Mazání spalovacích motorů

S vývojem jiných technologií se vyvíjí i spalovací motory. Zvyšují se výkony motorů, rostou otáčku, motory jsou velikostně čím dál víc kompaktnější. Značně se zvyšuje i tepelné zatížení a je tudíž kladen větší a větší nárok na spolehlivé mazání. Vývoje olejů jsou dlouhé a složité procesy. Výrobci automobilů vývoj velmi stěžují i tím, že od motorových olejů vyžadují stále vyšší výkony a navzdory zvyšujícímu se zatížení oleje chtějí prodlužovat i výměnné intervaly. Jak tomu bylo zrhuba v polovině minulého století, kdy se často motorový olej vyměňoval po 2.000-5.000 kilometrech se doba posunula tak, že u některých automobilů výrobci předepisují výměnu až po 30.000 kilometrech. Jedná se o takzvané „Long life“ oleje.

              Požadavků, které musejí motorové oleje splňovat je mnoho. Jsou to především mazání, chlazení, utěsňování, udržování čistoty motoru, antikorózní vlastnosti, přenos sil. Krom těchto vlastností musejí motorové oleje plnit spoustu dalších úkolů. Chránit motor proti opotřebení, snižovat tření mezi pohyblivými částmi motoru, snižovat spotřebu paliva, chránit pístní kroužky, zamezit tvorbě úsad, co nejméně měnit svoje vlastnosti v provozu, nebýt agresivní vůči ostatním materiálům.

Výrazně vývoj stěžují i nároky na nezávadnost vůči životnímu prostředí, nebo skladovatelnost (chemická stabilita), či náklady na jejich výrobu. Samozřejmě oleje po úniku do spalovacího prostoru nesmí poškodit a zanést katalizační zařízení, ani jiné součásti jako například EGR ventil. Vyhovět všem těmto potřebám je velmi složité a během užívání automobilu a v důsledku jeho postupné amortizace, motorové oleje postupně přestávají stačit na stěžující se podmínky, proto je na místě přidat vhodné aditivum, jako podpůrnou složku. 

              Motorový olej musí tvořit mezi stykovými plochami tenkou mazací vrstvu, která tyto plochy od sebe odděluje. Tento jev nazýváme hydrodynamické mazání. Jak si můžeme logicky odvodit, s třením vzniká teplo. Chlazení motoru se nesmí podceňovat. Motor je běžně chlazen dvěma způsoby: Zvenčí a zevnitř. Vnější chlazení je prováděno vzduchem, nebo chladící kapalinou. Vnitřní chlazení zajišťuje motorový olej. Olej se na některých místech zahřívá až na 250°C stéká zpět do olejové vany, kde se ochlazuje na 90 až 150°. Pak s touto teplotou proudí zpět do motoru. U vysoce tepelně zatěžovaných motorů se do oběhu přidá i olejový chladič, nebo výměník tepla, kterým olej protéká a stěny výměníku tepla jsou v přímém kontaktu s chladící kapalinou. Tím se olej chladí efektivněji a motor je lépe chráněn.

              Často slýchávám, a to i od zkušených automechaniků, že u motorových olejů od velkých značek jako je například Shell, Total, Mobil, Q8 a další jsou velké rozdíly v kvalitě a „auto jede úplně jinak“, když použiji například drahý Shell. Je to častý omyl. Rozdílů mezi těmito oleji moc hledat nemůžeme, největší rozdíl je v ceně, tam se platí za značku. Při výběru motorového oleje je nejdůležitější dodržovat doporučenou secifikaci výrobce motoru a klasifikaci maziva. Cenou oleje se rozhodně nelze řídit. Může nastat i situace, že dražší olej poškodí motor, protože splňuje jiné normy doporučené pro jiné, zpravidla novější typy motorů.

Tribotechnika a péče o automobil – Co ano, co naopak ne?

              Při komunikaci se zákazníky a v osobním životě až děsivě často narážím také na názory a trvzení, že motorový olej není potřeba tak často vyměňovat, že je to jen tah olejářských společností, jak vydělat více peněz a že oleje jsou dost kvalitní na to, aby vydrželi velmi dlouhý interval výměny. Spousta lidí se odkazuje na „long-life“ motorové oleje, které jsou předepsané od výrobců vozidel na výměnu až 30 000 kilometrů. Nejdříve chci podotknout, že žádný motorový olej nevydrží věčně a rozhodně není celoživotní náplní automobilu. Co se týče „long-life“ olejů, nedoporučuji ponechávat motorový olej jak výrobce uvádí 30 000 kilometrů, ale výměnu zkrátit zejména v závislosti na režimu provozu.

