická část

11

2 Teoretická část Teoretická část této práce obsahuje přehled základních vlastností maziv s podrobnějším zaměřením na motorové oleje. Za úvodní kapitolou jsou popsány metody měření viskozity, tedy veličiny, která byla také měřena u všech odebraných vzorků upotřebeného motocyklového oleje. Motorový olej je technologicky velmi složitý produkt, jehož vlastnosti jsou klasifikovány mnoha technickými parametry. Při výběru optimálního motorového oleje, se koncový uživatel řídí převážně dvěma základními parametry a to již zmíněnou viskozitou oleje a také výkonnostní kategorií.

2.1

Viskozita

Viskozita je pro motorové oleje velmi důležitá a je to také nejznámější kritérium rozdělení olejů. Viskozita je jednoduchým měřítkem tekutosti kapalin. Oleje s nižší viskozitou jsou tekutější (řídký olej) a mají tedy menší vnitřní odpor proti proudění, proti toku. Vyšší viskozita olejů (olej je hustší) naopak znamená vyšší odpor a tím také pomalejší tok. Čím vyšší je například viskozita oleje, tím je větší únosnost mazacího filmu, ovšem za cenu rostoucích energetických ztrát vynaložených na tření ve viskózním oleji. Proto má pro každý případ dané mazivo největší mazací schopnost, má-li optimální a nikoliv maximální viskozitu. Viskozita olejů není konstantou, je závislá na teplotě, tlaku, obsahu aditiv a dalších různých parametrech (Černý, 2006). 2.1.1

Definice viskozity

Jak již bylo uvedeno, viskozita je mírou vnitřního tření tekutiny při vzájemném relativním pohybu částic (vrstev) vůči sobě. Je definována dynamickou  viskozitou, která má rozměr [Pa.s] a kinematickou viskozitou, která má rozměr [ ]. Dynamická a kinematická viskozita závisí na teplotě a tlaku (Groda, 2009). Kinematická viskozita značí poměr dynamické viskozity kapaliny k její hustotě při stejné teplotě. Jedná se o odpor kapaliny k tečení působenému gravitační silou Vztah mezi dynamickou a kinematickou viskozitou je:

Teoretická část

12



 ; m 2 .s 1 , 

(1)

] tekutiny (Vlk, 2006). kde ( ) je hustota [ V případě tekutin se viskozita při stálém tlaku snižuje s rostoucí teplotou, protože se snižují přitažlivé síly mezi molekulami tekutiny.

2.1.2

Hustota (měrná hmotnost)

Hustota ( ), někdy označována jako hustota hmotnosti či měrná hmotnost je fyzikální veličina, která vyjadřuje hmotnost objemové jednotky látky. Hustota je u spojitých homogenních látek (tekutin) dána poměrem hmotnosti ( ) a objemu ( ):







m 1  ; kg.m 3 , V v

(2)

] a ( ) je měrný objem kde ( ) je hmotnost látky [ ], ( ) je objem látky [ ]. látky[ Při měření kapalin, kde můžeme zanedbat jejich roztažnost a stlačitelnost s měnící se teplotou, je i měrná hmotnost nezávislá na teplotě (Groda, 2009). 2.1.3

Měření viskozity

Měření a výpočet viskozity je velmi důležitý pro hodnocení maziv. Měření se provádí přístrojem nazývaným viskozimetr. Existuje několik způsobů měření resp. typů viskozimetru. Pádový viskozimetr měří rychlost pádu známého tělesa (obvykle kulovitého tvaru) ve zkoumané kapalině. Nejznámější je tzv. kapilární viskozimetr. Hlavním prvkem tohoto přístroje je skleněná kapilára, kterou při měření protéká zkoumaná tekutina. Měří se čas, za který projde hladina tekutiny mezi dvěma ryskami, přičemž viskozimetr může být při měření ponořen do vyhřívané lázně, pro udržení nastavené teploty měření. Každý viskozimetr je od výrobce kalibrován a má svou vlastní konstantu, kterou se nakonec vynásobí změřený čas, k získání kinematické viskozity. Rotační vizkozimetr je založen na měření torzní síly, kterou působí rotující kapalina na element zavěšený na torzním vlákně. Rotační viskozimetr může mít několik provedení. Nejčastější typ se skládá ze dvou soustředných válců, mezi nimiž je úzká mezera, vyplněná měřenou kapalinou. Jeho modifikace je tvořená z kužele

Teoretická část

13

a desky pracující na obdobném způsobu. Tekutina je podrobována smyku mezi dvěma definovanými plochami, z nichž jedna vykonává otáčivý pohyb. Měřením vyhodnocujeme brzdný účinek vzorku při různých rychlostech otáčení zavěšeného elementu (Pirkl, 2011). Pro matematické vyjádření tedy zkoumáme systém, kde se jeden z elementů otáčí konstantní úhlovou rychlostí, vnitřním třením kapaliny je otáčivý moment přenášen na druhý element, zavěšený na torzním vlákně. Po ustavení rovnováhy měříme úhel ( ) pootočení elementu od původní polohy, který je úměrný úhlové rychlosti ( ) a viskozitě kapaliny ( ), tedy konstantou přístroje:

  K   

Obr. 1 Zdroj:

(3)

Rotační viskozimetr firmy Anton Paar DV-3P .rofa.at, 03/2014.

Jak již bylo zmíněno, hodnota viskozity se velmi rychle mění dle aktuální teploty tekutiny (oleje). Závislost viskozity na teplotě vyjadřuje hodnota viskozitního indexu. Méně měnící se viskozita s teplotou značí vyšší viskozitní index oleje (Černý, 2006).

Teoretická část

2.1.4

14

HTHS viskozita

Zkratka HTHS znamená High Temperature High Shear a jedná se o dynamickou viskozitu měřenou při vysoké teplotě (150 °C) a velkém smykovém spádu (106 s-1). HTHS viskozita dává informace o tloušťce mazacího filmu při této teplotě. Čím je HTHS viskozita vyšší, tím olej tvoří silnější (ne však ve smyslu pevnější) mazací film. V případě příliš nízké hodnotě HTHS viskozity může dojít k přetržení olejového filmu mezi dvěma třecími plochami, a ty pak nejsou dostatečně mazány. Černý (2006) uvádí, že normální HTHS viskozita má hodnoty vyšší než 3,5 mPa.s., některé moderní oleje zejména typu longlife1, mají HTSH viskozitu sníženou na 2,9-3,5 mPa.s. Nevýhodou snížené hodnoty HTHS viskozity může být vyšší spotřeba motorového oleje, výhodou je naopak nižší spotřeba paliva. To je také většinou hlavní důvod pro používání těchto olejů, protože nižší spotřeba paliva je spojena s nižšími emisemi CO2, které jsou mnohem více sledovány než dříve.

2.2

Maziva

Mezi základní úkoly maziva patří zmenšování tření v dotykových místech dvou těles při relativním pohybu. Vedle toho musí mazivo zajistit řadu dalších funkcí, někdy navzájem spjatých jako: zmenšovat opotřebení, zabezpečit odvod tepla, působit jako těsnící činitel chránit kovové plochy před korozí případně působit jako tlumič rázů apod. Aby mohlo mazivo plnit výše uvedené funkce, musí mít určité vlastnosti. Mezi vlastnosti jednoznačně definované patří: hustota (měrná hmotnost), viskozita a rheologické vlastnosti, stlačitelnost kapalných maziv, tepelná vodivost a měrné teplo apod. Mezi vlastnosti komplexní řadíme např. mazací schopnost, která souběžně zahrnuje vliv viskozity maziva, maznosti a mazivosti (Zehnálek, 2005). Každá kapalina jakéhokoliv složení či polarity, vykazuje určité tření a tím i ztráty energie při jejím toku. Tyto vnitřní odpory kapaliny, specifické co do vlastností každé kapaliny, způsobené relativním posuvem olejových částic po sobě nazýváme viskozitou. Viskozita je přímo měřitelná veličina, kterou můžeme použít k výpočtu tření a únosnosti filmu při daných provozních podmínkách. Můžeme

1

Longlife jsou označeny oleje s prodlouženým termínem výměny oleje.

Teoretická část

15

tedy viskozitu použít jako porovnávací veličinu pro vyjadřování mazací schopnosti zkoumaného maziva. Mazivost je mazací schopnost kapaliny, která jako mazivo zajišťuje nejmenší součinitel tření při optimální únosnosti kapalinné vrstvy. Maznost definujeme jako mazací schopnost maziva pro oblast mazání meznou mazací vrstvou. Maznost můžeme chápat jako vlastnost maziva zajišťující co největší únosnost tzv. mazné vrstvičky při optimálním koeficientu tření. 2.2.1

Maziva a jejich vlastnosti

Než přejdeme přímo k vlastnostem motorového oleje, je třeba se vrátit k mazivům obecně a objasnit termín tribologie. Tribologie je nauka o mazivech, o vědeckém výzkumu a technickém použití zákonitostí pro obory tření, opotřebení a mazání. Nauka se zabývá určováním a změnou struktur maziv a jejich chováním ve všech možných přírodních i umělých tribologických systémech. Jako praktická aplikace tribologických poznatků vznikla tzv. tribotechnika. Ta se zabývá v široké míře pracovními postupy, které mají vliv na optimalizaci tření a opotřebení. Tribotechnika zahrnuje techniku mazání (mezi třecí dvojice se vnáší mazivo), techniku zabývající se ochranou proti opotřebování a také opatření administrativního charakteru. Mazivo (používané v tribologickém systému) totiž podává nejpohotovější informaci nejen o opotřebení samotného maziva, ale i o režimu opotřebení stroje resp. jeho jednotlivých strojních prvků. Základní tribologické pojmy podle Zehnálka (2005): 1.

Tření: Tření nastává v dotykových místech dvou elementů, kde se projevuje vznikem síly působící proti pohybu. Tření je výlučně kinetické.  Smykové tření – vzniká mezi povrchy dvou třecích těles. Třecí síla i následky tření (teplo) jsou relativně velké. Typickým příkladem jsou kluzná ložiska ve spalovacích motorech.  Valivé tření – vzniká při vzájemném pohybu dvou rotačních elastických těles, případně odvaluje-li se jedno rotační těleso po druhém stojícím. Teoreticky je styk bodový (u kuliček) nebo přímkový (v případě válečků a kuželíků). Ve skutečnosti se však plastickou deformací rotačních elastických těles vytváří pří-

Teoretická část

16

davné kluzné tření, které zvyšuje ztráty třením. Příkladem může být kolo na kolejnici.  Tření v ozubených soukolích je přechodem obou výše zmiňovaných, tedy tření smykového a valivého. Například u spirálového ozubení (převládá tření smykové). V technice se velmi často vyskytují kombinace všech druhů tření v nejrůznějších podobách. V případě mazání třecích ploch mohou nastat tyto případy tření: tření kapalinné, tření mezní a tření smíšené. 2.

Opotřebení a otěr. Opotřebení je nežádoucí změna povrchu součástí, které vzniká oddělováním částic mechanickými účinky, případně je doprovázená chemickým, elektrochemickým, elektrickým nebo jiným působením. Jde-li pouze o procesy mechanické povahy, užívá se pojem otěr. Příčin, které mohou vyvolat opotřebení strojních součástí, je mnoho. Ze zjištění druhu opotřebení můžeme soudit na příčinu, což je nezbytné pro odstranění následků nežádoucího opotřebení. Pro tento účel je důležité znát základní druhy opotřebení a jejich charakteristiky, viz níže Tabulka 1.

3.

Koroze třením a lícovací koroze. Koroze třením je složitý fyzikálně-chemický děj, který vzniká na povrchu či v povrchových vrstvách dvojice kluzných uložení, které může být jak v pohybu (zejména v nepravidelných vibracích či malých kmitavých pohybech), nebo může být relativně v klidu (např. v lícovaném spojení dvou elementů). Koroze třením postihuje především železné kovy. Proč dochází právě k této korozi, není zatím úplně známo. Vedou k ní patrně plastické deformace krystalické mřížky v povrchu materiálu, přítomnost vzdušného kyslíku a volné vlhkosti. Zejména nepříjemná a právě častá je koroze v místech, kde k sobě přesně lícují kovové plochy. Tento druh koroze může být aktivně blokován přítomností maziva. Účinněji napomáhají „pasivační“ procesy, jako například pomědění, pochromování, pozinkování. Méně účinné jsou povlaky olejové či grafitové.

