Mazací systém motora, diagnostika a rozdelenie olejov

Mazací systém je neoddeliteľnou súčasťou piestového spaľovacieho motora a je bezpodmienečne potrebný na jeho činnosť. Hlavný význam mazania spočíva v priaznivom účinku na pasívne odpory pohybujúcich sa častí motora, zabezpečení funkčnosti dôležitých uzlov motora a udržiavaní parametrov v požadovaných medziach počas jeho životnosti.

Mazací systém má za úlohu zabezpečiť:

• požadovaný koeficient trenia medzi pohybujúcimi sa časťami motora aby nedochádzalo k zadieraniu a oter materiálu bol v príslušných medziach,
• odvod tepla z miest, ktoré nie je možné chladiť hlavným chladiacim systémom (piesty, ložiská),
• dotesňovanie stykových plôch spaľovacieho motora (piestne krúžky v drážkach piestov),
• ochranu kovových častí motora proti korózii,
• využívanie tlakovej energie mazacieho okruhu na operácie súvisiace s priamym fungovaním motora (hydraulické napináky, hydraulické zdvihátka ventilov, variátory, atď.).

 

Princíp fungovania a rozdelenie mazacieho systému spaľovacieho motora

Malé dvojdobé motory majú zvyčajne kľukový hriadeľ uložený vo valivých ložiskách. Na mazanie takéhoto ložiska je postačujúce pridávať malé množstvo oleja priamo do paliva. Pomer sa pohybuje v medziach 1:20 – 1:100.

Väčšina štvordobých a veľkých dvojdobých motorov má kľukový hriadeľ uložený v klzných ložiskách. V klzných ložiskách musí mazací systém zabezpečiť hydrodynamické mazanie. Princíp spočíva vo vytvorení súvislej nepretržitej medznej vrstvy maziva, ktorá pohybujúce sa plochy úplne oddelí a trenie tak prebieha medzi časticami oleja.

V piestových spaľovacích motoroch sa používajú tieto spôsoby mazania:

• Tlakové mazanie – olej sa k mazaným miestam privádza pod tlakom pomocou čerpadla. Tento typ sa ďalej rozdeľuje na: mazanie zo skrine (mokrá kľuková skriňa) – z miest mazania olej steká spať do kľukovej skrine a na mazanie so suchou skriňou – z miest mazania sa olej odčerpáva a zhromažďuje v osobitnej nádrži (letecké, tankové motory).
• Ostrekovacie mazanie – valce sa mažú olejovou hmlou, ložiská sa mažú stekajúcim olejom (veľmi malé motory).
• Zmiešané mazanie – v prípade ak je ostrekovacie mazanie doplnené tlakovým.
• Vrchné mazanie – mazanie ložísk je zabezpečené pridávaním oleja do paliva (dvojdobé motory).
• Prídavné a zvláštne mazanie –  v prípade občasného mazania niektorých miest (mazanie mazacím tukom pomocou Staufferových mazníc).

 

Mazací okruh s mokrou kľukovou skriňou je znázornený na nasledovnom obrázku:

Mazací systém tvoria tieto časti: 1 – hadica odsávanie olejových pár do telesa čističa, 2 – uzáver plniaceho hrdla oleja, 3 – ryska hladiny oleja, 4 – tlakový spínač, 5 – čistič oleja, 6 – poistný ventil čističa, 7 – kanál k čističu, 8 – redukčný ventil, 9 – olejové čerpadlo, 10 – sacie hrdlo so sitkom, 11 – výpustný otvor, 12 – prepážka, 13 – spodné veko motora.

V automobilových motoroch je najčastejšie používaným typom tlakové mazanie s mokrou kľukovou skriňou. Zásoba oleja je vo vani kľukovej skrine. Základné prvky mazacieho okruhu sú olejové čerpadlo, hrubé čističe, jemný čistič, chladič, teplomer a tlakomer. Úlohou prepúšťacieho ventilu je udržiavať požadovaný tlak na filtroch a chladiči. Spätný ventil udržiava požadované hodnoty tlakového spádu na filtroch a chladiči. Z hlavného mazacieho kanála sa mažú hlavné ložiská kľukového hriadeľa a ložiská kľukového hriadeľa. Kľukové ložiská sa mažú prívodom oleja od hlavných ložísk cez drážky a otvory v kľukovom hriadeli. Odtiaľ sa olej dostáva otvorom v telese ojnice na piestový čap a ďalej cez ojničné oko sa ostrekom ochladzuje vnútorné dno piestu. Časti rozvodového mechanizmu maže olej, ktorý sa k nim privádza z ložísk rozvodového hriadeľa. Valce motora sa mažú rozstrekom oleja z kľukovej skrine pri otáčaní kľukového hriadeľa, vhodne usporiadanými otvormi v hlavných ojničných okách.

 

Diagnostika a opravy mazacieho systému spaľovacích motorov

V posledných desaťročiach smeruje vývoj automobilového priemyslu k zvyšovaniu výkonov pri súčasnom znižovaní rozmerov a hmotnosti agregátov, čo vedie k zvyšovaniu ich mechanického a tepelného namáhania. Tieto faktory ovplyvňujú nielen požiadavky na kvalitu materiálu použitého k výrobe, ale aj na vlastnosti a kvalitu mazacích olejov.

