U motorových olejů často platí, že nižší viskozita znamená menší odpor a tím i nižší třecí ztráty. Jenže tento princip má svou hranici.
Oliver Taylor z University of Oxford proto modeloval mazání ojničního kluzného ložiska přeplňovaného benzínového motoru a hledal bod, při kterém je celkové tření nejnižší.
Co přesně autor zkoumal?
Model vycházel z ojničního kluzného ložiska 1,6litrového čtyřválcového přeplňovaného benzínového motoru.
Autor do výpočtu zahrnul skutečnou geometrii ložiska, jeho vůli, drsnost povrchu, deformaci při zatížení, teplotu, tlak olejového filmu, kavitaci i změny viskozity způsobené teplotou, smykem a tlakem.
Aby mohl samotný vliv viskozity oddělit od ostatních vlastností oleje, porovnal také teoretické kapaliny s viskozitami 6,4, 4,6 a 3,0 cSt.
Co znamená cSt? Centistoke je jednotka kinematické viskozity. Čím vyšší číslo, tím větší odpor kapalina klade proudění. 1 cSt odpovídá 1 mm²/s.
Co se stalo, když se viskozita snižovala?
Zpočátku přesně to, co bychom očekávali: nižší viskozita snížila hydrodynamické tření.
Olej kladl mezi pohybujícími se povrchy menší odpor a celkové třecí ztráty ložiska klesaly.
Tento pokles ale nepokračoval donekonečna.
Proč příliš nízká viskozita začala tření zvyšovat?
Důvodem byla tloušťka olejového filmu.
Při vyšší viskozitě dokázal olej povrchy ložiska a čepu dobře oddělit, ale vytvářel větší viskózní odpor.
S klesající viskozitou se odpor zmenšoval, ale současně se ztenčoval mazací film. Povrchové nerovnosti se tak začaly stále více dotýkat.
Hydrodynamické tření s nižší viskozitou klesalo. Hraniční tření naopak začalo růst, protože tenčí olejový film dovolil větší kontakt mikroskopických nerovností povrchů. Minimum celkového tření vzniklo v bodě, kde se oba efekty nejlépe vyvážily.
Znamená to, že ideální motorový olej má mít 4,6 cSt?
Ne.
Hodnota 4,6 cSt byla výsledkem jednoho konkrétního modelovaného ložiska při konkrétních podmínkách.
Autor výslovně upozorňuje, že změna otáček, zatížení, teploty, geometrie ložiska, povrchu nebo vlastností maziva může optimální hodnotu posunout.
Hodnota 4,6 cSt také není označení SAE viskozitní třídy a nelze z ní odvodit, že by měl být do konkrétního motoru použit například SAE 8, 0W-20 nebo jiný konkrétní olej.
Co z toho plyne pro motorové oleje v praxi?
Studie velmi dobře vysvětluje, proč neplatí jednoduché pravidlo „čím řidší olej, tím menší tření“.
Nižší viskozita může snížit ztráty způsobené prouděním oleje, ale současně musí mazivo vytvořit dostatečně silný film, aby oddělilo zatížené kovové povrchy.
Optimální viskozita proto není vlastností samotného oleje. Závisí také na konstrukci motoru, zatížení, teplotě, povrchu součástí a režimu mazání.
Co tato část výzkumu naopak nedokazuje?
- Hodnota 4,6 cSt není univerzální optimální viskozita motorového oleje.
- Nejde o porovnání běžných komerčních olejů podle SAE třídy.
- Pro izolaci vlivu viskozity byly použity také teoretické modelové kapaliny.
- Hlavní výsledek pochází ze simulace jednoho konkrétního ojničního ložiska.
- Model byl podpořen porovnáním predikovaného a skutečného profilu opotřebení, ale přímé experimentální měření tření tohoto konkrétního ložiska nebylo součástí validace.
- Studie neurčuje, jaký SAE olej má být použit v konkrétním automobilu.
Jaký je hlavní závěr?
Snižování viskozity může omezit hydrodynamické tření v motorovém ložisku, ale pouze do určitého bodu.
Jakmile je mazací film příliš tenký, začne růst kontakt povrchových nerovností a s ním také hraniční tření.
U modelovaného ojničního ložiska bylo za konkrétních podmínek minimum celkového tření přibližně při 4,6 cSt efektivní viskozity. Nejde však o univerzální hodnotu pro motorové oleje.