Teoretická část Tab. 1

17

Základní druhy opotřebení a jejich charakteristika

Druh opotřebení

Charakteristika

Adhesivní otěr

Oddělování částic materiálu působením meziatomových sil mezi styčnými plochami během vzájemného relativního pohybu součástí.

Abrasivní otěr

Oddělování částic materiálu rýhováním a řezáním tvrdými částicemi.

Únavový otěr

Oddělování částic a poruchy v podpovrchové nebo povrchové vrstvě materiálu.

Vibrační otěr

Oddělování částic a poškozování povrchu vzájemnými tangenciálními posuny malé amplitudy při působení normálního zatížení.

Oddělování částic a poškozování Erozivní otěr povrchu materiálu v důsledku proudění kapaliny. Kavitační opotřebení

Oddělování částic a poškozování povrchu účinkem místních hydrodynamických rázů v proudící kapalině.

Chemické opotřebení

Porušení povrchu materiálu chemickým účinkem prostředí, s nímž se povrch součástí stýká.

Zdroj: Zehnálek, 2005.

Příčina Mezi stykovými plochami není mazivo. Mezi stykovými plochami je nesouvislá vrstva maziva. Mazivo je ve formě tuhé vrstvy vytvořené uměle, nebo působením prostředí. Tvrdé částice volné nebo vázané v protilátce (abrazivní otěr prvého typu). Tvrdší, drsný povrch jednoho z členů třecí dvojice (abrazivní otěr druhého typu). Cyklické opakování stykového napětí určité velikosti mezi stýkajícími se povrchy (první typ). Porucha povrchové vrstvy křehkým lomem (druhý typ). Nepatrné vzájemné posuny třecích povrchů pod určitým zatížením. Tvrdé částice nesené proudem kapaliny nebo plynu. Proud kapaliny, kapek páry nebo plynu. Vytváření bublinek páry či plynu v kavitačních dutinách a jejich zánik při změně zatížení, který se děje vysokou frekvencí. Vznik pevně lnoucích tvrdých produktů na povrchové vrstvě, které v případě porušení vedou k intenzivnímu opotřebení. Zplodiny měkčí povahy mohou mít dobré kluzné vlastnosti. Při snadném odstraňování nastává rychlý otěr.

Teoretická část

2.2.2

18

Vlastnosti mazacích olejů

Na mazací oleje, zejména ty motorové, jsou kladeny rozmanité a často i protichůdné nároky. Zehnálek (2005) uvádí, že olej z hlediska tribotechnického musí:  dobře lpět na mazaném povrchu při všech provozních podmínkách, což je určeno jeho hlavní komplexní vlastností – mazací schopností,  odolávat smykovým silovým polím,  dobře odvádět třecí a provozní teplo,  chránit jak železné, tak barevné kovy (ložiska) před korozí,  i za nepříznivých podmínek odolávat stárnutí – oxidaci uhlovodíků, resp. základních složek oleje,  přispívat k těsnění pístů ve válci i za vysokých teplot,  rozptylovat co nejjemněji nečistoty vznikající otěrem a zabraňovat jejich usazování,  umožňovat provoz při velkých mrazech, ale i při vysokých teplotách,  rozptylovat co nejjemněji nečistoty vznikající otěrem a zabraňovat jejich usazování,  umožňovat provoz při velkých mrazech, ale i při vysokých teplotách. Olej nesmí:  napadat těsnící materiály,  pěnit při provozu v motoru,  vykazovat vysoké karbonizační číslo a rovněž nesmí být náchylný k tvorbě tzv. studených kalů. Olej má být:  málo odparný, což se příznivě odráží na malých ztrátách v provozu i za vysokých teplot (odpornost souvisí s frakčním složením základového oleje),  skladovatelný alespoň dva roky v temnu (plechové či polystyrenové balení) v přiměřené teplotě,  ekonomický v provozu, což souvisí s jeho cenou a užitnými vlastnostmi,

Teoretická část

19

 mísitelný s jinými oleji téže skupiny SAE (dle viskozity) a dle podmínek provozu bez ohledu na firemní původ,  v účelném balení i vzhledem k laickému používání – na obalu má být vytištěn návod k použití a případná upozornění,  účelně značen dle mezinárodních norem SAE tak, aby byla jasná jeho specifikace a podmínky použití. Mazací schopnost je podle Zehnálka (2005) komplexní vlastnost, zahrnující tři dílčí vlastnosti: viskozitu, mazivost a maznost.

2.3

Motorové oleje

Motorový olej je velmi obecné souhrnné označení pro celou skupinu rozlišných olejů, používaných jako maziva a chladiva, plnících těsnící a čistící funkci v motorech. Motorový olej se podle Vlka (2006) i Černého a Maška (2010) skládá z největší části ze základového oleje, z polymerů (modifikátory viskozity) a z tzv. aditivačního balíčku. Tento balíček souhrnných aditiv obsahuje především disperzanty, detergenty, protioděrová aditiva a ostatní aditiva (antioxidanty, modifikátory tření, protikorozní a jiné). 2.3.1

Složení olejů

Černý (2009) uvádí, že základové oleje mohou být minerální nebo syntetického původu. Oba typy olejů mohou zabezpečit shodnou výkonnost a kvalitu motorového oleje. Různé typy syntetických olejů se uplatní spíše v oblasti průmyslových olejů. Postup výroby základového oleje dle Černého (2006) je, buďto z ropných destilačních frakcí anebo z některých meziproduktů zpracování ropy. Velmi kvalitní základové oleje lze vyrobit např. i z destilačních zbytků, vznikajících po výrobě motorové nafty hydrokrakovou technologií. Rafinací nebo jinou úpravou takových surovin je možné získat základový olej. Pokud chceme vyrobit např. motorový olej, pak musíme z několika jednotlivých základových olejů připravit takovou směs, která viskozitně a dalšími vlastnostmi vyhoví požadavkům na olej našich specifik. Kromě viskozity jsou důležité zejména nízkoteplotní vlastnosti, složení oleje, těka-

Teoretická část

20

vost a jiné. K této směsi základových olejů jsou přimíchávány aditiva a výsledkem je motorový, převodový či jiný olej. Základové oleje se vyrábějí ve třech technologických krocích. Prvním krokem je rafinace ropné suroviny, dále se přechází na odparafinování oleje a třetím je naopak dorafinování oleje tak, aby měl nejen dobré vlastnosti, ale působil důvěryhodně i na pohled. Kvalita základového oleje roste s vyšším viskozitním indexem, větším obsahem nasycených uhlovodíků a nižší obsah síry. 1.

Rafinace Kvalita výsledného oleje je velkou mírou dána rafinací ropné suroviny. Nej-

starším a stále nejčastějším způsobem rafinace je extrakce ropné suroviny vhodným rozpouštědlem. Extrakční rozpouštědlo má takové vlastnosti, že je schopné z ropné suroviny odstranit většinu látek, které v olejích nejsou potřeba a jsou nežádoucí. Důležité je odstranění pryskyřičnaté látky, které obsahují síru a dusík. Tyto látky by v oleji vytvářely nežádoucí úsady a kaly a na horkých dílech motoru by se mohly vytvářet tvrdé lakovité nánosy. Olejům vyrobeným extrakční rafinací se říká rozpouštědlové rafináty. Základové oleje získané touto metodou se stále vyrábí největší množství, tvoří přibližně 65 % všech vyrobených olejů. Dalším a modernějším způsobem rafinace je hydrokrakování. Jde o proces, který probíhá přibližně při teplotě 400 °C nebo vyšší a také při vysokém tlaku vodíku. Dochází při něm k přeorganizování ropných molekul. Přítomnost vodíku současně zabezpečuje odstranění velkého podílu nežádoucích sirných a dusíkatých látek. Výsledným produktem hydrokrakování jsou velmi kvalitní základové oleje s téměř nulovým obsahem síry a dusíku a s velmi nízkým obsahem aromatických uhlovodíků. Často se pro výrobu hydrokrakových olejů používají zbytky z hydrokrakování vakuových ropných destilátů s cílem vyrobit palivo (naftu). 2.

Odparafínování

Druhým stupněm výroby základových olejů je odparafínování. Každý ropný olej, který prošel prvním stupněm výroby (rafinací) obsahuje poměrně velké množství parafínů, které mají za následek, že olej je za normální teploty téměř tuhý. Oleje je nutné tuhých parafínů zbavit. Černý (2009) uvádí, dva způsoby: Tradiční postup se nazývá "rozpouštědlové odparafínování". Dochází k smíchání rafinovaného oleje s rozpouštědlem, podchlazení na nízkou teplotu a násled-

Teoretická část

21

ně je vyloučený parafín od oleje odfiltrován. Rozpouštědlo je potom z oleje zpět odstraněno. Druhým, moderním postupem je hydroizomerace parafínů. Tento postup je velmi podobný hydrokrakovacímu procesu. Takto se vyrábějí moderní a velmi kvalitní základové oleje, často naprosto bezbarvé. 3.

Dorafinace

Posledním stupněm výroby základových olejů je dorafinace. V tomto závěrečném stupni výroby dochází k odstranění zbytkových nečistot oleje a zlepšuje se i jeho barva. Černý (2009) uvádí, že čím je olej světlejší, tím je zákazníky lépe akceptován, i když barva oleje samozřejmě nemusí korespondovat s kvalitou. Nejjednodušším způsobem dorafinace je adsorpce nečistot na aktivní hlince. Tomuto způsobu dorafinace se také říká "horký kontakt", protože proces spočívá v rozmíchání hlinky v teplém oleji a následném odfiltrování hlinky s adsorbovanými nečistotami. Základové oleje se podle kvality dělí do pěti skupin. Ropné (minerální) oleje tvoří první tři skupiny. Rozdíl mezi nimi je v obsažení síry, nasycených uhlovodíků a v hodnotě viskozitního indexu. Rozmezí těchto hodnot pro jednotlivé skupiny je uvedeno v Tabulce 2. Tab. 2

Rozdělení základových olejů

Skupina

Nasycené uhlov. (% hm.)

Síra (% hm.)

Viskozitní index 80-120

Typ oleje

I

< 90

> 0,03

II III IV V

> 90 < 0,03 80-120 > 90 < 0,03 > 120 Polyalfaolefiny - PAO Ostatní syntetické oleje (estery, polyetery, polyglykoly a další)

rozpouštědlové rafináty hydrokrakové oleje hydrokrakové oleje

Zdroj: Černý (2009).

2.3.2

Aditiva

Základový olej tvoří hlavní část motorového oleje, avšak bez dalších přísad – aditiv, by nemohl vykonávat své funkce po dobu své životnosti.

Podle Černého (2012) je možné olejová aditiva označit za chemické přísady, které zlepšují vlastnosti olejů (i plastických maziv). Jednotlivé druhy aditiv a jejich množství se liší podle způsobu užití maziva. Obsah aditiv v mazivu se pohybuje v

Teoretická část

22

rozmezí 1 % do 25 %. Druhy a množství aditiv stanovují výrobci na základě norem a praktických zkoušek. Dle chemické struktury lze aditiva rozdělit do dvou skupin:  Polární aditiva Velké množství aditiv jsou tzv. povrchově aktivní - polární látky. Polární látky jsou chemické látky, jejichž molekuly jsou nesymetrické a díky tomu na jejich koncích vznikají elektrické náboje. Těmito náboji jsou jednotlivé molekuly přitahovány k povrchům, např. k povrchu pístu ve válci motoru. Polární aditiva utvoří na povrchu tenkou vrstvu (film), který v závislosti na chemickém složení aditiva zvyšuje odolnost proti korozi, proti usazování nečistot, proti poškození vysokým tlakem apod.  Nepolární aditiva Nepolární aditiva nejsou povrchově aktivní, tedy nejsou přitahována k povrchům, ale jsou v mazivu rovnoměrně rozptýlena. Přesto jsou tato aditiva velice důležitá - zlepšují viskozitu maziva, snižují bod tuhnutí maziva, chrání gumová těsnění proti poškození, apod. Na obrázku č. 2 můžeme vidět typické složení motorového oleje.

Obr. 2 Zdroj:

Složení motorových olejů http://www.oleje-pema.cz/ 03/2014.