Motorové oleje jsou sice velmi kvalitní, ale amortizaci podléhají také. Vysoké teploty a změna teplot v motoru, kovové částice uvolněné v důsledku opotřebení motoru, koroze ze vzdušné vlhkosti, a další.

Neexistuje univerzální poučka, kdy přesně se má motorový olej vyměnit, protože to velmi závisí na mnoha okolnostech, jako jsou režim jízdy, vzdálenosti, jestli automobil jezdí spíše krátké, nebo spíše dlouhé trasy, studené starty, v jakých podmínkách automobil jezdí, nebo stojí a na stavu motoru. Osobně doporučuji motorový olej vyměňovat častěji, než je interval udávaný výrobce, zejména u starších vozů je toto velmi důležité.

Historie Tribotechniky

Tribotechnika je jednou z oblastí vědního oboru zvaného Tribologie, což je nauka o procesech tření, opotřebení a mazání.

Tribotechnika je disciplína, která se snaží aplikovat výsledky TRIBOLOGIE do praxe.

Tribotechnika -technika mazání (z řeckého tribos - tření) se zabývá komplexně, praktickým řešením otázek, týkajících se tření, opotřebení a mazání. Za počátek vzniku organizované tribotechniky u nás, lze považovat r. 1957 vznikla odborná sekce TRIBOTECHNIKY při Výzkumného ústavu paliv a maziv (VÚPM), n. p. Benzina v Praze. Odborníci v této oblasti řeší mnoho otázek souvisejících vždy s minimalizací tření mezi povrchy, minimalizací jejich opotřebení a minimalizací spotřeby energií. To vše souvisí s ekonomikou provozu sledovaných zařízení. Tribotechnická praxe zahrnuje spoustu oblastí mezi něž patří např. maziva a jejich testování, výpočty a optimalizace třecích dvojic, způsoby aplikace maziv a mazací zařízení, tribodiagnostika maziv a konstrukčních uzlů, organizace techniky mazání aj.

Tribotechnická diagnostika vozového parku

Tribotechnická diagnostika neboli Tribodiagnostika se obecně zabývá sledováním procesů třecích součástí a mechanizmů z analýz mazacího oleje. Jedná se o bezdemontážní technickou diagnostiku, při které se zjišťují chemickofyzikální vlastnosti použitého maziva a cizí látky vznikající opotřebením v mazivu (kvalitativně i kvantitativně). Upozorňuje na příznaky opotřebení, lokalizuje vznikající poruchy, určuje životnost maziva a optimalizuje intervaly výměn maziva. Tato činnost má dalekosáhlý ekonomický význam pro každého provozovatele strojů případně autoparků. Tribodiagnostika se vyplácí zejména u velkých olejových náplní strojů a velkých motorů tedy zejména v případě autodopravců.

              Provozovatel provádí rozbor oleje různými doporučenými metodami a přístroji, které jsou pro něj zároveň nejvýhodnější.  Jako příklad můžeme uvést  použití  kapilárového  ferografu, rotačního viskozimetru a přístroje na měření nečistot a obsahu vody.

Kapilárový ferograf PMA 90S

Principem ferogradie je rozdělení otěrových kovových částic podle jejich velikosti v silném magnetickém poli. Z testu se posuzuje intenzita opotřebení třecích ploch motoru. Přístroj se nejdříve zkalibruje pomocí „čistého“ nepoužitého oleje.

Vzorek maziva stéká po šikmé ploše, která je umístěná v magnetickém poli. Nahoře se zachytí největší částice a postupně se zachycují části podle velikosti a tvaru. Poté se vyhodnotí počet částic velkých a počet částit malých. (viz. Obr. 1) Případně lze predikovat jaké a kde bude ve stroji největší opotřebení, podle morfologie otěrových částic sledovaných pod mikroskopem.

Jelikož je však tato metoda velmi náročná na lidské zdroje (vyškolení pracovníka je velmi náročné) přechází se velmi často k metodě modernější a přesnější což je OES – ICP (optická emisní spektrometrie s Indukčně vázaným plazmatem), kterou lze vyhodnocovat kvalitativně i kvantitativně až 20 různých prvků. Pro naftový motor se nejčastěji vyhodnocují v oleji prvky hliník, chrom, měď a železo u nichž se sledují předepsané limitní hodnoty. Podle těchto hodnot se pak mohou servisní pracovníci rozhodnout k adekvátnímu zásahu do dalšího provozu motoru. Moderní spektroskopické metody jsou velmi přesné, ale na rozdíl od uvedené ferografie neumí posoudit tvar a velikost otěrových částic (nerozpoznají konkrétní děje v motoru)

Rotační viskozimetr RHEOTEST (dynamická viskozita)

              Princip fungování rotačního viskozimetru spočívá v určení kroutícího momentu potřebného pro otáčení předmětu ve zkoumané kapalině (viz. Obr. 2).