Monitorovanie technického stavu prostredníctvom diagnostických systémov je základným predpokladom prevádzky strojov a zariadení podľa skutočného stavu. Poznanie skutočného stavu umožňuje pri dodržaní pôvodnej hladiny bezpečnosti: presnejšie definovať rozsah potrebných opráv, vylúčiť nepotrebné revízie a tým usporiť nemalé finančné prostriedky vynakladané priamo na vykonanie revízií alebo na prostriedky spotrebovávané zábehom zariadení, predĺžiť technický život zariadenia. Diagnostický systém je spravidla tvorený samostatnými diagnostickými metódami, z ktorých každá je účinná pri diagnostikovaní špecifických častí. Výber použitých diagnostických metód je daný druhom diagnostikovanej techniky a jej dôležitosťou v nadradenom systéme.

Medzi jednotlivé diagnostické metódy patria:

• subjektívne metódy – schopnosť človeka vlastnými zmyslami rozoznať prevádzkyschopný alebo poruchový stav diagnostikovaného objektu,
• objektívne metódy – využívané sú rôznorodé účelové kontrolné a diagnostické prístroje a zariadenia, pracujúce na rôznych princípoch,
• funkčné metódy – sú sledované funkčné veličiny diagnostikovaného objektu, t.j. veličiny podstatné pre jeho činnosť,
• fyzikálne metódy – sledujú sprievodné veličiny výrobného zariadenia, ale nie sú pre jeho činnosť podmieňujúce (hluk, vibrácie, teplota, atď.)
• bezdemontážne metódy – Tribotechnická diagnostika,
• demontážne metódy.

Z hľadiska praktického využívania má hlavný význam tzv. bezdemontážna diagnostika. Jej poslaním je bez demontáže a väčšinou počas prevádzky zariadenia zisťovať stav diagnostikovaného zariadenia a určovať miesta ohrozené poruchou. Pri zisťovaní stavu technického objektu má diagnostika tri úlohy:

• technickú diagnostiku, ktorá sa zaoberá zisťovaním technického stavu sledovaného objektu v prítomnosti,
• technickú prognostiku, ktorá rieši problematiku predpovedania technického stavu na určitý časový alebo iným spôsobom definovaný úsek životnosti objektu,
• technickú genetiku, skúmajúcu stav v ktorom sa objekt nachádzal v určitom čase v minulosti.

Tribotechnická diagnostika, ako jedna z metód bezdemontážnej technickej diagnostiky, využíva mazací olej na získanie informácií o zmenách v trecích uzloch. Zisťuje výskyt cudzích látok v mazacom oleji z kvantitatívneho i kvalitatívneho hľadiska. Analýzou vlastností maziva umožní nielen včasné upozornenie na príznaky vznikajúcej poruchy, ale vo väčšine prípadov aj lokalizovať miesto vzniku mechanickej poruchy. Na základe výsledkov vykonanej diagnostiky sú vykonávané opravy prvkov alebo častí mazacieho systému, ktoré sú nefunkčné, poškodené, opotrebované, miesta únikov a pod. Opravy sú vykonávané buď výmenou kus za kus, opravou – renováciou. Pri olejovej nádrži a diagnostikovanom úniku oleja – výmena tesnenia medzi blokom a vaňou z dôvodu starnutia. Zubové čerpadlo – diagnostikuje sa sacia schopnosť, axiálna, radiálna a zubová vôľa. Výmena tesnenia, alebo pri rozsiahlejšom opotrebení, poškodení výmena čerpadla.

 

Analýzou mazacích olejov počas prevádzky motora je možné stanoviť a zistiť:

• pravdepodobnosť zlyhania mazania funkčných častí,
• vhodnosť daného typu oleja,
• stupeň opotrebovania oleja,
• stanovenie intervalu výmeny oleja,
• zhodnotenie technického stavu funkčných častí.

Diagnostika mazacích olejov a hydraulických kvapalín umožňuje meranie parametrov charakterizujúcich fyzikálno-chemické vlastnosti skúšanej kvapaliny aj meranie parametrov charakterizujúcich režim a intenzitu opotrebovania pracovných povrchov obmývaných pracovnou kvapalinou.

 

Stanovenie koncentrácie chemických prvkov

Koncentrácia chemických prvkov sa stanovuje metódou RD OES (optickej emisnej spektrometrickej metódy s rotujúcou diskovou elektródou).Táto metóda je veľmi vhodná pre rutinnú analýzu veľkého počtu vzoriek za krátky čas a je dostatočne presná. Výsledkom analýzy je posúdenie nameraných koncentrácií a v prípade prekročenia referenčných hodnôt odporučenie korekcií pre ďalšiu prevádzku.

 

Druhy diagnostík mazacích olejov

Stanovenie veľkosti a počtu mechanických nečistôt

Znečistenie olejov mechanickými nečistotami sa hodnotí pomocou kódu čistoty. Na určenie distribúcie veľkosti častíc opotrebovania podľa ich počtu, čiže na stanovenie kódu čistoty, sa v súčasnosti využívajú tri metódy. Najrozšírenejšia metóda využíva automatické počítače častíc. Častice zaznamenané optickým počítačom častíc v analyzovaných kvapalinách sú buď produktmi opotrebovania trecích dvojíc alebo do systému vnikli ako vonkajšie nečistoty a sú v pracovných kvapalinách diagnostikovaných systémov nerozpustné. Počítanie mechanických častíc opotrebovania v akýchkoľvek pracovných kvapalinách a ich triedenie do veľkostných tried je efektívnou diagnostickou metódou. Pomocou zistenia množstva nečistôt nachádzajúcich sa v obehových mazacích alebo chladiacich systémoch aplikovaním potrebných opatrení možno zabezpečiť spoľahlivosť týchto systémov a dlhú životnosť trecích komponentov v týchto systémoch.