Teoretická část

23

Dále se v publikaci (Černý, 2012) uvádí popis jednotlivých aditiv:  Detergenty zamezují usazování nečistot na povrchu mazných ploch, případné již vytvořené nečistoty rozpouštějí. Díky detergentům mazivo lépe přilne k mazaným plochám. Detergenty hrají významnou roli např. při ochraně pístu ve válci, kde vlivem vysokých teplot dochází k uvolňování uhlíku, který se usazuje na pracovních plochách pístu. Vzniklé usazeniny způsobují vznik netěsností vlivem mechanického poškození (rýhy) nebo změnou tvaru zapříčiněnou nánosem nečistot.  Zvyšující ochranu proti korozi – tato aditiva vytvářejí na povrchu kovů ochranný film, který zabraňuje tvorbě koroze, tedy brání oxidaci kovového povrchu. K oxidaci povrchů kovů může docházet vlivem agresivních sloučenin vznikajících ve válci motoru při spalování palivové směsi.  Zlepšující ochranu proti vysokému tlaku a opotřebení – tato aditiva chrání před opotřebením ocelové části, které se o sebe třou pod vysokým tlakem (např. ozubená kola). Aditiva vytvoří chemickou reakci na povrchu kovu odolné vrstvy, která omezí kontaktu kov na kov.  Zlepšující viskozitu – tato aditiva stabilizují viskozitu maziva, tzn. viskozita maziva je méně závislá na teplotě. Aditiva tak rozšiřují teplotní rozsah, v jakém je mazivo schopno plnit svou funkci. Se snižující se teplotou viskozita maziva stoupá a naopak, se zvyšující teplotou viskozita maziva klesá. Změny viskozity maziva mají pozitivní dopad rovněž na tloušťku mazacího filmu a na ztráty energie, které vznikají překonáváním odporu maziva.  Upravující tření – tato aditiva upravují tření mezi třecími plochami na požadovanou hodnotu. Přesná hodnota tření ploch je požadována například v automatických převodovkách, retardérech.  Snižující bod tuhnutí – tato aditiva snižují možnost shlukování parafinů v mazivu za velmi nízkých teplot. Při nízkých teplotách dochází u minerálních olejů k vylučování a shlukování parafínů což vede k zvyšování hustoty. Zvýšená hustota maziva a jeho nekonzistentnost snižuje kvalitu mazání a zvyšuje ztráty energie z důvodu překonávání odporu maziva.  Chránicí elastomery – tato aditiva zpomalují stárnutí gumových a umělohmotných částí, které mohou být ve styku s mazivem (například těsnění) tím, že zamezují vyplavení změkčovadel (chemické degradaci elastomerů) obsaže-

Teoretická část

24

ných v gumových a plastových dílech. Elastomery zajišťují, aby tyto díly byly stále elastické (pružné) a plnily tak svou funkci.  Zpomalovače stárnutí – tato aditiva omezují chemickou degradaci maziva, ke které dochází zejména za vyšších teplot. Likvidací oxidačních činidel zamezují vzniku nežádoucích chemických sloučenin, které zkracují životnost maziva.  Snižující pěnivost – tato aditiva potlačují vznik olejové pěny. Intenzivním promícháváním oleje se vzduchem dochází k tvorbě pěny, která má negativní vliv na mazivo. Urychluje stárnutí maziva (usnadňuje oxidaci), zvyšuje stlačitelnost maziva (vznikají problémy u hydraulických soustav, motorů, kompresorů a převodovek).  Deaktivátory kovů – tato aditiva zabraňují chemickým reakcím, které mohou probíhat na povrhu mikroskopických kovových částeček přítomných v mazivu (ocel, měď). Kovové částečky, které vznikají třením kovů, působí jako katalyzátor chemických degradačních procesů. Díky vytvoření ochranného filmu kolem částeček kovu je zamezeno katalytickým chemickým reakcím a je tudíž zpomaleno stárnutí maziva. 2.3.3

Otěrové kovy

Černý (2008) uvádí, že při provozu strojů, běhu jejich motorů dochází k opotřebení, které můžeme označit za nežádoucí změnu povrchu součástí vznikající oddělováním částic mechanickými účinky, případně doprovázená chemickým, elektrochemickým, elektrickým nebo jiným působením. Jedná-li se pouze o procesy mechanické povahy, užívá se pojem otěr. Spalovací motory a tedy i všechny třecí povrchy jsou vyrobeny z určitých kovových materiálů. Většinou se jedná o železo zušlechtěné přídavkem jiných kovů, o hliníkové či měděné součástky, nebo je určitý díl motoru potažen povrchovou vrstvičkou jiného kovu, např. s cílem zvýšit tvrdost povrchu, zlepšit kluzné vlastnosti, zlepšit protikorozní ochranu apod. Díky těmto případům se kromě železa samotného musíme zajímat i o další kovy, např. hliník, měď, chrom, olovo, cín, nikl, stříbro apod. Třecí povrchy kovů, ani ty pečlivě vysoustružené, nejsou naprosto hladké. Každý povrch má určitou morfologii (strukturu), kterou je možné znázornit jako zubatou čáru podobně jako na obr. 3. V normálním stavu jsou v motoru dva třecí povrchy odděleny vrstvičkou oleje. Povrchy tak nepřicházejí navzájem do kontaktu, nebo jen do minimálního

Teoretická část

25

díky některým větším nerovnostem na povrchu. Pokud ale na třecí plochy působí nějaká přítlačná síla, může být vrstvička oleje vytlačena a dva povrchy se do kontaktu dostanou. Dochází k tzv. meznému tření, kdy oba povrchy nejsou mazány vrstvou oleje, ale pouze jeho mazivostními aditivy, která na povrchu kovu ulpěla. Jestliže se takové dva povrchy navzájem pohybují, dochází k vzájemnému odírání jejich nerovností a oddělování mikroskopických částeček konstrukčního kovu. Tyto částečky pak volně přecházejí do oleje. Následně je možné chemicky stanovit množství určitého kovu v oleji a na základě jeho množství také odhadnout významnost tření v motoru.

Obr. 3 Zdroj:

Vznik otěrových částic http://www.oleje.cz/ 04/2014.

2.3.4

Charakteristické kovy

Černý (2008) dále uvádí, že konstrukční kovy různých dílů motoru jsou většinou vyrobeny ze specifických materiálů, pak je z množství konkrétního kovu v oleji možné také odhadnout pravděpodobné místo zvýšeného otěru a tedy možné místo závady. Každý motor může mít svá specifika, vždy stejný díl motoru nemusí být vyroben z ocele stejného složení. Při výrobě motorových dílů ale převažují určité

Teoretická část

26

konstrukční kovy a na tom je založen i odhad lokalizace závady. Seznam nejčastěji analyzovaných kovů v oleji a jejich původ je uveden v následující Tabulce 3. Tab. 3

Otěrové kovy v motorovém oleji a jejich zdroje.

Otěrový kov

Původ - motorový díl

železo

vyskytuje se téměř vždy jako hlavní konstrukční kov, jeho koncentrace je až na výjimky vždy nejvyšší

měď

ložiska, ventilová skupina - zdvihátka, pouzdro pístního čepu, bronzové díly

chrom

chromované díly - těsnicí kroužky, vložky apod.

nikl

součást konstrukční oceli ložisek, hřídelí, ventilů

hliník

písty, válečková ložiska, určité typy pouzder

olovo

valivá ložiska, u starých zážehových motorů kontaminace z benzinu

cín

ložiska, bronzové díly

stříbro

postříbřená ložiska

křemík

indikátor prachu, špatný stav vzduchového filtru

Zdroj: Černý (

.oleje.cz 04/2014).

V předcházející tabulce 3 je vedle běžných konstrukčních kovů uveden i křemík. Nejedná se o konstrukční kov, křemík je hlavní součástí prachových částic a bývá tak analyzován. Zvýšené množství křemíku v oleji napovídá o špatné funkčnosti vzduchového filtru vozidla. Ostatní kovy, jejichž přítomnost je možné v motorovém či převodovém oleji nalézt, pocházejí většinou z aditivace oleje. K aditivům se řadí prvky jako zinek, molybden, antimon, vápník, hořčík a baryum. Sodík se nachází v nemrznoucích směsích, je také častým kontaminantem motorových olejů díky zimním posypům vozovek solí. 2.3.5

Viskozitní třídy olejů

Zehnálek (2005) uvádí, že viskozitní index oleje je bezrozměrová veličina udávající vliv teploty na viskozitu oleje v porovnání se dvěma řadami olejů (z mexické ropy a

Teoretická část

27

pensylvánské ropy), které mají při teplotě 98,89 °C (210 °F) stejnou viskozitu jako zkušení olej. O základní rozdělení do tzv. viskozitních tříd se postarala Společnost amerických inženýrů (Society of Automobile Engineers)2 známá pod zkratkou SAE. V Tabulce 4 jsou uvedeny naměřené hodnoty a současné viskozitní třídy podle SAE: Tab. 4

Viskozitní klasifikace motorových olejů podle SAE 300 SEP 80

Viskozitní

Dynamická viskozita

Dynamická viskozita

Kinematická viskozita

třída SAE

při teplotě v °C max.

při -18 °C max. (mPa.s)

při 100 °C

(mPa.s)

podle SAE J 300d

(mm2. s-1) minimální

maximální

3,8

-

0W

3250 při -30

5W

3500 při -25

1480

3,8

-

10W

3500 při -20

2700

4,1

-

15W

3500 při -15

5000

5,6

-

20W

4500 při -10

12000

5,6

-

25W

6000 při -5

24500

9,3

-

20

5,6

9,3

30

9,3

12,5

40

12,5

16,3

50

16,3

21,9

60

21,9

26,1

Zdroj: Zehnálek, 2005.

Pro určení viskozitní třídy oleje je dán obecný vzorec XWY, kde X značí viskozitní číslo určené při teplotě -18 °C, W je zkratkou pro zimu (winter) a Y viskozitu při 100 °C. Z tabulky je zřejmé, že oleje jsou rozděleny do viskozitních tříd 0W až 25W, kde písmeno W vyjadřuje vztah viskozity k zimním teplotám, přesněji k naměřeným hodnotám dynamické viskozity oleje při teplotě -18 °C. Zimní označení vymezuje tzv. „startovatelnost“ motoru při nízkých zimních teplotách. Obecně lze konstatovat, že čím nižší je číslo zimní třídy, tím nižší může být teplota okolí při zachování dostatečné tekutosti oleje pro snadné spuštění motoru. Hodnota za písmenem W vyjadřuje kinematickou viskozitu při 100 °C a podle ní jsou oleje zařa2

Society of Automotive Engineers (dnes nazýváno SAE International), je profesní sdružení odbor-

níků z oblasti leteckého, automobilového a dopravního průmyslu.

Teoretická část

28

zeny do tříd 20 až 60. Můžeme se setkat např. i s označením SAE 20W50, kde viskozitní profil tohoto oleje může dopomoci snížit spotřebu oleje a předurčuje jej pro letní klimatické podmínky a také pro požití v tropických vedrech či sportovním způsobu jízdy. V dnešní době, se prakticky výhradně používají tzv. vícestupňové („multigrade“) motorové oleje, které umožňují bezpečné celoroční mazání motoru za různých klimatických podmínek. Stále více se prosazují motorové oleje s co možná nejnižším zimním číslem. Důvodem je lepší ochrana motoru při studených startech, kdy na kritických místech motoru není ještě dostatečné množství oleje a dochází k vyššímu tření a otěru součástí. Měřením bylo dokázáno, že právě první vteřiny po nastartování motoru jsou pro motor nejvíce kritické, rychlé mazání pak zvyšuje jeho životnost (Vlk, 2006). Na viskozitu mazacího filmu má přímý vliv teplota, kde při jejím růstu naopak viskozita klesá, další vliv na viskozitu má tlak a také přísady na zvyšování pevnosti ve střihu. Pevností oleje na střih se rozumí teplota vlastnosti olejového filmu, který musí odolávat mechanickému – střihovému namáhání. Při tlakové zkoušce pak olej ztrácí svoji viskozitu a míra poklesu je známkou odolnosti oleje. 2.3.6

Výkonnostní klasifikace olejů

Výkonnostní klasifikace charakterizuje okamžité i dlouhodobé vlastnosti motorového oleje, při různých formách zatížení provozem. Jsou hodnoceny jeho vlastnosti jako např. ochrana proti otěru, oxidaci a korozi stěn válců a ložisek, ochrana proti tvorbě úsad za vysokých teplot, oxidační stabilita, úspora paliva atd. Pro označení výkonnostní kategorie motorových olejů jsou známy následující normy:  Klasifikace API (American Petroleum Institute, USA)  Klasifikace CCMC (Comité des Constructeurs d' Automobile du Marché Commun, EU)  Klasifikace ACEA (Association des Constructeurs Européens d' Automobiles, EU)  Firemní normy výrobců motorů vozidel (MAN, MB, VW atd.)  Klasifikace MIL-L (norma americké armády)  Klasifikace JASO (hodnocení motocyklových olejů, Japonsko)  Jiné klasifikace (např. ILSAC)

