Motorový olej nemá po celou dobu svého používání stejné vlastnosti. V motoru je vystaven vysokým teplotám, tlaku, oxidaci, mechanickému namáhání a postupně také látkám vznikajícím během provozu.
Výzkumníci z University of Patras proto zkoumali, jak se vlastnosti motorového oleje během používání mění a jak mohou tyto změny ovlivnit mazání mezi pístním kroužkem a stěnou válce.
Co přesně vědci zkoumali?
Studie porovnávala tři různé typy maziv:
- minerální motorový olej SAE 30,
- syntetický motorový olej SAE 10W-40,
- biologicky založené mazivo AWS-100.
Hlavní část výzkumu zaměřená na stárnutí oleje se týkala syntetického SAE 10W-40.
Tento olej byl používán ve čtyřtaktním jednoválcovém motocyklovém motoru po dobu 100 provozních hodin při 1500 otáčkách za minutu bez zatížení. Následně vědci porovnali jeho vlastnosti s čerstvým olejem.
Měřili především změny dynamické viskozity v závislosti na teplotě. Naměřené hodnoty poté využili v počítačovém CFD modelu, pomocí kterého simulovali podmínky mezi pístním kroužkem a stěnou válce.
Cílem tedy nebylo pouze zjistit, zda se vlastnosti oleje během používání mění, ale také posoudit, jak se změna viskozity může projevit na tloušťce mazacího filmu a tření uvnitř motoru.
Jak se během stárnutí změnila viskozita motorového oleje?
Výsledky ukázaly výrazný rozdíl mezi čerstvým SAE 10W-40 a olejem, který byl v testovaném motoru používán po dobu 100 hodin.
Podle závěrů studie byla změna dynamické viskozity mezi čerstvým a zestárlým olejem vyšší než 19 % při 25 °C a při teplotě 75 °C přesáhla 28,5 %.
V tomto konkrétním experimentu měl zestárlý olej při sledovaných podmínkách nižší viskozitu než olej čerstvý.
Autoři tento vývoj dávají do souvislosti mimo jiné s působením vysokých teplot a tlaků. Při tepelném a oxidačním namáhání mohou probíhat změny uhlovodíkových molekul, ze kterých se olej skládá. Rozdíly ve složení jednotlivých formulací podrobněji ukazuje také naše studie chemického otisku motorových olejů.
Důležité: Studie neříká, že každý motorový olej během používání vždy pouze řídne. Autoři upozorňují, že za jiných podmínek může viskozita při stárnutí také růst. Výsledek závisí na složení oleje, provozních podmínkách, oxidačních procesech i případné kontaminaci.
Proč je změna viskozity pro motor důležitá?
Viskozita motorového oleje není pouze číslo uvedené na obalu nebo technickém listu. Ovlivňuje způsob, jakým se mazivo chová mezi pohybujícími se částmi motoru.
Jedním z velmi namáhaných míst spalovacího motoru je kontakt mezi pístním kroužkem a stěnou válce.
Mezi oběma povrchy má vzniknout dostatečně silná vrstva oleje, která omezuje jejich přímý kontakt. Mazací film tím pomáhá snižovat tření a opotřebení.
Tloušťka této vrstvy však není během celého pracovního cyklu motoru stejná.
V této oblasti se kombinuje nízká rychlost pohybu pístu s vysokým tlakem vznikajícím při spalování. Mazací film zde může být velmi tenký a mazání se může přesouvat z hydrodynamického režimu do smíšeného nebo hraničního mazání.
Proč byl při 75 °C rozdíl výraznější než při 40 °C?
Zajímavým výsledkem studie je skutečnost, že vliv stárnutí oleje nebyl při všech provozních podmínkách stejný.
Při teplotě oleje 40 °C byly vypočtené rozdíly v minimální tloušťce mazacího filmu mezi čerstvým a zestárlým SAE 10W-40 velmi malé.
