Řidší motorový olej se snadněji čerpá. U moderního variabilního olejového čerpadla je ale situace složitější: aby udrželo požadovaný tlak, může při nižší viskozitě čerpat větší množství oleje.
Oliver Taylor proto testoval variabilní olejové čerpadlo z motoru Ford 1.0 EcoBoost s oleji 5W-30, 0W-20 a SAE 8 a zjišťoval, zda velmi nízká viskozita ve výsledku čerpadlo skutečně zatíží více.
Proč by mohl řidší olej čerpadlo paradoxně zatěžovat více?
Moderní variabilní olejové čerpadlo nečerpá stále stejné množství oleje. Dokáže měnit svůj objemový výkon podle toho, jaký tlak mazací soustava právě potřebuje.
U testovaného čerpadla řídil systém tlak například kolem 200 nebo 400 kPa.
Nižší viskozita znamená menší odpor proudění v mazací soustavě.
Regulace se snaží udržet požadovaný tlak, proto může být potřeba dodat více oleje.
Teoreticky by tak část úspory získaná nižší viskozitou mohla být ztracena na pohonu čerpadla.
Právě tuto hypotézu chtěl autor experimentálně ověřit.
Jak test probíhal?
Použito bylo skutečné dvoustupňové lopatkové variabilní olejové čerpadlo ze tříválcového motoru Ford 1.0 EcoBoost.
Čerpadlo bylo namontováno na speciální laboratorní stolici, která umožňovala měřit jeho otáčky, tlak, průtok, teplotu oleje a hnací moment.
Testovaly se tři viskozitní třídy:
- 5W-30,
- 0W-20,
- SAE 8.
Teploty byly 20, 90 a 120 °C. Průtok se měnil od 5 do 30 l/min po 5 l/min a čerpadlo bylo zkoušeno při přibližných tlakových režimech 200 a 400 kPa.
Důležité: cílem nebylo zjistit, který olej je obecně „nejlepší“. Výzkum sledoval konkrétně to, jak viskozita mění provozní chování moderního variabilního olejového čerpadla.
Co se stalo s průtokem při použití řidšího oleje?
Při následném testu na běžícím motoru se potvrdilo, že nižší viskozita vedla k vyššímu průtoku oleje.
Při přechodu z 5W-30 na 0W-20 vzrostl naměřený průtok přibližně o 0,7 l/min na začátku cyklu a o 1,5 l/min na jeho konci.
U SAE 8 byl rozdíl ještě větší.
Vyšší procento na začátku testu je dáno také tím, že absolutní průtok byl za studena relativně malý.
Znamenal vyšší průtok automaticky větší zatížení čerpadla?
Ne.
To je hlavní výsledek této části výzkumu.
Nižší viskozita sice v motoru zvýšila množství oleje, které muselo čerpadlem protéct, ale současně snížila viskózní odpor uvnitř čerpadla a v řadě podmínek zlepšila jeho účinnost.
Více průtoku mohlo zvýšit potřebný výkon čerpadla. Nižší viskozita naopak mohla snížit jeho vnitřní mechanické a viskózní ztráty. Výsledný hnací moment závisel na tom, který z těchto efektů v daném provozním bodě převládl.
Autor proto původní hypotézu, že velmi řídký olej musí moderní variabilní čerpadlo automaticky zatěžovat více, nepotvrdil jako obecné pravidlo.
Proč tolik záleželo na teplotě a otáčkách?
Při nízké teplotě byl olej stále relativně viskózní. V této oblasti byly výrazné ztráty spojené s čerpáním hustší kapaliny.
Proto při 20 °C nižší viskozita často snižovala potřebný hnací moment čerpadla.
Při vyšších teplotách se však rozdíly změnily. Olejový film uvnitř čerpadla byl tenčí a větší význam mohlo získat smíšené nebo hraniční tření.
Například při 90 °C, nízkých otáčkách a průtoku 5 l/min dosáhl 5W-30 v některých podmínkách nižšího hnacího momentu než řidší oleje.
Při vyšších otáčkách se situace opět obrátila a nižší viskozita mohla být výhodnější.
Jednoduše: neexistoval jeden vítězný olej pro všechny podmínky. Chování čerpadla se měnilo podle teploty, otáček, požadovaného průtoku a tlaku.
Ovlivnila viskozita také tlak čerpadla?
Ano.
U testovaného konstrukčního řešení se při snižování viskozity měnil také výstupní tlak regulovaného čerpadla.
Při 120 °C, průtoku 5 l/min a režimu kolem 200 kPa dosáhl SAE 8 přibližně o 21 kPa vyššího výstupního tlaku než 5W-30.
Tento výsledek není univerzální vlastností SAE 8. Jiný typ čerpadla nebo jiná kalibrace regulace se může chovat odlišně.
Co z toho plyne pro motorové oleje v praxi?
Studie ukazuje, že motorový olej nelze hodnotit pouze podle toho, kolik tření vytváří mezi ložisky, písty nebo dalšími mazanými součástmi.
Viskozita ovlivňuje také celou mazací soustavu a práci olejového čerpadla.
U moderního motoru s variabilním čerpadlem může řidší olej:
- zvýšit průtok oleje,
- změnit tlakové poměry,
- snížit viskózní ztráty čerpadla,
- ale za určitých podmínek také zvýšit hraniční tření uvnitř čerpadla.
Výsledný efekt proto závisí na společném návrhu oleje, čerpadla, regulace a celého motoru.
Smyslem studie není zpochybnit nízkoviskózní oleje. Ukazuje naopak, proč musí být moderní motor navržen a kalibrován pro konkrétní viskozitní rozsah. Olej a motor tvoří jeden vzájemně propojený systém.
Co tato část výzkumu naopak nedokazuje?
- Výzkum se týkal jednoho konkrétního typu variabilního lopatkového olejového čerpadla.
- Výsledky nelze automaticky přenést na zubová, trochoidní nebo jinak řízená čerpadla.
- Oleje použité při motorovém měření nebyly totožné formulace jako oleje použité na laboratorní stolici.
- Průtokoměr v motorovém testu nebyl samostatně kalibrován pro každý olej, takže naměřené hodnoty průtoku jsou podle autora orientační.
- Část výsledků hnacího momentu při zvýšených průtocích byla vypočtena z laboratorních dat, nikoliv přímo změřena v běžícím motoru.
- Některé testovací body nedosáhly požadovaného tlaku nebo průtoku kvůli omezení čerpadla.
- Studie neříká, že SAE 8 je vhodný pro Ford 1.0 EcoBoost v běžném provozu.
- Výsledek nenahrazuje výrobcem předepsanou viskozitní třídu a schválení motorového oleje.
Jaký je hlavní závěr?
Nižší viskozita způsobila, že variabilní olejové čerpadlo muselo v motoru dodávat větší průtok oleje pro dosažení požadovaného tlaku.
Vyšší průtok ale nevedl automaticky k vyššímu zatížení čerpadla. Nižší viskozita současně snižovala viskózní ztráty a v řadě provozních bodů zvýšila účinnost čerpadla.
Výsledný efekt závisel na teplotě, otáčkách čerpadla, průtoku a výstupním tlaku. Proto nelze vliv řidšího oleje na olejové čerpadlo popsat jedním jednoduchým pravidlem.