Teoretická část

2.3.7

29

Výkonnostní klasifikace API

Jednou ze starších, ale i dnes používaných klasifikací je klasifikace podle API (American Petroleum Institute). Klasifikace třídí motorové oleje podle jejich provozních vlastností a dále přihlíží k požadavkům na vlastnosti oleje pro určité druhy motorů a jejich konstrukce. Klasifikace je specifikována zvlášť pro motory zážehové a pro motory vznětové (Vlk, 2006). Výkonost motorových olejů je dána symbolem složeným z písmen, případně z číslic. Oleje s označením písmenem S (Service) jsou určeny pro zážehové motory, označení písmenem C (Commercial) jsou určeny pro vznětové motory. Další - druhé písmeno v označení určuje vlastní výkonnost oleje, přičemž symboly jsou řazeny alfabeticky, tj. A, B, C atd. Dnešní moderní oleje splňují požadavky kladené na mazání zážehových i vznětových motorů a jsou označovány oběma symboly, např. API SJ/CE (olej pro benzínové motory, použitelný i pro dieselové motory). V současnosti jsou třídy SA až SH u zážehových motorů a CA až CE u vznětových motorů považovány za překonané. Tab. 5

Používané výkonnostní třídy podle API

Zážehové (benzinové) motory Vznětové (dieselové) motory Skupina Zavedení Pro motory Skupina Zavedení Nahrazují SN 2010 od 2011 CJ-4 2006 CI-4 SM 2004 do 2010 CI-4 2002 CD až CH-4 SL 2001 do 2004 CH-4 1998 CD až CG-4 SJ 1997 do 2001 CG-4 *) 1995 CD až CF-4 SH *) 1994 do 1996 CF-4 *) 1990 CD, CE 1) SG *) 1989 do 1993 CF-2 *) 1994 CD II SF *) 1980 do 1988 CF *) 1994 CD SE *) 1972 do 1979 CE *) 1985 SD *) 1968 do 1971 CD-II 1) *) 1985 SC *) 1964 do 1967 CD *) 1955 Vyšší skupiny zahrnují skupiny nižší

1)

určeny jen pro dvoutaktní diesel motory

*) již neužívané (vývojově opuštěné) skupiny Zdroj: www.tribotechnika.cz, 04/2014.

Teoretická část

2.3.8

30

Výkonnostní klasifikace ACEA

Klasifikace podle ACEA (Association des Constructeurs Européens d' Automobiles je platná od roku 1997 a nahradila dříve používanou klasifikaci CCMC)3. Je rozdělena do 3 následujících skupin (Zehnálek, 2005):  oleje pro zážehové a lehké vznětové motory, značené A/B  oleje kompatibilní s katalyzátory pro zážehové a lehké vznětové motory, značené C  oleje pro vysoce výkonné vznětové motory, značené E Výkonnostní stupeň je udáván pro daný typ motoru číslem (od „1“ výše). V současné době se používají následující výkonnostní třídy ACEA: Oleje pro zážehové a lehké vznětové motory:  A1/B1 – Vícestupňový nízkoviskózní oleje s malým koeficientem tření zajišťující nízkou spotřebu paliva.  A2/B2 – Bežné vícestupňové oleje pro zážehové a vznětové motory.  A3/B3 – Nízkoviskózní vícestupňové oleje udržující viskozitní třídu během provozu s nízkou odparností. Olej zajišťující lépe čistotu motoru a jsou odolnější proti zahušťování ve srovnání s oleji třídy A1 a A2.  A3/B4 - Oleje pro vysokovýkonné zážehové motory a vznětové motory s přímým vstřikováním paliva, vhodné také pro použití popsané v kategorii B3.  A5/B5 - Vysoce stabilní oleje určené pro prodloužené výměnné intervaly ve vysoce zatěžovaných zážehových a vznětových motorech. Oleje s malým koeficientem tření a s vynikající vysokoteplotní střihovou stabilitou. Jsou vhodné jen pro speciálně konstruované motory. Oleje kompatibilní s katalyzátory – pro zážehové a lehké vznětové motory:  C1 - Oleje určené pro použití s katalyzátory DPF4 a TWC5 ve vysokovýkonných motorech požadující nízkoviskozní olej s nízkým SAPS6 (Low SAPS) a s visko-

3

CCMC - Comité des Constructeurs d' Automobile du Marché Commun.

4

DFP = Diesel Particulate Filter, filtr pevných částic.

5

TWC = Three Way Catalyst, trojčinný katalyzátor.

6

SAPS = Sulphated Ash, Phosphorus Sulphur – sulfátový popel, síra, fosfor.

Teoretická část

31

zitou HTHS vyšší než 2,9 mPa.s. Tyto oleje prodlužují životnost systémů DPF a TWC a snižují spotřebu paliva.  C2 - Oleje pro použití s katalyzátory DPF a TWC ve vysokovýkonných motorech konstruovaných pro nízkoviskózní oleje s HTHSV vyšší než 2,9 mPa.s. Oleje prodlužují životnost katalyzátorů DPF a TWC a snižují spotřebu paliva.  C3 - Oleje pro použití s katalyzátory DPF a TWC ve vysokovýkonných motorech. Prodlužují životnost katalyzátorů DPF a TWC.  C4 - Oleje s nízkým obsahem SAPS, jsou určeny pro použití ve vysokovýkonných zážehových i vznětových motorech spolu s DPF i TWC. Třída C4 požaduje vysoké HTHS (≥ 3.5 mPa.s.) a nízký síranový popel (≤ 0,5%), zajišťuje tedy ochranu filtru pevných částic proti zanášení, ale zároveň poskytuje vynikající výkonnost. Oleje pro vznětové motory nákladních automobilů:  E4 - Oleje poskytující vynikající ochranu čistoty válců – proti opotřebení a sazím. Jsou doporučeny pro vysokovýkonné motory, splňující emisní limity Euro 1, Euro 2, Euro 3 a Euro 4, pracující za těžkých podmínek, např. prodloužené výměnné intervaly, podle doporučení výrobce motoru. Jsou vhodné pro motory bez filtru pevných částic a pro některé motory vybavené recirkulací výfukových plynů, nebo systémem SCR (selektivní katalytická redukce NOx), podle doporučení výrobce motoru.  E6 - Oleje poskytující vynikající ochranu čistoty válců – proti opotřebení a sazím. Jsou doporučeny pro vysokovýkonné motory, splňující emisní limity Euro 1, Euro 2, Euro 3 a Euro 4, pracující za těžkých podmínek, např. prodloužené výměnné intervaly, podle doporučení výrobce motoru. Jsou vhodné pro motory se systémy EGR7, DFP a systémem SCR8 NOx. Třída E6 je zvlášť doporučena pro motory s filtry pevných částic a je kvalifikována v kombinaci s palivem s nízkým obsahem síry (max. 50 ppm)  E7 - Oleje poskytující účinnou ochranu čistoty a proti oleštění válců. Poskytují dále zlepšenou ochranu proti opotřebení, úsadám a sazím. Jsou doporučeny

7

EGR = Exhaust Gas Recirculation, recirkulace výfukových plynů.

8

SCR NOx= Selective Catalitic Reduction selektivní katalytická redukce NOx: úprava složení výfuko-

vých plynů močovinou (činidlo AdBlue = 32,5% vodný roztok močoviny).

Teoretická část

32

pro vysokovýkonné motory, splňující emisní limity Euro 1, Euro 2, Euro 3 a Euro 4, pracující za těžkých podmínek, např. prodloužené výměnné intervaly, podle doporučení výrobce motoru. Jsou vhodné pro motory bez filtrů pevných částic a pro většinu motorů vybavených recirkulací výfukových plynů, nebo systémem SCR.  E9 – oleje s limitovaným podílem sulfátového popela, fosforu a síry. ACEA E9 obsahuje mnoho prvků, v Severní Americe uznavané specifikace API CJ-4. Jsou vhodné pro motory se systémy EGR, DFP a systémem SCR NOx. E9 předpokládá základní využití pro Euro VI legislativy emisí. Kategorie E1 byla vyřazena v roce 2001, E2 roku 2008, kategorie E3 a E5 od roku 2004 neužívány. (www.tribotechnika.cz) 2.3.9

Specifikace JASO

Výše zmiňované klasifikace nejsou vhodné pro kvalitativní posuzování motorových olejů pro motocykly. Posuzování podle klasifikace ACEA není reálné, její nejnovější třídy kladou velký vliv na úsporu paliva za úpravy snižování tření. Navíc se u motocyklů vyskytují odlišné konstrukční prvky, např. mokrá spojka, kde není možné použití klasického automobilového oleje (Vlk, 2006). Také pro to, vznikla v roce 1999 zásluhou tzv. Velké čtyřky (Honda, Ka asaki, Suzuki, Yamaha) v platnost nová specifikace JASO pro hodnocení olejů pro čtyřdobé motory motocyklů. Důležitou součástí testovacích procedur je právě test tření na mokré spojce. V platnosti jsou tři třídy dle JASO: MB, MA a nejnovější MA2. Valná většina nabízených olejů splňovala přísnější kritéria třídy MA, proto v roce 2006 vzniklo rozdělení této třídy a definování přísnějších hodnot pro třídu MA2. Specifikace JASO T904 MA/MB zahrnuje celý soubor fyzikálních a chemických zkoušek a navíc test tření na mokré spojce. V následující Tabulce 6 jsou měřené hodnoty spadajících do jednotlivých tříd:

Teoretická část Tab. 6

33

Jaso MA1/MA2

DFI (Index dynamického tření) SFI (Index statického tření) STI (Index času zastavení)

1999 (MA) 1.45 - 2.50 1.15 - 2.50 1.55 - 2.50

2006(MA1) 1.45 - 1.80 1.15 - 1.70 1.55 - 1.90

2006(MA2) 1.80 - 2.50 1.70 - 2.50 1.90 - 2.50

Zdroj: http://www.fuchs-oil.cz, 04/2014.

Je nutné poznamenat, že soubor testů JASO, také zahrnuje testy viskozity HTHS a střihové stability, tedy důležité faktory pro motocyklové motory a jejich převodovky.

2.4

Motocyklové motorové oleje

V publikaci (Cihlář a kol., 2008) se uvádí, že oleje pro mazání čtyřdobých motorů motocyklů jsou sice podobné automobilovým motorovým olejům, ale nejsou zcela stejné. K porovnání kvality olejů pro výkonné vysokootáčkové motocyklové motory nestačí obvyklé srovnání jejich druhu, viskozity a výkonnosti. Řada výrobců proto již vyvinula speciální oleje, které odpovídají odlišným požadavkům na mazání motocyklových motorů. Cihlář a kol. (2008) dále uvádějí, že moderní motocyklové čtyřdobé motory jsou vysokootáčkové motory s velkým litrovým výkonem, mají menší olejové náplně a navíc mají ve většině případů společnou náplň pro mazání motoru i převodů. Dále se u motocyklů (až na výjimky) vyskytují konstrukční prvky, které jsou u automobilů naprosto neznámé, například mokrá spojka, mokrá volnoběžka startéru. Tyto skupiny, které běží v lázni motorového oleje, kladou protichůdné požadavky na motorový olej. Základním úkolem motorového oleje je snižovat tření, ale na určitých plochách musí být jistá hodnota tření zachována. Je tedy vyloučeno použití moderních automobilových olejů, které jsou za účelem úspory paliva upraveny pro minimalizaci tření. Pro motocyklové motory jsou vyžadována maziva s velkou zatížitelností, vysokou tepelnou stabilitou a dobrou odolností vůči střihovému namáhání. Tento parametr je nezbytný pro spolehlivou funkci a životnost převodovky, představuje odolnost olejového filmu proti jeho přerušení na zubech ozubených kol. Je definován tzv. indexem střihové stability systémem SSI9. Jeho nízká hodnota, okolo SSI = 20, označuje výbornou stabilitu. Typický automobilový motorový olej

9

SSI= Shear Stability Index = index střihové stability.