 

Ferografický rozbor

Ferografia je vedný odbor, ktorý sa využíva na popisovanie pevných častíc cirkulujúcich s mazivom v jednej alebo viacerých trecích dvojiciach. Diagnostické prístroje umožňujú prístup k informáciám o podmienkach práce trecích dvojíc mazacieho systému, ktoré viedli ku vzniku produktov opotrebovania. Tieto informácie sú zakódované v tvare častíc, v ich materiálovom zložení, vo farbe a v kvalite ich povrchu. Ferografia ako časticová analýza je bezdemontážnou tribotechnickou metódou pre určenie režimu opotrebovania sledovaného zariadenia.

 

Rozbor infračerveného spektra

FTIR spektrometria je optická nedeštruktívna analytická metóda, ktorá poskytuje rýchle a komplexné informácie o stave použitého maziva. Jednou z výhod FTIR spektrometrie oproti klasickým metódam je, že pri jej použití nedochádza ku kontaminácii vzorky cudzorodými látkami a je možné zistiť zmenu kvality oleja spôsobenej buď zmiešaním s iným typom oleja alebo inou pracovnou kvapalinou, prípadne takúto skutočnosť vylúčiť. Látku neznámej štruktúry je možné identifikovať porovnávaním nameraného spektra so sériou iných referenčných spektier známych zlúčenín. Uskutočňuje sa to pomocou knižníc spektier, ktoré sú v pamäti počítača, a ktorého program s ňou porovnáva spektrum vzorky.

 

Stanovenie celkového čísla kyslosti

Celkové číslo kyslosti (TAN) je veľmi dôležitým ukazovateľom kvality používaného oleja. Opotrebovanie oleja je okrem iného spôsobené oxidáciou uhľovodíkov, čím vznikajú látky, ktoré majú kyslé vlastnosti. Číslo kyslosti udáva množstvo týchto kyslých látok a tým priamo určuje stupeň degradácie oleja. Zmeny hodnoty TAN sú spôsobené oxidáciou maziva v prevádzke, pričom vysoká hodnota čísla kyslosti znamená znehodnotenie oleja. Zvýšené číslo kyslosti je spôsobené nepriaznivými degradačnými procesmi sledovaného oleja, pri ktorých vznikajú kyslé produkty.

 

Stanovenie obsahu vody metódou K. Fischera

Obsah vody v mazivách vo viazanej alebo voľnej forme je vážna kvalitatívna závada. Prítomnosť vody v mazive znižuje kvalitu mazacieho filmu, zvyšuje možnosť korózie a ochudobňuje olej o aditíva. Voda v oleji je nežiaduci činiteľ, ktorý vzniká počas prevádzky stroja a spôsobuje nepriaznivé degradačné procesy v sledovanom oleji. Stanovenie obsahu vody v oleji je dôležitou informáciou pre zistenie kvality oleja. Dôsledkom nadmerného obsahu vody je zvýšený oder a opotrebovanie trecích dvojíc, čo môže spôsobiť poruchu ložísk, upchatie filtrov a zapečenie motora.

 

Stanovenie kinematickej viskozity

Viskozita mazacích olejov je veľmi dôležitá fyzikálna vlastnosť olejov. Viskozita kvapalín sa s teplotou mení. Ak teplota rastie, viskozita klesá, čo je spôsobené zhlukovaním molekúl pri nižších teplotách a rozpadom zhlukov pri stúpajúcej teplote a zväčšovaním voľného objemu v kvapaline. Viskozita určuje tvorbu kvapalinového trenia alebo mazania, únosnosť mazacieho filmu, veľkosť odporu pri rozbehu pohyblivých častí motora, tesniacu schopnosť maziva, jeho čerpateľnosť a tepelnú vodivosť. Meraním kinematickej viskozity olejov počas prevádzky motorov sa sleduje či olej spĺňa svoju funkciu v mazacom systéme, čím sa predchádza nadmernému opotrebovaniu trecích častí. Limitnou hodnotou pre zmenu kinematickej viskozity je ± 10%.

 

Stanovenie dynamickej viskozity

Dynamická viskozita je pomer pôsobiaceho šmykového napätia a gradientu rýchlosti kvapaliny. Niekedy sa nazýva koeficientom vnútorného trenia kvapaliny alebo viskozitou, pričom takto ponímaná dynamická viskozita je mierou odporu proti tečeniu, alebo mierou deformácie kvapaliny. Princípom stanovenia dynamickej viskozity je meranie krútiaceho momentu pri danom zaťažení a teplote.

 

Stanovenie bodu vzplanutia v otvorenom tégliku

Hodnota bodu vzplanutia pre čisté oleje je dôležitou akostnou a bezpečnostnou vlastnosťou. Pre opotrebované oleje slúži k stanoveniu približného obsahu zrieďujúcich a horľavých látok. Pomocou tejto metódy je možné zistiť či nedošlo k nariedeniu meranej vzorky oleja s palivom, vodou alebo inou kvapalinou, ktorá znehodnocuje vlastnosti oleja, čím sa znižuje výkonnosť stroja.