              Na obrázku (a) viskozimetr funguje tak, že se vnitřní válec, který je souosý s válcem vnějším otáčí ve zkoumané kapalině a z údajů získaných z torzního senzoru. Ten je tvořen šroubovitou pružinou jejíž výchylka je mírou točivého momentu působícího na vnitřní válec. Vychýlení je snímáno voltmetrem. Hodnota viskozity se vyjadřuje jako poměr viskozity použitého oleje k viskozitě nového oleje.V diagnostice spalovacích motorů se však častěji využívá metoda měření kinematické viskozity, kde se používá kapilárový viskozimetr. Každý viskozimetr je od výrobce kalibrován

a má svou vlastní konstantu, kterou se nakonec vynásobí změřený čas průtoku oleje mezi dvěma ryskami, čímž se získá hodnota kinematické viskozity v jednotkách mm2s-1 (dříve také cSt - centistoky). Obr.3. Tato hodnota má v případě diagnostiky motorových olejů také své limity. U vznětových motorů je to obvykle max.20% zvýšení a max. 25% snížení viskozity motorového oleje.

Přístroj na měření nečistot a obsahu vody TCM-U 

Rovněž obsah vody má u použitých motorových olejů svůj limit. Je to max. 0,2%hm.

Přístrojem na obrázku se rovněž může měřit znečištění oleje sazemi což má zvláště u olejů pro dieselové motory rovněž zajímavou vypovídací hodnotu.

              Tímto přístrojem se měří míra znečištění oleje karbonem (uhlíkovými produkty) za pomoci odraženého světla v tzv. kyvetě. Také se tímto přístrojem měří obsah vody v oleji.

Před měřením se musí přístroj zkalibrovat, a to tak, že se nastaví čistá kyveta na hodnotu 0,00% Kyveta se poté naplní ze 4/5 olejovým vzorkem a vloží se do zasouvacího otvoru. Na displeji se ukáže hodnota měřeného vzorku, ž čehož je číslo udáváno jako procento obsahu nečistot (sazí).

U motorových olejů v provozu má rovněž smysl měřit tzv. celkové číslo alkality a kyselosti TBN a TAN. Tyto hodnoty vyjadřují pokles jistých aditiv v oleji a také možnost vzniku koroze. Při provozu motoru postupně klesá TBN a roste TAN. Doporučuje se aby hodnota TAN nebyla rovna nebo větší než hodnota TBN. Pokud se tedy tyto dvě hodnoty rovnají nebo je TAN již vyšší jak TBN, olej by se měl vyměnit.

Existují ještě další vhodné zkoušky, které mohou doplnit diagnostiku motorového oleje. Je to například test čistoty oleje podle ISO 4406, FTIR (IČ spektrometrie) měří úbytek aditiv, oxidaci, nitraci a sulfataci oleje. Obsah glykolu-detekuje průsak chladící kapaliny do oleje, kapková zkouška aj.

Závěrem lze říci, že pomocí metod tribodiagnostiky lze nejen např. predikovat blížící se poruchu motoru nebo jiného zařízení a prodloužit jeho optimální funkci do nutné opravy, ale např. i významně prodloužit výměnné lhůty olejů v provozovaných motorech. To přináší velmi zajímavý ekonomický efekt pro provozovatele těchto zařízení.

Aditivace paliva – Marketingový trik obchodníků, nebo průlom na současném trhu?

Každé vozidlo se vznětovým motorem podléhá celoevropské regulaci již od roku 1992 (regulace Euro I.), kdy byly stanoveny limity pro emise uhlovodíků, oxidu uhelnatého, oxidů dusíku a pevných částit. Evropská Unie každoročně přichází s dalšími úpravami a hýbe s emisními limity. Poslední úprava se odehrála v roce 2014 pod hlavičkou Euro VI. Tyto normy se tak zpřísnili, že se téměř žádné vozidlo neobejde bez filtru pevných částit, takzvaných DPF filtrů, neboli Diesel Particulate Filter.