Při simulované teplotě 75 °C už však model ukázal podstatnější rozdíl.
Výsledek dobře ukazuje, proč nelze stav motorového oleje hodnotit pouze podle jeho původní viskozitní třídy. Důležitá je také jeho aktuální viskozita při konkrétní provozní teplotě a zatížení.
Jak stárnutí oleje ovlivnilo tření?
Změna viskozity a tloušťky mazacího filmu se v použitém modelu projevila také na třecích poměrech mezi pístním kroužkem a válcem.
Při teplotě 75 °C bylo podle výpočtu hraniční tření zestárlého oleje přibližně o 19,25 % vyšší než u oleje čerstvého.
Hraniční mazání je významné zejména proto, že v tomto režimu už nejsou oba povrchy dokonale oddělené souvislým olejovým filmem a větší roli začíná hrát kontakt jejich mikroskopických nerovností.
Autoři proto uvádějí, že stárnutí oleje a související změny jeho viskozity mohou ovlivňovat třecí ztráty motoru a podmínky, při kterých dochází ke kontaktnímu opotřebení.
Co z této studie plyne pro běžný provoz?
Studie dobře ukazuje, že motorový olej není během celého intervalu výměny neměnnou kapalinou.
Během používání se mohou měnit jeho fyzikální a chemické vlastnosti. Změna viskozity následně může ovlivnit schopnost oleje vytvářet dostatečný mazací film právě v místech, kde jsou součásti vystaveny vysokému tlaku a teplotě.
Rychlost a způsob degradace však nejsou u všech motorů a olejů stejné. Ovlivnit je mohou například:
- konstrukce a technický stav motoru,
- provozní teplota,
- zatížení motoru,
- délka a charakter jízd,
- složení motorového oleje a použitá aditiva,
- použité palivo,
- kontaminace oleje,
- délka intervalu výměny.
Význam charakteru provozu podrobněji rozebíráme také v článku o tom, jak krátké jízdy a studené starty ovlivňují motorový olej.
Z praktického hlediska tak výsledky podporují význam používání správně zvoleného motorového oleje, který odpovídá výrobcem požadované SAE viskozitní třídě a výkonovým specifikacím, a dodržování doporučeného intervalu výměny.
Co tato studie naopak nedokazuje?
Výsledky je důležité nepřenášet automaticky na všechny motorové oleje a všechny spalovací motory.
- Stárnutí bylo podrobně sledováno u jednoho konkrétního syntetického SAE 10W-40.
- Test proběhl v jednom jednoválcovém motocyklovém motoru.
- Motor pracoval 100 hodin při 1500 ot./min bez zatížení.
- Část výsledků týkajících se mazacího filmu a tření pochází z CFD modelu.
- Studie neurčuje univerzální interval výměny motorového oleje.
Autoři navíc sami uvádějí, že přímý vliv stárnutí oleje na skutečné opotřebení pístního kroužku a válce má být předmětem dalšího výzkumu.
Jaký je hlavní závěr studie?
Studie ukázala, že stárnutí motorového oleje může významně změnit jeho viskozitu a že se tato změna může za určitých provozních podmínek projevit také na tloušťce mazacího filmu a tření mezi součástmi motoru.
U testovaného syntetického SAE 10W-40 byl po 100 provozních hodinách naměřen významný rozdíl viskozity oproti čerstvému oleji. Při vyšší simulované provozní teplotě se změna projevila také menší minimální tloušťkou mazacího filmu a vyšším hraničním třením.
Souvislost mezi viskozitou oleje, tvorbou mazacího filmu a opotřebením řešíme podrobněji také v rozboru nízkoviskozních motorových olejů a jejich vlivu na opotřebení.
Výsledky tak dobře ilustrují, proč je při mazání motoru důležitá nejen správná viskozitní třída nového oleje, ale také schopnost oleje udržovat požadované vlastnosti během používání.