 

Výmena olejovej náplne – technológia

Pri výmene olejovej náplne je potrebné dodržať nasledovný postup:

• Riadiť sa pokynmi výrobcu automobilu, ktorý je kompetentný zodpovedne určiť, akú viskozitnú triedu (SAE) a výkonnosť (ACEA, API, …) olej musí spĺňať. Prakticky žiadny výrobca automobilov neodporúča určitú značku oleja, ale udáva aké klasifikácie a špecifikácie olej musí spĺňať.
• Vybrať odporúčanú viskóznu klasifikáciu SAE (napr. SAE 5W – 30, 5W-40, 10W-40, …), odporúčanú výkonnostnú klasifikáciu ACEA alebo API (napr. ACEA A3/B4/C3, API SM / CF, …) a prípadne firemné predpisy – aprobácia (napr. VW 504.00/507.00, MB 229.51, BMW Longlife-04, …).

 

• Motorový olej je nutné pred vypustením alebo odčerpaní z motora dokonale zahriať na prevádzkovú teplotu (cca. 20 minút jazdy), aby došlo k dokonalému zhomogenizovaniu všetkých usadenín, kalov a mechanických nečistôt. Následne olej odčerpáme alebo vypustíme a necháme dôkladne vytiecť. Meníme celú olejovú náplň vrátane olejového filtra.
• Evidovať intervaly medzi výmenami oleja.
• Upraviť servisné intervaly v riadiacej jednotke automobilu tak, aby nedošlo k nesprávnemu informovaniu o potrebnej výmene oleja.

 

Medzi najčastejšie chyby pri výmene motorového oleja môžeme zaradiť 

• Chybne zvolený motorový olej (viskozitná alebo výkonová klasifikácia).
• Nedostatočné prehriatie motora, resp. olejovej náplne, pred samotnou výmenou.
• Nedokonalé vypustenie celej olejovej náplne.
• Zabudnutie výmeny olejového filtra (použitie nekvalitných filtrov) a následné znehodnotenie novej olejovej náplne.
• Naliatie nedostatočného alebo naopak príliš veľkého množstva nového oleja.
• Nedodržanie intervalov výmeny motorového oleja.
• U moderných automobiloch: opomenutia úpravy servisného intervalu v riadiacej jednotke pre ďalšiu výmenu motorového oleja.
• Zmiešavanie viacerých olejov – aditíva z jednotlivých olejov sa nemusia dobre znášať a výsledkom je ich vzájomná chemická reakcia a zásadná zmena pôvodných vlastností olejov.

Následkom  nesprávne vykonanej výmeny oleja môže byť poškodenie motora, poškodenie zariadenia na úpravu výfukových plynov, zníženie výkonu motora, zvýšenie spotreby paliva, prípadne skrátenie životnosti motora.

 

Vlastnosti, zloženie a klasifikácia mazacích olejov

Mazivá ako látky používané pre chod strojov a zariadení sú nevyhnutné pre bezpečnosť, ekonomickosť, spoľahlivosť a životnosť trecích plôch a tým aj celého zariadenia počas jeho prevádzky. Aby mohli mazivá spĺňať požiadavky, ktoré sa na ne kladú, musia mať určité vlastnosti. Základnou vlastnosťou maziva je jeho mazacia schopnosť, čiže schopnosť prenášať sily na trecej ploche vnútorným trením pri súčasnom vytvorení podľa možností súvislých vrstiev na povrchoch trecích telies.

Mazivá sa delia z viacerých hľadísk. V technickej praxi sa rozdeľujú na  plynné, kvapalné, plastické a tuhé. Z chemického hľadiska sú to mazivá organické a anorganické a z hľadiska pôvodu prírodné a syntetické.

V súčasnosti najrozšírenejším druhom mazív sú kvapalné mazivá, a to najmä vďaka ich širokému sortimentu. Kvapalnými mazivami môžu byť všetky kvapaliny, ktoré spĺňajú podmienku mazivosti v závislosti od konkrétnych zaťažujúcich prevádzkových podmienok.

 

Základné vlastnosti mazacích olejov 

Vlastnosti olejov možno posudzovať z rozličných hľadísk. Pri zohľadnení požiadaviek kladených na oleje môžu sa ich vlastnosti komplexne rozdeliť na: funkčné, elektrické, termické, životnostné, povrchové a fyziologické, ktoré ovplyvňujú kvalitu oleja. Z technického hľadiska sú rozhodujúce predovšetkým funkčné vlastnosti mazív, najmä viskozita, hustota, kompresibilita, tepelná vodivosť a špecifická tepelná kapacita.