Teoretická část

34

má tuto hodnotu v rozmezí 30 až 50. Naproti tomu špičkový závodní motocyklový olej má SSI = 5. Negativní vlastností je postupná degradace a ztráta účinnosti způsobená zejména střihovým namáháním, které je v motocyklových pohonných jednotkách velmi výrazně vyšší než u automobilů. Na druhé straně, některé syntetické základové oleje (zejména syntetické estery) vykazují přirozené vícerozsahové vlastnosti a aditivaci. Spolu s odolností proti opotřebení, snižování tření a antikorozních vlastností je kvalita vícerozsahového motorového oleje dána také tím, jak si olej svoji viskozitu zachovává v průběhu výměnného intervalu. Výrobci motocyklových olejů věnovali značný čas a vývojové úsilí, aby jejich vícerozsahové oleje pro čtyřdobé motory motocyklů vykazovaly vynikající vlastnosti stability. V publikaci (Wilson, 1998) se uvádí, že minerální oleje jsou dostačující pro mazání většiny starších motorů motocyklů, také pro nové stroje s nižším měrným výkonem motoru. Po zavedení kategorie závodních motocyklů superbike (Superbike World Championship) v roce 1988 se stal nezbytným naprosto nový přístup k problematice mazání motocyklových motorů. Bylo dosaženo značných zlepšení ve vývoji konvenčních olejů na minerální bázi, ale navzdory velkému úsilí autorů receptur, oleje nedosahují úrovně ochrany potřebné pro nejnovější vysoce zatěžované motory. Tato omezení způsobuje základní chemické složení těchto produktů. Moderní motory motocyklů vyžadují moderní mazání, tedy posun k technologii syntetických maziv. Někteří výrobci zde profitují ze svého vývoje syntetických olejů pro letectví, kde bylo nutné zavedení těchto moderních kapalin daleko dříve než v mazání motorů silničních vozidel. Proto se v jejich sortimentu můžeme setkat s motocyklovými oleji různých výkonových úrovní – od plně syntetických přes oleje na syntetické bázi, polo-syntetické, k olejům synteticky posíleným. Všechny typy těchto olejů, posílené vhodnými aditivy, vykazují celou řadu vynikajících vlastností. Mají vynikající mazací vlastnosti a dlouhou životnost, proto výborně chrání všechny součástky proti opotřebení, a to navíc při nízkých i vysokých teplotách. V publikacích Cihlář a kol. (2008) i Wilson (1998) se dále uvádí, že během studených startů motoru dochází k nejméně 50 % jeho celkového opotřebení, protože všechny součásti nejsou v této době správně mazány. Při každém odstavení motoru olej samovolně stéká do olejové vany a po několika hodinách jsou mnohé součásti již bez potřebné ochrany. V několika prvních vteřinách po opětovném uvedení motoru do chodu, není ještě dosažen plný průtok oleje všemi mazanými

Teoretická část

35

místy, trpí některé součásti motoru, jako například pístní kroužky, ložiska, vačky a zdvihátka, přímým kontaktem kovových ploch, na kterých dochází k nevratnému poškození povrchu. Také přísady proti opotřebení používané v běžných motorových olejích nedosahují své plné účinnosti, dokud teplota olejového filmu, a tedy celého motoru, není alespoň 50°C až 60°C . Pokud je vozidlo provozováno na krátké vzdálenosti s delšími přestávkami, olej se nestihne zahřát na provozní teplotu a výsledkem je nadměrné opotřebení například rozvodového mechanismu. Mezi hlavní výhody motorových olejů posílených syntetickými estery nebo přísadami na bázi syntetických esterů je skutečnost, že vytvářejí dlouhodobě trvanlivý ochranný film na všech součástech motoru, které jsou takto chráněny od okamžiku startu. Syntetické estery se vlivem opačné elektrické polarity svých molekul doslova přilepí ke kovovým povrchům, a vytvoří tím odolný, dokonale chránicí film, který na nich zůstává i poté, kdy je motor mimo provoz a olej není dopravován na mazaná místa. Oleje se syntetickými estery významně snižují opotřebení motoru při startu a poskytují vynikající ochranu motoru v celém rozsahu provozních teplot.

2.5

Mazání pístového spalovacího motoru

Jelikož se dále v práci zabývám olejem odebraným ze čtyřdobého spalovacího motoru motocyklu, nebudu se věnovat dvoudobým motorům, kde se používá zcela odlišný typ oleje. V publikaci (Vlk, 2003) je uvedeno, že hlavní funkcí mazací soustavy je vytvořit tenký olejový film na třecích plochách tak, aby se relativní pohyb součástí uskutečnil jako kapalinné (hydraulické) tření. Výsledkem je snížení míry opotřebení součástí. Míra tření je tak převáděna z polosuchého tření na tření kapalinné. Tím je dosaženo nejmenšího odporu proti pohybu součásti. Sekundárním úkolem mazání je odvádět teplo. Olej tak ochlazuje nejvíce tepelně namáhané součásti (např. píst) a vymezuje provozní vůle součástí. Dalším úkolem mazání je chránit motor před korozí, odvádět nečistoty a zvyšovat těsnost pístní skupiny motoru. Jako ostatní součásti motoru prošlo i mazání motoru vlastním vývojem. Od mazání rozstřikem až k současnému tlakovému mazacímu systému. Vlk (2003) rozlišuje následující systémy mazání:  Mazání mastnou směsí (dvoudobé motory), kdy je mazací olej smíchán ve stanoveném poměru s palivem (1:25 až 1:1000).

Teoretická část

36

 Mazání čerstvým olejem (ztrátové).  Tlakové oběžné mazání, kde je olej pod tlakem od olejového čerpadla přiveden k mazanému místu, navíc pomocí rozstřiku oleje jsou mazány další součásti motoru. Zvláštním druhem tlakového oběžného mazání je mazání se suchou skříní. Mezi nejdůležitější části motoru, které musí být prostřednictvím mazací soustavy dostatečně zásobována olejem, patří ložiska klikové skříně, ojniční ložiska, zdvihátka, ložiska vačkového hřídele, vačky, ventilové páky a vahadla, rozvodový řetěz s napínákem, pracovní plochy válců a pohon příslušenství. V publikaci (Vlk, 2003) se uvádí, že u dnešních vozidlových motorů se používá výhradně tlakové oběžné mazání, které je dnes také nejčastějším mazacím systémem.. Sítem a filtrem vyčištěný olej je vytlačován potrubím k mazacím místům. Vlk (2003) rozlišuje dva způsoby tlakového mazání podle umístění zásoby oleje:  Mazání s mokrou skříní Mazání s mokrou skříní (mazání z klikové skříně) je obvyklým způsobem mazání automobilových spalovacích motorů. Olejovou nádrž tvoří spodní víko motoru (olejová vana), kde se olej shromažďuje a chladí. Odtud je olej přes hrubý čistič oleje nasáván olejovým čerpadlem do soustavy mazání motoru, tedy do vedení oleje a do mazacích kanálků. V oběhovém systému se používají další čističe a někdy také chladiče oleje.  Mazání se suchou skříní. Mazání se suchou skříní (mazání z oddělené olejové nádrže), jak popisuje Vlk (2003), se nejvíce používá u motorů pro terénní vozidla, sportovní vozidla, traktory a motocykly. Zásoba oleje je mimo spodní víko motoru v samostatné nádrži, viz Obrázek 4. Tato olejová nádrž je umístěna přímo na spodním víku nebo je mimo motor, uložena v rámu vozidla (např. u motocyklu Yamaha XT) nebo i v zadní kyvné vidlici (např. u motocyklů značky Buell). Olejové čerpadlo je pak dvoustupňové (např. viz níže Obrázek 6). První stupeň odsává olej ze spodního víka (vany) motoru do olejové nádrže. Druhý stupeň je tlakové čerpadlo pro mazací soustavu. Výhodou mazání se suchou klikovou skříní je uspořádání zásobní nádrže, která zajišťuje spolehlivé mazání všech míst také při extrémním náklonu vozidla.

Teoretická část

Obr. 4 Zdroj:

37

Princip mazání se suchou skříní Servisní manuál BMW F 650 GS.

1 – tlakové čerpadlo, 2 – olejová nádrž, 3 olejový zpětný ventil, 4 – olejový filtr, 5 – regulační ventil, 6 – nízkotlaké vedení oleje k převodovce, 7 - nízkotlaké vedení oleje ke spojce, 8 – vysokotlaké vedení k ložiskům klikového hřídele, 9 - vysokotlaké vedení k ložiskům ojnice, 10 - vysokotlaké vedení k ložiskům vačkového hřídele, 11 – napínací mechanizmus rozvodového řetězu, 12 – stříkací tryska (píst), 13 – olejová vana, 14 – sací čerpadlo

Teoretická část

2.5.1

38

Olejová čerpadla

Olejová čerpadla jsou podle Vlka (2003) u motorů s rozvodem OHV10 nejčastěji poháněna od hřídele rozdělovače, který je v poměru 1:1 poháněn od vačkové hřídele. U motorů s rozvodem OHC11., resp. DOHC12., zajišťuje pohon olejového čerpadla zpravidla ozubený řemen nebo řetěz, případně je pohon proveden ozubeným soukolím přímo od klikového hřídele. Vlk (2003) dále uvádí, že u vozidlových motorů se používají tato olejová čerpadla:  Zubová Zubové čerpadlo se skládá ze skříně, v jejíž dutině jsou uložena dvě stejná ozubená kola, která jsou společně v záběru. Hnací kolo je spojeno s hnacím hřídelem, hnané kolo je uloženo otočně na čepu. Při otáčení kol vzniká za místem záběru mezi rozestupujícími se zuby podtlak. Olej se nasává do mezer mezi zuby a po obvodě kol je dopravován na výtlačnou stranu. V tomto místě jdou zuby opět do záběru, objem mezer mezi zuby se zmenšuje, a olej je tak vytlačován do výtlačného potrubí.  Srpkovitá (s vnitřním ozubením) Čerpadlo s vnitřním ozubením je modernější varianta zubového čerpadla. Menší vnitřní kolo s vnějším ozubením je většinou umístěno přímo na klikovém hřídeli. Vnější kolo s vnitřním ozubením je vzhledem k vnitřnímu kolu umístěno excentricky. Vzniká tak sací prostor a tlakový prostor, přičemž tyto prostory jsou vzájemně odděleny tělesem ve tvaru srpku. Olej se přepravuje v zubových mezerách podél horní strany a podél dolní strany srpku. Výhodou srpkových čerpadel je vyšší přepravní výkon, především při nízkých otáčkách motoru. Odpadá zvláštní pohon čerpadla od klikového hřídele, což zjednodušuje konstrukci.

10

OHV = overhead valves – visuté ventily jsou v hlavě válců, vačkový hřídel je uložen v klikové skří-

ni. (Vlk, 2003) . 11

OHC = overhead camshaft – vačkový hřídel a visuté ventily jsou umístěny v hlavě válců. (Vlk,

2003) 12

DOHC = double overhead camshaft – ventilový rozvod se dvěma vačkovými hřídeli v hlavě válců.

(Vlk, 2003)

Teoretická část

39

 Rotační s vnějším a vnitřním rotorem. Trochoidní čerpadlo (Obrázek 5) je objemové čerpadlo s vnějším rotorem s vnitřním ozubením a vnitřním rotorem s vnějším ozubením (tvar křivek boků zubů je trochoidní). Oba rotory mají malý počet zubů, přičemž vnitřní rotor má o jeden zub méně než vnější rotor a je spojen s hnacím hřídelem, obvykle klikovým hřídelem motoru. Ozubení vnitřního rotoru je tvarováno tak, že se každý zub dotýká vnějšího rotoru a úplně utěsňuje vznikající prostory. Při otáčení rotorů se na sací straně pracovní prostory uzavřené zuby postupně zvětšují, čerpadlo tak nasává. Na výtlačné straně se odpovídajícím způsobem prostory zmenšují a olej je vytlačován do výtlačného vedení. Protože se olej současně přepravuje do výtlačného vedení z několika komor čerpadla, trochoidní rotační čerpadlo pracuje rovnoměrněji, než čerpadlo zubové.

Obr. 5 Zdroj:

Eatonovo trochoidní objemové čerpadlo: čtyři pracovní polohy Vlk (2003).

Teoretická část

Obr. 6 Zdroj:

Trochoidní čerpadla motocyklu BMW F650 GS Servisní manuál BMW F 650 GS.