DPF filtr účinně filtruje pevné částice přes speciální porézní keramický filtr (viz. Obr. 1). Kanálky uvnitř filtru jsou na rozdíl od některých katalyzátorů uzavřené, takže se na něm zachytí veškerý pevný materiál, který obsahuje většinou uhlíkaté částice. Filtr se jízdou zanáší částicemi a je tedy zapotřebí filtr regenerovat. Regenerace probíhá v průběhu jízdy. Občas je však zapotřebí vysoká teplota pro téměř dokonalé spálení nečistot pomocí zvýšení teploty výfukových plynů. Toho se dosahuje dočasným zvýšením vstřikování paliva. Za obyčejných podmínek a jízdě k tomuto dochází velmi zřídka. Vše velmi záleží na stylu jízdy a délce jízdy. Vždy je pro filtry tohoto typu lepší delší jízda s občasnými silnějšími záběry motoru (vyšší otáčky, větší zatížení motoru). Kámen úrazu pro tyto filtry jsou krátké jízdy bez zahřátí motoru, kdy se součásti filtru nejsou schopny pasivně ani aktivně zregenerovat a dochází k nepříjemnému zanesení filtru, snížení kompresních tlaků v motoru a tím ke ztrátě výkonu.

Podle obecné logiky člověk dojde k názoru, že když motor „netrápí“ ve vyšších otáčkách a jezdí jen velmi poklidně, má pocit, že auto šetří a déle mu vydrží. Je to příklad toho, kdy tomu tak úplně není.

Je zde však více možností, jak šetřit tyto filtry a další důležité součásti motorového systému. Silný vliv má na zanášení těchto součástí kvalita paliva. Po vstupu do Evropské Unie a podřízení se jejich nařízení a zákonů se dostali pod kontrolu i čerpací stanice, kde musí splňovat nesčetně nařízení a úprav a tím pádem jsou i často kontrolovány. Pravidelně se odebírají vzorky paliva z nádrží pod zemí. Kontroluje se složení paliva, zda-li neobsahuje vodu, či jiné nežádoucí látky škodlivé pro motor a ekologicky škodlivé. I přes všechny tyto kontroly a testy jsou však rozdíly kvality paliv markantní. Je tedy více než na místě dávat si pozor, kde tankujeme a případně si kvalitu směsi „vylepšit“ vhodným aditivem. Součástí paliv je v současné době i biosložka (nyní až 7% MEŘO v případě motorové nafty a bude se pravděpodobně zvyšovat), která má negativní vliv na čistotu a životnost motorového systému. Je do paliva přidávána z ekologických důvodů. Bohužel jak už z ekonomie víme, vše má svá pro i proti.

Jedna z již jmenovaných biosložek metylester řepkového oleje získávaný jeho esterifikací. Účel proč se biosložky přidávají do paliv je ten, že Evropská unie chce do konce roku 2020 zajistit, aby 10% energie pro automobily pocházelo z obnovitelných zdrojů. Výrazný problém biosložky nastává tehdy, kdy řidič odstaví svoje auto na zimu a nejezdí s ním. Nejčastěji jsou to zemědělci, kteří nechají svoje stroje přes zimu odstavené a biosložka má čas se usadit případně zpolymerovat. Postupně ucpe vstřikovací trysky a palivové čerpadlo (viz. Obr. 2). K usazování dochází i při aktivním provozu motoru, nicméně není tak výrazné jak při delším odstavení.

              Na trhu se dají sehnat aditiva (přísady), která biosložku aktivně rozpouštějí, čistí vstřikování, usazeniny a celý systém motoru. Je ale velmi nutné vybrat správná aditiva a jejich koncentraci. Pak už je na každém jednotlivě, zdali je bude používat aktivně při každém tankování, nebo jen pro čištění jednou za několik nádrží. Obě varianty jsou žádoucí. Palivo z čerpacích stanic samo o sobě obsahuje přísady pro zlepšení vlastností, avšak často nedostačují potřebám motoru. Vhodná aditiva mají značný vliv na průběh spalování, emise, výkon a celkový chod motoru, ovšem jak už jsem zmínil, je nutné vybrat vhodné aditivum podle požadavků motoru a jeho provozních podmínek. Mělo by se tedy vždy zjistit, za jakých podmínek motor běží a podle toho vybrat. Pro běžného motoristu je nejlepší volbou univerzální aditivum jako například VIF (diesel, benzín), nebo naše Ekolube Diesel (viz. Obr. 3). a Ekolube Benzín aditiv. Aditiva do paliv svoje opodstatnění určitě mají.  Hlavní nevýhodou je bohužel cena, která se může projevit nárustem ceny na litru od 0,2,- Kč až třeba do 5,- Kč v závislosti na druhu a koncentraci aditiva.

[1] Zdroj obrázku 1: http://old.agroporadenstvo.sk/stroje/clanky/img/hydraulicke_oleje6.jpg