Viskozita je parametrom maziva, ktoré vplýva na únosnosť, zaťažiteľnosť a hrúbku mazacej vrstvy, na prietokové množstvo, trecie straty, vznik tepla, tesniacu schopnosť a čerpateľnosť. Nie je to konštantná (ustálená) veličina, ale mení sa v závislosti od vonkajších podmienok. Počas činnosti motora sa mení teplota a tlak a je žiaduce, aby sa viskozita oleja menila čo najmenej. Viskozita je odpor, ktorým tekutina pôsobí proti silám snažiacim sa pohnúť jej najmenšie častice. Na styčnej ploche dvoch vrstiev tekutiny pohybujúcej sa rôznou rýchlosťou sa viskozita prejavuje napätím, ktorým sa rýchlejšia vrstva snaží zrýchliť pomalšiu a tá naopak spomaľuje rýchlejšiu.
Pri kvapalinách dynamická viskozita, ktorá funkčne závisí od teploty a tlaku, so stúpajúcou teplotou klesá a so stúpajúcim tlakom vzrastá. Kinematická viskozita je určená pomerom dynamickej viskozity a hustoty pri danej teplote.

Zaraďovanie oleja do viskozitnej triedy SAE alebo ISO-VG sa prevádza na základe merania viskozity u nového, nepoužitého oleja. Viskozita je určená kombináciou teploty, zaťaženia a rýchlosti.

Vplyv teploty na výber viskozity

Výber vhodnej viskozity oleja závisí na jeho pracovnej teplote. Čím je pracovná teplota vyššia, tým vyššia musí byť viskozita použitého oleja, inak by došlo k zhoršeniu mazania. Napr.: jednostupňový olej SAE 30 musí byť pri znížení pracovnej teploty nahradený olejom SAE 20 a naopak pokiaľ dôjde k zvýšeniu pracovnej teploty nahrádzame ho olejom SAE 40 alebo 50.

Vplyv zaťaženia na výber viskozity

Vhodná viskozita oleja závisí na jeho zaťažení. Čím je zaťaženie oleja vyššie, tým je vyžadovaná vyššia viskozitná trieda. Napr.: do motora ktorý je vysoko tepelne zaťažovaný, určite nie je vhodný ľahkobežný olej SAE 0 W-30 ale skôr 10W-40 resp 50-60.

Vplyv rýchlosti na výber viskozity

S narastajúcou rýchlosťou vzájomného pohybu mazaných plôch rastie aj požiadavka, aby sa olej čo najrýchlejšie dostal do všetkých potrebných častí mazacieho priestoru.Platí, že čím je vzájomná rýchlosť pohybujúcich sa plôch vyššia, tým by mala byť byť viskozita použitého oleja nižšia. Napr. vysokootáčkové motory a prevodovky sa obyčajne vyžadujú oleje s nižšou viskozitou ako pri nízkootáčkových. Zároveň však platí, že ak je motor extrémne tepelne namáhaný, je veľmi nízka viskozita oleja nežiadúca.

Viskozitný index – bezrozmerná veličina udávajúca vplyv teploty na viskozitu oleja pri porovnaní dvoch radov štandardných olejov. Čím je jeho hodnota vyššia, tým menej sa mení viskozita pri zmenách teploty motora. Uvádza sa v katalógoch výrobcov automobilových mazív. Oleje s vysokým viskozitným indexom dokážu zabezpečiť dobré mazanie aj pri väčšom rozsahu zmien teplôt, zaťažení a rýchlosti a preto sú univerzálnejšie a môžu byť využívané pri väčšom počte aplikácií.

Hustota je veličina závislá od teploty a tlaku. Pod hustotou sa myslí hmotnosť definovaného objemu látky pri vzťažnej teplote a tlaku, zvyčajne pri 20 °C a 0,1 MPa.

Kompresibilita – mazacie oleje, ako reálne kvapaliny sa odlišujú od ideálnej kvapaliny tým, že ich stlačiteľnosť do určitej miery závisí od teploty a tlaku. To znamená, že okrem zmien viskozity a hustoty, majú aj istú malú mieru kompresibility (schopnosť kvapaliny zmenšiť svoj objem pôsobením tlaku). Kompresibilita vplýva na mazacie vlastnosti oleja, pôsobí pozitívne na únosnosť mazacej vrstvy pri ťažko stlačiteľných kvapalinách. Tepelná vodivosť a špecifická tepelná kapacita – väčšina mechanických strát sa pri procese trenia mení na trecie teplo, tepelná vodivosť a špecifická tepelná kapacita použitých mazív má veľký význam pri navrhovaní systému chladenia.

Mechanické straty – podstatná časť mechanickej energie, ktorá sa produkuje v motore, sa stráca následkom trenia, preto je dôležité, aby olej tieto straty čo najviac znižoval.

Tesniaca schopnosť – medzi piestnymi krúžkami znižuje tlakové straty. Okrem týchto vlastností je dôležitá aj tepelná odolnosť, schopnosť znášať vysoké tlaky, oxidačná stálosť, odolnosť voči tvorbe usadenín a konzervačná schopnosť.

Tepelná odolnosť – olej pracuje s motorom, ktorý má vysokú teplotu, preto si olej svoje vlastnosti musí vedieť zachovať ako pri nízkej, tak pri vysokej teplote.

Schopnosť znášať vysoké tlaky – olej nesmie peniť.

Odolnosť voči tvorbe usadenín – olej čistí motor vyplavovaním a rozpúšťaním nečistôt.

Konzervačná schopnosť – olej chráni motor pred skorodovaním aj v čase, keď motor nebeží.