2.5.2

Čističe oleje

40

Čističe neboli filtry oleje mají za úkol odstranit z mazacího oleje nečistoty, které se do něj dostanou během provozu motoru. Podle Braesse a Seifferta (2001) se převážně jedná o:  mechanické částice vzniklé otěrem mazaných součástí,  zbytky spáleného paliva,  zbytkový spálený olej,  prachové částice nasáté do motoru během provozu. Čističe (filtry) oleje můžeme rozdělit na dva základní typy:

 Plnoprůtokové (hlavní) čističe jsou podle Braesse a Seifferta (2001) vysoce účinné, jelikož filtrací prochází všechen olej a je tak zachycováno velké množství nečistot. Olej je tak vyčištěn během jednoho průtoku soustavou. V tělese čističe je obtokový (pojistný) ventil, který v případě neprůchodnosti čističe zajistí průtok nevyčištěného oleje k mazaným místům. Tyto čističe jsou konstruovány jako jednoúčelové a po použití se vymění za nové.

Teoretická část

41

 Obtokové (vedlejší) čističe pracují podle Braesse a Seifferta (2001) tak, že tlakový olej, který je vtlačován do mazacího systému, prochází částečně přes olejový čistič (asi 5 až 10 %) a část proudí přímo k mazaným místům motoru. Obtokový čistič je připojen paralelně na hlavní olejový kanál. Vyčištěný olej odtéká z čističe do spodního víka motoru (olejové vany), k mazaným místům proudí nevyčištěný olej. Výhodou těchto čističů je vyšší čisticí schopnost, neprůchodný čistič neblokuje průtok oleje k mazaným místům. Používá se také kombinace obou druhů čističů oleje, pak je olej čištěn rychle a dokonale. Podle konstrukce a způsobu odstranění nečistot z mazacího oleje rozděluje Vlk (2003) čističe na tyto základní druhy:  s papírovou čisticí vložkou,  odstředivé (cyklónové),  štěrbinové. U motocyklů se nejčastěji používá čističe oleje s papírovou příp. textilní vložkou. Plšek (2010) uvádí, že filtrační vložka má schopnost zachycovat velmi jemné mechanické částice nečistot, a to již od velikosti 5 μm. Tyto čističe se používají jako obtokové i jako plnoprůtokové. Obtokové čističe jsou většinou rozebíratelné (Obrázek 7) a vyměňuje se tak pouze čistící vložka. Plnoprůtokové čističe oleje jsou nerozebíratelné, těleso čističe a vložka jsou navzájem pevně spojeny a při údržbě se vyměňují jako jeden celek.

Obr. 7 Zdroj:

Obtokový rozebíratelný čistič motorového oleje Vlk (2003).

1 – těleso čističe, 2 – pružná miska, 3 – čisticí vložka, 4 – pružina, 5 – přítlačný talířek, 6 – membrána, 7 – kroužek, 8 – víko čističe, 9 – podložka, 10 – šroub, 11 – těsnění

Materiál a metody

42

3 Materiál a metody Tato kapitola obsahuje přehled měřicích zařízení, kterých bylo využito při analýze motorového oleje motocyklu. Dále je zde popsán postup odběru upotřebeného motorového oleje a samotný popis motocyklu BMW F650 GS, ze kterého byl upotřebený olej odebírán.

3.1

Testovaný motocykl

Motorový olej pro analýzu jeho degradace byl odebírán z motocyklu BMW F 650 GS Dakar. Tento motocykl je v mém vlastnictví a všechny kilometry po dobu odběru vzorků oleje jsem absolvoval jako jeho řidič. Tento model motocyklu byl uveden v roce 2000, výrobní závod sídlí v německém Berlíně. Motocykl je vybaven jednoválcovým motorem Rotax o objemu 650 cm³, který byl vyvinut speciálně pro tento model, nechybí elektronické vstřikování paliva. Zajímavostí tohoto modelu motocyklu je netradičně umístěná palivová nádrž pod sedlem. Tato varianta umístění nádrže snižuje těžiště motocyklu, což má příznivý vliv na jeho ovladatelnost. V místě očekávané palivové nádrže, tedy mezi sedlem a řídítky, se nachází baterie, sání motoru a olejová nádrž. Varianta označení Dakar je pouze modifikací podvozku, motocykl disponuje většími zdvihy tlumičů a předním větším (21palcovým) kolem. Motocykl byl po celý rok provozován běžným obvyklým způsobem, cca 40% celkové ujeté vzdálenosti tvořila jízda se spolujezdcem. Motocykl absolvoval jak krátké vzdálenosti a provoz ve městě, tak i delší dálniční přesuny. Technické parametry:  Celková délka: 2 189 mm  Rozvor: 1484 mm  Provozní hmotnost: 193 kg  Rám: dvojitý ocelový  Typ motoru: kapalinou chlazený 4 - ventilový jednoválec  Objem: 652 cm³  Vrtání x zdvih: 100 x 83 mm

Materiál a metody

43

 Rozvod: DOHC  Výkon: 37kW @ 6500 ot./min  Krouticí moment: 60 Nm @ 5000 ot./min  Mazání: mazání se suchou skříní  Olejová náplň: 2,3 l  Převodovka: 5 stupňová, sekundární převod řetězem  Brzdy: přední - 1 kotouč 300 mm, 2 pístky, zadní - 1 kotouč 240 mm  Druh kol: jednoduchá drátová  Pneumatiky: Přední 90/90 – R21, zadní 130/80 - R17  Nejvyšší rychlost: 170 km/h Testovaný motocykl byl vyroben v roce 2002, v mém vlastnictví je od roku 2012. Tachometr motocyklu v době výměny olejové náplně a počátku odběru vzorků vykazoval stav 22 860 km, jeho technický stav odpovídal této hodnotě ujeté vzdálenosti a kilometry považuji za skutečné.

Obr. 8

BMW F 650 GS Dakar

Materiál a metody

44

Motocykl BMW F 650 GS (Dakar) je často vyhledávanou volbou v segmentu malých cestovních enduro motocyklů. Mezi své největší výhody řadí nízkou spotřebu paliva, univerzálnost, dobrou ovladatelnost, technickou životnost a relativně nízkou pořizovací cenu vzhledem ke značce BMW.

3.2

Zkoušený motorový olej

Pro potřeby měření byl použit motorový olej Castrol Po er 1 4T 10W-40. Jedná se o základní produkt firmy Castrol v oblasti motorových olejů pro motocykly. Výrobce ( .castrol.com) uvádí: „Castrol Power 1 4T 10W-40 je moderní olej výjimečné kvality vyvinutý pro moderní čtyřdobé motory. Jeho složení Power Protection Formula je speciálně vyvinuto k ochraně motoru Vašeho motocyklu před usazeninami, jež snižují jeho výkon. Castrol Power 1 4T 10W-40 obsahuje také Trizone Technology™ zajišťující optimální ochranu motoru, spojky a převodovky.“ Olej Castrol Po er 1 je velice dostupný motocyklový olej, s přijatelnou prodejní cenou, u majitelů motocyklů se tak stává velmi vyhledávanou volbou motocyklového oleje. Tento olej byl odebírán z výše uvedeného motocyklu BMW F650 GS Dakar. Celkem bylo použito 6 vzorků oleje, první vzorek reprezentuje nový, nepoužitý olej. Hodnoty kinematické viskozity i hustoty nového oleje jsou uvedené v Tabulce 7. Tab. 7

Zkoumaný motorový olej

označení oleje

výkonnostní třída

viskozitní třída

Castrol Power1

JASO MA-2, API SJ

10W40

3.2.1

kinematická viskozita [mm2/s-1] 90,08

hustota [kg/m3] 863,2

Odběr vzorku oleje

Z hlediska korektnosti měření je žádoucí, aby každý odebraný vzorek představovat průměrné složení používaného maziva ve stroji. Všechny vzorky jsem odebíral osobně s důrazem na zachování stejného technologického postupu. Základní postup, podle kterého byl odebírán motorový olej:  olej byl odebírán krátce po odstavení motoru, kdy se teplota motorového oleje snížila na 70°C (provozní teplota oleje dle teploměru na motocyklu se pohybuje v rozmezí 80°C - 100°C),

Materiál a metody

45

 odsávání oleje bylo prováděno pomocí plastové odsávací (injekční) stříkačky o velikosti 20ml, která byla vždy až po její konec vložena do otvoru pro nalévání oleje (olejového chladiče)  odebrané vzorky se plnily do nových plastových vzorkovnic o objemu 15 ml,  bylo provedeno 5 odběrů upotřebeného oleje, při každém odběru bylo odsáto 15 ml motorového oleje,  aby se do vzorku nedostaly nežádoucí příměsi a nečistoty, byl každý vzorek odebrán pomoví nové injekční stříkačky.

Obr. 9

BMW F 650 GS Dakar, olejová nádrž s teploměrem

Nová náplň (výměna) oleje v motocyklu byla provedena v březnu roku 2013. Následně, po ujetí asi 50km za účelem zahřátí oleje a také jeho promísení se zbytky oleje předcházející náplně, byl odebrán druhý vzorek oleje (první vzorek representuje nový olej). Servisní manuál motocyklu předepisuje výměnu motorového oleje po 6000 km. Interval odběru motorového oleje byl stanoven po ujetí 1500 km. Použitý motorový olej byl tedy dále odebrán po ujetí 1500 km, 3000 km, 4500 km a 6000 km od výměny nového motorového oleje. Poslední vzorek oleje byl odebrán v lednu roku 2014. Za celou dobu provozu motocyklu nebylo potřeba dolévat nový motorový olej, hladina oleje se dle kontrolního otvoru v olejové nádrži snížila z maximální hodnoty do poloviny mezi stanovené hodnoty min a max.

Materiál a metody

3.3

46

Měřicí přístroje

Pro analýzu motorového oleje byly použity tyto měřicí přístroje. Pro zjištění měrné hmotnosti (hustoty) oleje byl použít přenosný digitální hustoměr Densito 30 PX od firmy Mettler Toledo. Dynamická viskozita oleje byla stanovena pomocí rotačního viskozimetr Anton Paar DV-3P a zjišťování chemického složení olejů bylo prováděno na přístroji Spectroil Q100. 3.3.1

Digitální hustoměr

Měrná hmotnost byla měřena pomocí přenosného digitálního hustoměru Densito 30 PX od společnosti Mettler Toledo. Tento hustoměr disponuje speciální stupnicí pro měření ropných produktů. Díky přenosnému hustoměru je možné během krátké doby zjistit hustotu vzorku. Přístroj používá metodu oscilující trubice v kombinaci s přesným měřením teploty. Vzorkovací hadička se ponoří do vzorku a po nasátí se automaticky spustí měření a výsledek je po krátkém čase zobrazen na displeji. Přístroj má automatickou teplotní kompenzaci nebo 10 teplotních kompenzačních koeficientů. Do interní paměti je možné uložit až 1100 výsledků vzorků a přenést export do osobního počítače. Densito 30 PX je dodáván v kufříku s kompletním vybavením. Technické parametry použitého přístroje Densito 30 PX:  Měřící rozsah hustoty: 0 až 2 g∙cm-3  Měřící rozsah teploty: 0 až + 40 °C  Rozlišení: 0,0001 g∙cm-3,  Přesnost: 0,001 g∙cm-3  Identifikace vzorku: datum, čas a identifikace vzorku

Materiál a metody

Obr. 10 Zdroj:

Digitální hustoměr Densito 30 PX http://cs.mt.com 04/2014.

3.3.2

Rotační viskozimetr

47

Měření viskozity motorového oleje probíhalo na rotačním viskozimetru Anton Paar DV–3P, který měří krouticí moment rotujícího vřetena ponořeného do vzorku. Na Obrázku 11 je fotografie použitého rotačního viskozimetru propojeného s osobním počítačem. Tento viskozimetr pracuje na principu měření kroutící síly, která je nutná k překonání odporu u rotujícího válce nebo disku ponořeného v měřeném materiálu. Rotující válec (vřeteno) jsou propojeny přes pružinu s hřídelí motoru, který se točí definovanou rychlostí. Úhel pootočení hřídele je elektronicky měřen a poskytuje přesnou informaci o poloze hřídele, tedy i vřetene. Z měřených hodnot je na základě interních výpočtů přímo zobrazena hodnota kinematické viskozity v mPa.s. V případě kapalin konstantní viskozity odpor vůči pohybu roste s velikostí vřetena. Rozsah měření pro stanovení reologických vlastností materiálu může být přizpůsoben zvolením vhodné kombinace vřetene a jeho rychlosti otáčení. Pro získání relevantních výsledků měření je nezbytné znát nejdůležitější reologické vlastnosti vzorku. Je třeba vyhodnotit, o jaký typ materiálu se jedná a správně jej klasifikovat.