 

Zloženie olejov

Vlastnosti mazacích olejov závisia od zloženia olejov. Motorový olej je zložený zo základného oleja a aditív, ktoré mu dodávajú požadované vlastnosti. Základové oleje sú najčastejšie ropné oleje, ale stále viac sa rozširujú syntetické oleje (polyalfaolefíny, estery a pod.). Požiadavky súčasných špecifikácií nemôžu spĺňať základové oleje samotné a preto sa ich vlastnosti vylepšujú prísadami:

• antioxidanty – potláčajú starnutie oleja (oxidáciu) a teda zmenu jeho vlastností,
• etergenty – čistia omývané plochy a zabraňujú tak vzniku usadenín,
• disperzanty – udržujú v oleji rozptýlené látky, ktoré by sa inak usadzovali na rôznych častiach motora,
• protikorozívne prísady – chránia pred koróziou omývané plochy,
• modifikátory viskozity – zabezpečujú vhodnú viskozitu oleja a jej vhodnú zmenu v závislosti od teploty,
• depresanty – znižujú bod tuhnutia oleja,
• protipeniace prísady – znižujú resp. potláčajú penenie pri prúdení oleja v motore,
• modifikátory trenia – zlepšujú trecie vlastnosti.

 

Klasifikácia olejov

Najdôležitejším a najrozšírenejším kvapalným mazivom sú mazivá zo skupiny homogénnych zmesí – oleje. Delia sa na dve základné skupiny:

1. Minerálne (ropné) oleje – základové minerálne oleje sa získavajú z ropy destiláciou, rafináciou a odparovaním a sú zmesou uhľovodíkov, ktorých zloženie a zoradenie vyplýva z vlastností ropy, z ktorej sa vyrábajú.

2. Syntetické oleje – väčšina týchto olejov má jednotné chemické zloženie s definovanými funkčnými skupinami a svojim zložením sú určené na mazanie v podmienkach, keď nevyhovujú minerálne oleje napríklad rozsahom teplôt, vzhľadom na agresívne prostredie a pod.

Ďalej sa oleje delia na tieto druhy:

 

Motorové oleje

Zaradenie olejov podľa SAE

SAE je skratka medzinárodnej klasifikácie motorových olejov (Society of Automative Engineers) a predstavuje zaradenie olejov do skupín podľa viskozity, pričom neberie do úvahy ich iné vlastnosti. Zaradenie vychádza z použitia oleja v závislosti na ročnom období a s tým súvisiacej teploty vzduchu okolia.

SAE má 11 tried označených 0 W, 5 W, 10 W, 15 W, 20 W, 25 W, 20, 30, 40, 50, 60.
 Čísla s písmenom W (Winter – zima) majú určené viskozitné intervaly a vzťahujú sa na oleje používané v zime alebo celoročne na územiach s chladným podnebím. Čísla bez písmena W majú určené viskozitné intervaly 100 °C a vzťahujú sa na oleje používané v lete alebo celoročne na územiach s vyššími stálymi teplotami. Viacstupňové oleje (Multigrade) môžu obsiahnuť súčasne zimné aj letné triedy.

Oleje, ktoré sú označené číslom s písmenom W a súčasne číslom bez písmena W, napr. 10W – 40, sú celoročné. Tieto umožňujú dobré štartovanie motora pri nízkych teplotách a súčasne zabezpečujú dobré štartovanie motora pri vysokých teplotách.

Viskozitná klasifikácia podľa SAE

Viskozitná klasifikácia podľa SAE

Viskozitná trieda	Teplota	Dynamická	Kinematická	Kinematická
SAE		viskozita (max.)	viskozita (min.)	viskozita (max.)
	(°C)	(Pa.s)	(mm2.s-1) pri 100 °C	(mm2.s-1) pri 100 °C
0 W	-30	3250	3,8
5 W	-25	3500	3,8
10 W	-20	3500	4,1
15 W	-15	3500	5,6
20 W	-10	4500	5,6
25 W	-5	6000	9,3
20			5,6	9,3
30			9,3	12,5
40			12,5	16,3
50			16,3	21,9

 

Zaradenie olejov podľa API

Táto norma rozlišuje motorové oleje podľa typu motora na: zážihové (benzínové) označené písmenom „S“ (Service) a vznetové (naftové) označené písmenom „C“ (Commercial). Výkonový stupeň je vyjadrený pre daný typ motora ďalším písmenom (od „A“ vyššie). Čím je toto písmeno v abecede ďalej, tým kvalitnejší je olej. Spravidla platí, že ak je ako prvá uvedená špecifikácia „S“, je olej prioritne určený pre benzínové motory, ak „C“, pre naftové motory. Niektoré z týchto kategórií (napr. SA, SB, SC, CA, CB, …) sú v súčasnosti už zastaralé. Medzi aktuálne patria:

SJ – oleje do benzínových motorov. Vysoká kvalita zohľadňujúca prísne emisné limity a nároky na úsporu paliva. Trieda zavedená 1.1.1997.

SL – pre všetky súčasné a staršie motory. Kategória zavedená v roku 2001. 

SM – pre všetky súčasné motory. Kategória zavedená v novembri 2004. Oleje klasifikácie SM obsahujú aditíva na kontrolovanie usadenín, aditíva pre zníženie oxidácie oleja, pre zníženie opotrebovania a aditíva zlepšujúce vlastnosti oleja pri nízkych teplotách.

CF – oleje do štvortaktných naftových motorov s nepriamym vstrekovaním, najmä motorov terénnych automobilov spaľujúcich motorovú naftu s obsahom síry viac ako 0,5 %. Bez kontroly emisií, vylepšené vlastnosti. Pre motory vyrábané od roku 1994. Môže byť použitý namiesto CD olejov.

CF 2 – oleje pre dvojtaktné naftové motory vyžadujúce kontrolu oteru a tvorby usadenín. Môže byť použitý namiesto CD II olejov.

CF 4 – oleje pre veľkoobjemové alebo rýchlobežné naftové motory ťažkých nákladných áut, pracujúce najmä v diaľničnej prevádzke. Pre modely od roku 1990. Môže byť použité namiesto CE olejov. 

CG 4 – oleje pre zvlášť vysoko namáhané rýchlobežné naftové motory spaľujúce v diaľničnej prevádzke motorovú naftu s 0.05 % obsahom síry a pri terénnom použití motorovú naftu s 0,5 % obsahom síry. Pre modely od roku 1994. Môže byť použité namiesto CD, CE a CF-4 olejov.

CH 4 – kategória zavedená v roku 1998. Pre vysoko rýchlostné štvortaktné motory, pri ktorých sa vyžaduje splnenie výfukových emisných noriem z roku 1998. CH 4 oleje majú špeciálne zloženie pre použitie s palivom s hmotnostným obsahom síry do 0.5%. Môže byť použité namiesto CD, CE, CF 4 a CG 4 olejov.

CI 4 – kategória zavedená v roku 2002. Pre vysoko rýchlostné štvortaktné motory, pri ktorých sa vyžaduje splnenie výfukových emisných noriem z roku 2004, zavedených v roku 2002. CI 4 oleje majú špeciálne zloženie a trvanlivosť pre používanie v motoroch s recirkuláciou výfukových splodín (EGR).Určený pre použitie v motoroch, ktoré používajú palivo s hmotnostným obsahom síry do 0.5%. Môže byť použité namiesto CD, CE, CF 4, CG 4 a CH 4 olejov.

 

Zaradenie olejov podľa ECEA

Združenie CCMC bolo v roku 1991 nahradené Asociáciou európskych konštruktérov vozidiel – ACEA, ktorá koncom roka vydala vlastné výkonové špecifikácie motorových olejov. Klasifikácia ACEA delí oleje do troch skupín – oleje pre benzínové motory (označené písmenom „A“), oleje pre dieselové motory osobných a ľahkých úžitkových vozidiel (označené písmenom „B“) a oleje pre vysokovýkonné dieselové motory (označené písmenom „E“) a oleje pre benzínové a dieselové motory s časticovými filtrami (označené písmenom „C“). Výkonový stupeň je vyjadrený pre daný typ motora číslom (od „1“ vyššie). Čím je číslo vyššie, tým je kvalitnejší olej. V súčasnosti sa používajú nasledujúce výkonnostné triedy ACEA:

A1 – oleje s vysokou ochranou piestu pred tvorbou usadenín, tvorbou kalov a opotrebovaním a odolnosťou voči oxidácii pri vysokých teplotách. Zamerané na maximálne ekonomické využitie paliva – min. 2.5 % v porovnaní s olejmi 15W-40. Štandardný olej, normálne intervaly výmeny. HTHS 2,9 – 3,5 mPa.s

A2 – oleje s vysokou ochranou piestu pred tvorbou usadenín, tvorbou kalov a opotrebovaním a odolnosťou voči oxidácii pri vysokých teplotách. Zamerané na maximálne ekonomické využitie paliva, lepšia ochrana ložísk, vyššia výkonnosť. Štandardný olej, normálne intervaly výmeny. HTHS >3,5 mPa.s

A3 – oleje s vysokou ochranou piestu pred tvorbou usadenín, tvorbou kalov a opotrebovaním a odolnosťou voči oxidácii pri vysokých teplotách. Zamerané na maximálne ekonomické využitie paliva, lepšia ochrana ložísk, vyššia výkonnosť, odolnosť voči oxidácii pri vysokých teplotách vyššia ako pri A1 a A2. Olej pre vysokú záťaž, možnosť predĺžených výmenných intervalov. HTHS >3,5 mPa.s

A4 – oleje pre benzínové motory s priamym vstrekovaním.

A5 – oleje ako A4 s rozdielom zníženej viskozity HTHS 2,9 – 3,5 mPa.s

B1 – oleje s vysokou ochranou piestu pred tvorbou usadenín a vačiek proti opotrebovaniu, dobré rozptyľovanie sadzí , maximálne ekonomické využitie paliva, lepšia ochrana ložísk, vyššia výkonnosť. Štandardný olej, normálne intervaly výmeny. HTHS 2,9 – 3,5 mPa.s

B2 – oleje s vysokou ochranou piestu pred tvorbou usadenín a vačiek proti opotrebovaniu, dobré rozptyľovanie sadzí, maximálne ekonomické využitie paliva, lepšia ochrana ložísk, vyššia výkonnosť. Štandardný olej, normálne intervaly výmeny. HTHS >3,5 mPa.s

B3 – oleje s vysokou ochranou piestu pred tvorbou usadenín a vačiek proti opotrebovaniu, dobré rozptyľovanie sadzí, maximálne ekonomické využitie paliva, lepšia ochrana ložísk, vyššia výkonnosť, lepšia ochrana vačiek proti opotrebovaniu, kontrola viskozity a rozptyľovania sadzí. Olej pre vysokú záťaž, možnosť predĺžených výmenných intervalov. HTHS >3,5 mPa.s