Materiál a metody

Obr. 11 Zdroj:

Rotační viskozimetr Anton Paar DV-3P Severa (2008)

Technické údaje viskozimetru Anton Paar DV-3P: Rozsahy měření pro standardní vřetena:  DV–3P L: 15*) do 2 000 000 mPa.s = 15 **) do 2 000 000 mPa.s  DV–3P R: 100 *) do 13 000 000 mPa.s = 100 **) do 13 000 000 mPa.s  DV–3P H: 0,16 **) do 106 000 mPa.s = 1,6 *) do 1 060 000 mPa.s *) omezeno vlivem turbulence, **) pro měření odpovídající 10 % plného rozsahu

Rozlišení:  Pro adaptér „nízká viskozita“: 0,01  Viskozita < 10 000 mPa·s: 0,1  Viskozita > 10 000 mPa·s: 1

Přesnost:  ±1 % z plného rozsahu

Opakovatelnost:  ±0,2 % z plného rozsahu

Hodnoty momentu (plné zatížení):  DV–3P L: 0,07 mN·m  DV–3P R: 0,7 mN·m  DV–3P H: 5,8 mN·m

48

Materiál a metody

49

Teplota místnosti:  10 – 35 °C

Vlhkost:  max. 80 % RH do 31 °C  max. 50 % RH do 40 °C

Teplotní senzor Pt 100:  Rozsah: –10 °C až 150 °C  Rozlišení: 0,1 °C  Přesnost: ±0,25 °C  Opakovatelnost: ±0,1 °C

Výstupy:  RS 232  Zapisovač 1 kanál  0 V do 5 V DC vstup  přesnost nejméně 1 % z plného rozsahu

Materiál vřeten:  AISI 316 nerez ocel

K měření dynamické viskozity byl použit adaptér pro měření malých vzorků a vřeteno s označením TR8. Na rotačním viskozimetru se nejdříve nastavila předem změřená hustota vzorku testovaného motorového oleje. Otáčky vřetena se nastavily na 100 ot/min, vzorkovací frekvence byla nastavena na hodnotu 2 s. Do adaptéru pro měření malých vzorků byla vkládána kyveta s 15 ml vzorku motorového oleje. Teplota vzorku byla udržována na 40 °C, což je, dle ISO 8217:2012, standardizovaná referenční teplota pro předestilované ropné kapaliny. Po umístění kyvety do měřícího prostoru rotačního viskozimetru a vložení měřícího vřetene se spustilo měření dynamické viskozity. Z měřených hodnot byla na základě interních výpočtů přímo zobrazena hodnota dynamické viskozity v jednotkách [mPa∙s]. Hodnoty kinematické viskozity byly vypočítány z naměřených hodnot hustoty a dynamické viskozity měřeného vzorku. Vzorec pro tento výpočet je uveden kapitole 2.1.1.

Materiál a metody

3.3.3

50

Atomový emisní spektrometr

Pro zjištění chemického složení olejů byla použita atomová emisní spektrografie na přístroji Spectroil Q100, což je kompletně polovodičový spektrometr, specificky navržen pro analýzu olejových vzorků. Přístroj měří stopové obsahy prvků rozpuštěných nebo nanesených jako jemné částice v minerálních nebo syntetických výrobcích na bázi ropy za použití dlouhodobě ověřené a spolehlivé techniky s rotační diskovou elektrodou. Přístroj splňuje požadavky standardní metody ASTM D6595 pro stanovení otěrových kovů a kontaminantů použitých v mazacích olejích nebo hydraulických směsích.

Obr. 12 Zdroj:

Měřicí přístroj Spectroil Q100) http://www.spectro.cz/ (04/2014)

Výsledky, diskuze

51

4 Výsledky, diskuze V této kapitole jsou popsány výsledky jednotlivých měření. Hodnoty měření jsou uvedeny v tabulkách, a jsou k nim přiřazeny i výsledné grafy. Součástí této kapitoly je i diskuze u jednotlivých výsledků.

4.1

Hustota oleje

U všech vzorků motorového oleje bylo jako první provedeno měření hustoty. Naměřené hodnoty nám můžou napovědět o míře znečištění oleje. Vzrůstající hustota může mít příčinu ve zvyšování množství otěrových částic, případně nečistot, které se dostanou do spalovacího prostoru a oleje přes vzduchový filtr. Naměřené hodnoty hustoty jednotlivých vzorků motocyklového oleje jsou uvedeny v následující Tabulce 8. Tab. 8

Naměřená hustota motocyklového oleje

stav tachometru [km] 22860 22910 24360 25860 27360 28860

interval [km] 0 50 1450 1500 1500 1500

nájezd [km] 0 50 1500 3000 4500 6000

hustota, [g.cm-3] 0,8632 0,8620 0,8616 0,8612 0,8609 0,8605

Výsledky, diskuze

Obr. 13

52

Graf naměřené hustoty motorového oleje

Dle grafu na Obrázku 13 je vidět klesající tendence hustoty během celého intervalu výměny motorového oleje. Je třeba říct, že hustotu oleje si volí každý výrobce individuálně. Hustota motorového oleje nemá (např. ve srovnání s viskozitou) až tak velký význam pro provoz motoru a jeho součástí. Toto tvrzení je uvedeno v literatuře (Cerha, 2010) a (Janáčová, 2011). Z grafu je také vidět skokový pokles hustoty mezi novým olejem a vzorkem oleje po nájezdu 50km. Tento jev je dán skutečností, že při výměně oleje z motorového prostoru nikdy nevyteče všechen starý olej. Literatura (Černý a Mašek, 2010) uvádí, že po vypuštění upotřebeného motorového oleje zůstává v motorovém prostoru až 10 % oleje původního.

4.2

Viskozita oleje

Pomocí rotačního viskozimetru byla u všech vzorků naměřena hodnota dynamické viskozity. Společně s naměřenou hustotou byl proveden výpočet kinematické viskozity, která patří mezi základní ukazatele k určení stavu motorového oleje. Jednotlivé hodnoty jsou uvedeny v následující Tabulce 9.

Výsledky, diskuze Tab. 9

53

Naměřená viskozita motocyklového oleje

stav tachometru [km] 22860 22910 24360 25860 27360 28860

interval [km] 0 50 1450 1500 1500 1500

na dynamická viskozita hustota, náplň, [mPa.s] [g.cm-3] [km] 0 77,76 0,8632 50 76,36 0,8620 1500 66,48 0,8616 3000 63,39 0,8612 4500 58,99 0,8609 6000 57,29 0,8605

kinematická viskozita, [mm2.s-1] 90,083 88,585 77,159 73,607 68,521 66,578

Publikace (Helebrant, 2001), uvádí, že při bezporuchovém provozu maziva ve strojním zařízení, viskozita může klesat například z důvodu proniknutí paliva či jiných zřeďujících látek do mazací soustavy. Rostoucí viskozita vzniká zahušťováním oleje nečistotami a oxidačními produkty.

Obr. 14

Kinematická viskozita motocyklového oleje

Výsledky, diskuze

54

V případě zkoumaného oleje došlo k postupnému snižování kinematické viskozity, viz Obrázek 14. Tento jev lze vysvětlit degradací oleje díky tepelnému a mechanickému namáhání. Základový olej tak ztrácí své vlastnosti a také ubývá aditiv obsažených v oleji. Další příčinou snižování viskozity je střihové namáhání, které je v motocyklových pohonných jednotkách výrazně vyšší než u automobilů. Černý (2010) uvádí, že modifikátory střihové stability jsou tzv. polymerní látky, které upravují viskozitu motorových olejů a zvyšují jejich viskozitní index. Měřením se tedy potvrdily předpoklady, že motocyklový olej má viskozitu danou také díky modifikátorům střihové stability, které se provozem snižují a viskozita tak klesá. Příliš nízká viskozita může vést k příliš tenkému mazacímu filmu. Při vyšším zatížení motoru, může dojít i k porušení mazacího filmu a tedy ke zvýšenému opotřebení nebo i zadírání třecích dílů (Černý, 2010).

4.3

Atomová emisní spektrografie

Měření vzorků oleje pomocí atomové emisní spektrografie bylo provedeno za účelem zjištění množství kovů (prvků), v motorovém oleji. Během provozu spalovacího motoru se v motorovém oleji počet částic kovů mění, převážně díky částečnému mechanickému otěru jednotlivých mazaných motorových částí Určitá hladina koncentrace kovů v motorovém oleji je běžná a normální. I při normální a bezproblémové práci motoru dochází ke kontaktu mezi kovovými povrchy, zejména na velmi namáhaných partiích motoru (např. píst ve válci či ventilová zdvihátka). Normální otěrové částice jsou velmi malé a jejich počet není veliký. Při zvýšeném odírání některého dílu motoru dochází ke zvýšenému opotřebení a zvýšení koncentrace konkrétních kovů v oleji. (Černý, 2010) Zjištěné prvky v oleji jsou rozděleny do tří skupin. První hlavní skupinu tvoří tzv. konstrukční (otěrové) kovy, v druhé skupině jsou ostatní kovy a ve třetí části jsou prvky, které tvoří aditiva v oleji. Obsah jednotlivých prvků je uváděn v ppm13 .

13

ppm = "part per milion", tedy jedna miliontina celku.

Výsledky, diskuze Tab. 10

Naměřený obsah hlavních konstrukčních kovů v motocyklovém oleji

stav tachometru [km] 22860 22910 24360 25860 27360 28860

Obr. 15

55

interval [km] 0 50 1450 1500 1500 1500

nájezd [km] 0 50 1500 3000 4500 6000

Al Fe Cu [ppm] [ppm] [ppm] 1,89 0,59 0 2,14 0,74 1,16 5,60 3,90 2,75 9,16 4,98 3,67 11,79 6,42 4,64 14,79 8,90 5,83

Graf růstu obsahu konstrukčních kovů v motocyklovém oleji

Graf na Obr. 15 nám ukazuje vzrůstající hodnoty konstrukčních kovů jednotlivých vzorků odebraného motocyklového oleje. Nejvyšší zastoupení má hliník (Al), dále železo (Fe) a měď (Cu). Lze říci, že hodnoty uvedených kovů se zvyšují téměř lineárně. Autor (Černý, 2008) uvádí, že obsah hliníku v oleji do 35 ppm je pro zážehový motor automobilu normální opotřebení, nebezpečná hodnota je nad 50 ppm.

Výsledky, diskuze

56

Nejvyšší naměřená hodnota u hliníku činila 14,78 ppm, tedy výsledek jistě patřící do kategorie normálních i ve vztahu k motoru motocyklu. Obsah mědi (Cu) i železa (Fe) v oleji lze označit také jako normální, zvýšené hodnoty pro železo jsou 120 – 150 ppm, pro měď 25 – 35 ppm. Hodnoty se opět dle literatury (Černý, 2008) udávají k zážehovému motoru automobilu. Při porovnání s limitními hodnotami obsažených kovů v oleji zážehového automobilu, lze opotřebení a množství kovů obsažených v motocyklovém oleji, označit jako běžné a přípustné. V následující Tabulce 11 jsou uvedeny hodnoty měření dalších prvků zjištěných v motocyklovém oleji. Tab. 11

Naměřený obsah vedlejších kovů v motocyklovém oleji

stav inter tachonáterAg Ba Cd K Mn Na Ni Si Sn Ti chojezd [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] val metru [km] [km] [km] 22860

0

0

0,56

0,52

0,39

0,61

7,29

1,12

1,24

5,39

1,15

2,58

22910

50

50

0,54

0,59

0,53

0,84

7,11

1,46

1,29

4,77

1,61

2,64

24360

1450

1500

0,54

0,66

0,56

1,20

7,36

1,70

1,52

7,88

1,63

2,61

25860

1500

3000

0,53

0,71

0,68

1,10

7,54

1,90

1,46

10,80

1,59

2,68

27360

1500

4500

0,52

0,71

0,65

0,99

7,69

1,97

1,51

13,89

1,98

2,78

28860

1500

6000

0,52

0,84

0,77

1,90

7,90

2,12

1,71

15,76

2,08

2,84

Dalšími kovy, které byly v oleji zjištěny, jsou stříbro (Ag), baryum (Ba), kadmium (Cd), draslík (K), mangan (Mn), sodík (Na), nikl (Ni), cín (Sn), titan (Ti) a křemík (Si), který není konstrukční kov, ale při analýze olejů se zjišťuje (viz kapitola: Otěrové kovy). Všechny prvky byly již obsaženy v novém oleji a s narůstající délkou provozu motocyklu došlo k jejich nepatrnému zvýšení. Na Obrázku 16 a grafu lze vidět, že hodnota křemíku se jako jediná výrazněji zvyšuje.

Výsledky, diskuze

Obr. 16

57

Graf obsahu vedlejších kovů v motocyklovém oleji.

Křemík se do motorového oleje dostává ze vzduchu, je totiž hlavní součástí prachových částic. Literatura (Černý, 2008) uvádí, že normální stav křemíku v oleji je do limitu 25 ppm. Množství nad tuto hodnotu je označováno jako nebezpečné. Tento limit nebyl překročen a lze tedy říci, že množství křemíku je v normě. Všechny ostatní naměřené hodnoty jednotlivých prvků prokázaly nepatrný růst, změna hodnoty je však zanedbatelná ve smyslu znečištění oleje. V následující Tabulce 12 jsou uvedeny naměřené hodnoty bóru (B) a molybdenu (Mo). Oba tyto prvky patří do skupiny aditiv a jejich hodnota se ve vzorcích s rostoucí nájezdem kilometrů dle Obrázku 17 snižuje.

Výsledky, diskuze Tab. 12

58

Naměřený obsah aditivačních prvků v motocyklovém oleji

stav tachometru [km] 22860 22910 24360 25860 27360 28860

Obr. 17

interval [km] 0 50 1450 1500 1500 1500

nájezd [km] 0 50 1500 3000 4500 6000

Graf obsahu aditivačních prvků v motocyklovém oleji.

B [ppm] 37,76 32,58 30,91 29,70 28,95 28,57

Mo [ppm] 45,68 39,12 37,42 34,79 34,75 34,12

Závěr

59

5 Závěr Primární úloha motorového oleje je především mazání a čištění spalovacích motorů. Olej dále chrání motory před korozí, zdokonaluje těsnění a odvádí teplo od jednotlivých částí a prvků motoru. Tato práce pojednává o analýze motocyklového oleje a určení míry jeho degradace. Celkem bylo analyzováno 6 vzorků oleje Castrol Power 1 4T 10W-40, který je běžně dostupným a také díky přijatelné ceně vyhledávaným motorovým olejem. První vzorek tvořil nový olej, dalších 5 vzorků již bylo odebíráno z olejové nádrže motocyklu. Testovaný motocykl byl BMW F 650 GS Dakar, vyroben v roce 2002. U odebraných vzorků motocyklového oleje byla k určení míry degradace měřena hustota, stanovena kinematická viskozita a pomocí atomové emisní spektrografie bylo určeno zastoupení jednotlivých kovů v oleji. Díky postupně odebraným vzorkům oleje bylo možné sestavit příslušné grafy a názorně tak sledovat trendy jednotlivých měřených veličin. Hustota oleje byla měřena digitálním hustoměrem. Naměřené hodnoty hustoty nám již mohly napovědět o míře znečištění oleje. Vzrůstající hustota může mít příčinu ve zvyšování množství otěrových částic, případně nečistot, které se dostanou do spalovacího prostoru a oleje přes vzduchový filtr. Hustota odebraných vzorků olejů měla lineární klesající tendenci. Rozdíl hodnoty hustoty mezi novým olejem a posledním vzorkem odebraného oleje činil 0,3 %. Naměřené hodnoty hustoty sloužily také pro výpočet kinematické viskozity. Rotačním viskozimetrem byla naměřena u každého vzorku oleje jeho dynamická viskozita, ze které byla dále dopočítána viskozita kinematická. Kinematická viskozita vzorků daného oleje postupně klesala. Tento jev je způsoben díky tepelnému a mechanickému namáhání, kterému je olej vystaven ve spalovacím motoru. Druhou příčinou snižování viskozity je tzv. střihová stabilita modifikátorů viskozity (SSI – Sheer Stability Index), tedy odolnost oleje proti mechanickému rozštěpení viskozitních přísad. Tato vlastnost je nezbytná pro spolehlivou funkci motocyklové převodovky, která je mazána motorovým olejem. Střihové namáhání je proto v motocyklových pohonných jednotkách výrazně vyšší než u automobilů. Pro zjištění chemického složení olejů byla použita atomová emisní spektrografie. Výsledky ukázaly malý nárůst otěrových kovů. Hlavní konstrukční kovy jako hliník, železo a měď vykazovaly po dobu odběru oleje lineární růst. Hodnoty na

Závěr

60

konci servisního intervalu u všech kovů lze označit za normální. Za zmínku stojí nárůst křemíku v oleji, který indikuje prachové částice v oleji a tedy špatný stav vzduchového filtru. Křemíkové částice jsou v oleji nežádoucím abrasivem třecích povrchů. Měřením se dokázala postupná degradace motorového oleje. Znečištění oleje otěrovými kovy bylo u motocyklového oleje v běžné míře opotřebení. Prokázal se úbytek aditiv v oleji a nárůst hlavních konstrukčních kovů. Pokles za dobu servisního intervalu výměny oleje byl zaznamenán u jeho viskozity. Pokles kinematické viskozity posledního vzorku oleje od nového činil 35 %. Příliš nízká viskozita, může vést k příliš tenkému mazacímu filmu. Důsledkem potom při vyšším zatížení může být i porušení mazacího filmu a postupnému zvýšenému opotřebení, v krajním případě i zadírání třecích dílů. Je zřejmé, že motocyklový olej na konci servisního výměnného intervalu (předepsaného výrobcem motocyklu) nemá své mazací vlastnosti jako v případě nového motocyklového oleje. Je tedy nadbytečné průběžně zkoumat stav oleje, za účelem prodlužovaní servisního výměnného intervalu. Ověřovat dané parametry by mělo smysl jen za účelem, aby se zjistilo, v jakém stavu je zkoumaný motor, jestli pracuje správně, případně jestli nevykazuje zvýšenou míru opotřebení. Na základě zjištěných údajů je možné konstatovat, že není nutná kontinuální kontrola motorového oleje v rámci jednoho servisního intervalu. Při dodržování servisních výměnných intervalů, by při správné činnosti motoru a jeho použití, mělo docházet k běžnému znehodnocení a opotřebení motorového oleje. Z technickoekonomického hlediska je vhodnější volbou provést servisní výměnu oleje olejem cenově dostupným a případně i výměnu zkrátit, než spoléhat na delší servisní interval výměny s dražším motorovým olejem.

Literatura

61

6 Literatura BRAESS H., SEIFFERT U., 2001: Kraftfahrzeugtechnik – Vieweg Handbuch. Vieweg Verlag, Braunschweig/Wiesbaden, 707 s. BROŽ P., 2014: Hodnocení motocyklových olejů dle JASO [on-line], [cit. 2014-4-22]. Dostupné na WWW: . CIHLÁŘ P., ROLLINGER M., MACHÁT L., 2008. Motocykly. Integrovaná střední škola automobilní, Brno, 283 s. CERHA J., 2010: Hydraulické a pneumatické mechanismy I. Technická univerzita v Liberci, Liberec, 317 s. ČERNÝ, J., 2006: HTHS viskozita a lehkoběžné oleje, Vlastnosti motorových olejů. [on-line], [cit. 2014-3-19]. Dostupné na: . ČERNÝ J., 2012: Detergenty a disperzanty, Vlastnosti motorových olejů. [on-line], [cit. 2014-3-22]. Dostupné na: . ČERNÝ, J., 2009: Kdyţ se řekne: základové oleje. Vlastnosti motorových olejů. [online], [cit. 2014-2-11]. Dostupné na: . ČERNÝ, J., 2008: Otěrové kovy, Vlastnosti motorových olejů. [on-line], [cit. 2014-4-10]. Dostupné na: . ČERNÝ, J., 2006: Viskozita, Vlastnosti motorových olejů. [on-line], [cit. 2014-3-14]. Dostupné na: .

Literatura

62

ČERNÝ J., MAŠEK P, 2010: Změna kvality nových náplní motorového oleje. Paliva, 2, (1), s. 1–3. GRODA, B., VÍTĚZ, T. Mechanika tekutin I. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2009, 211 s. ISBN 978-80-7375-2835. HELEBRANT, F., ZIEGLER, J., MARASOVÁ, D. Technická diagnostika a spolehlivost I – TRIBODIAGNOSTIKA. 1. vyd. Ostrava: VŠB – Technická univerzita, 2001, 158 s. ISBN: 80-7078-883-6. JANÁČOVÁ D., 2011: Procesní inženýrství: transportní, fyzikální a termodynamická data. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Zlín, 93 s. METTLER TOLEDO.CZ, 2014: Densito 30PX.[on-line], [cit. 2014-24-03]. Dostupné na: . MUSTAFA M. A., 2012: Synthesis and Characterization of Total Base Number for Engine Oil. Lambert Academic Publishing, Saarbrücken, 90 s. PIRKL S., 2011: Základy reologie a reometrie kapalin. Databáze online [cit. 2011-1119]. Dostupné na: . PLŠEK B., 2010: Opravujeme automobil: poškozený vodou, deštěm, povodněmi. Computer Press, Brno, 128 s. Reparaturanleitung. München: BMW AG Sparte Motorrad, 1999. 307 s. SEVERA, L. Tixotropní chování vybraných druhů potravin [habilitační práce]. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2008. 113 s. SPECTRO.CZ, 2014: Spectroil Q100 – Spektometr pro analýzu olejů. [on-line], [cit. 2014-24-03]. Dostupné na: . TRIBOTECHNIKA.CZ, 2014: Klasifikace olejů. [on-line], [cit. 2014-4-10]. Dostupné na WWW: < http://www.tribotechnika.cz/zajimavosti>.

Literatura

63

VLK F., 2003: Vozidlové spalovací motory. Prof. Ing. František Vlk, DrSc., Brno, 580 s. VLK F., 2006: Paliva a maziva motorových vozidel, Prof. Ing. František Vlk, DrSc., Brno, 376 s. WILSON H., 1998: Údržba a opravy motocyklů a skútrů: [praktický návod pro údržbu a drobné opravy motocyklů]. Kopp, České Budějovice, 110 s. ZEHNÁLEK J., 2005: Chemie, paliva, maziva. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, Brno, 176 s.

Seznam obrázků

64

Seznam obrázků Obr. 1

Rotační viskozimetr

13

Obr. 2

Složení motorových olejů

22

Obr. 3

Vznik otěrových částic

25

Obr. 4

Princip mazání se suchou skříní

37

Obr. 5

Eatonovo trochoidní objemové čerpadlo

39

Obr. 6

Trochoidní čerpadla motocyklu BMW F650 GS

40

Obr. 7

Obtokový rozebíratelný čistič motorového oleje

41

Obr. 8

BMW F 650 GS Dakar

43

Obr. 9

BMW F 650 GS Dakar, olejová nádrž s teploměrem

45

Obr. 10

Digitální hustoměr Densito 30 PX

47

Obr. 11

Rotační viskozimetr Anton Paar DV-3P

48

Obr. 12

Měřicí přístroj Spectroil Q100

50

Obr. 13

Graf naměřené hustoty motorového oleje

52

Obr. 14

Kinematická viskozita motocyklového oleje

53

Obr. 15

Graf růstu obsahu konstrukčních kovů v motocyklovém oleji

55

Obr. 16

Graf obsahu vedlejších kovů v motocyklovém oleji.

57

Obr. 17

Graf obsahu aditivačních prvků v motocyklovém oleji.

58

Seznam tabulek

65

Seznam tabulek Tab. 1

Základní druhy opotřebení a jejich charakteristika

17

Tab. 2

Rozdělení základových olejů

21

Tab. 3

Otěrové kovy v motorovém oleji a jejich zdroje.

26

Tab. 4

Viskozitní klasifikace motorových olejů podle SAE 300 SEP 80

27

Tab. 5

Používané výkonnostní třídy podle API

29

Tab. 6

Jaso MA1/MA2

33

Tab. 7

Zkoumaný motorový olej

44

Tab. 8

Naměřená hustota motocyklového oleje

51

Tab. 9

Naměřená viskozita motocyklového oleje

53

Tab. 10

Obsah hlavních konstrukčních kovů v motocyklovém oleji

55

Tab. 11

Naměřený obsah vedlejších kovů v motocyklovém oleji

56

Tab. 12

Naměřený obsah aditivačních prvků v motocyklovém oleji

58