B4 – oleje ako B3 + je možné použiť pre dieselové motory s priamym vstrekovaním. HTHS >3,5 mPa.s

B5 – oleje ako B4 s rozdielom zníženej viskozity HTHS 2,9 – 3,5 mPa.s

E1 – neplatné od 3/2000

E2 – štandardný olej, normálne intervaly výmeny. HTHS >= 3,5 mPa.s

E3 – lepšia ochrana proti opotrebovaniu, kontrola viskozity a rozptyľovania sadzí, vyššia výkonnosť. Oleje pre vysokú záťaž, možnosť predĺženej výmeny. HTHS >= 3,5 mPa.s

E4 – olej pre extrémne vysokú záťaž, možnosť predĺžených výmenných intervalov. HTHS >= 3,5 mPa.s

E5 – olej pre vysokú záťaž, možnosť predĺžených výmenných intervalov. HTHS >= 3,5 mPa.s

E6 – vysoko stabilné oleje podporujúce čistotu piestu, znižujúce opotrebovanie a zabezpečujúce stále mazanie. Olej je doporučovaný pre moderné, vysoko zaťažované vznetové motory, spĺňajúce emisné limity Euro 1 – 4. Umožňuje predĺžené výmenné intervaly podľa odporúčania výrobcu. Je vhodný pre motory so systémom EGR (Exhaust Gas Recirculation), DPF (Diesel Particulate Filter) a SCR NO x (Selective Catalitic Reduction). Táto trieda je zvlášť odporúčaná pre motory s DPF systémom, ktorý spaľuje palivo s nízkym obsahom síry (50 ppm). HTHS >= 3,5 mPa.s

E7 – stabilné oleje zabraňujúce usadzovaniu nečistôt na piestoch a vzniku zrkadlových plôch na stenách valcov. Obmedzuje opotrebovanie, vznik usadenín v turbodúchadle. Olej je doporučovaný pre moderné, vysoko zaťažované vznetové motory, spĺňajúce emisné limity Euro 1 – 4. Umožňuje predĺžené výmenné intervaly podľa odporúčania výrobcu. Je vhodný pre väčšinu motorov so systémom EGR (Exhaust Gas Recirculation) a SCR NO x (Selective Catalitic Reduction). Nie je vhodný pre systémy DPF (Diesel Particulate Filter). HTHS >= 3,5 mPa.s

C1 – stabilný olej, kompatibilný s katalyzátorom pre vysoko výkonné benzínové a dieselové motory osobných a ľahkých nákladných áut so systémom DPF Diesel Particulate Filter) a TWC (Three Way Catalyst), ktoré vyžadujú nízkoviskózne oleje so zníženým obsahom SAPS (Sulfate Ash Phosphorus Sulfur – sulfátový popol, síra, fosfor) a HTHS vyššie ako 2,9 mPa.s. Tieto oleje predlžujú životnosť systémov DPF a TWC a znižujú spotrebu paliva. HTHS >2,9 mPa.s

C2 – stabilný olej kompatibilný s katalyzátorom pre vysoko výkonné benzínové a dieselové motory osobných a ľahkých nákladných áut so systémom DPF Diesel Particulate Filter) a TWC (Three Way Catalyst), ktoré vyžadujú nízkoviskózne oleje, kde HTHS je vyššie ako 2,9 mPa.s. Tieto oleje predlžujú životnosť systémov DPF a TWC a znižujú spotrebu paliva. HTHS >2,9 mPa.s

C3 – stabilný olej, kompatibilný s katalyzátorom, vhodný pre automobily so systémom DPF (Diesel Particulate Filter) a TWC (Three Way Catalyst), Tieto oleje predlžujú životnosť týchto systémov.

 

Firemné normy výrobcov automobilov a motorov

Mnohí výrobcovia automobilov a motorov požadujú od motorových olejov splnenie dodatočných požiadaviek, ktoré nie sú zahrnuté v metodike testov API alebo ACEA (zahrnutá je napríklad kompatibilita s tesniacimi materiálmi a pod.) V kategórii osobných automobilov sa najčastejšie uvádzajú normy VW/AUDI, BMW a PORSCHE, v kategórii úžitkových vozidiel normy MERCEDES BENZ (MB), MAN a VOLVO.

VW 501.01 – zodpovedá ACEA A2, oleje pre benzínové a nepreplňované naftové motory.

VW 500.00 – zodpovedá ACEA A3, oleje pre benzínové a nepreplňované naftové motory, je uprednostňovaná viskozita SAE 5W-x, 10W-40, pri použití týchto olejov dochádza k úspore paliva.

VW 505.00 – zodpovedá ACEA B3, oleje pre všetky typy naftových motorov vrátane preplňovaných.

MB 227.0/1 – zodpovedá ACEA E1, oleje pre nepreplňované naftové motory, výmenná lehota 15 000 km.

MB 228.0/1 – zodpovedá ACEA E2, oleje pre nepreplňované a preplňované naftové motory, výmenný lehota 30 000 km.

MB 228.2/3 – zodpovedá ACEA E3, oleje pre nepreplňované a preplňované naftové motory, predĺžená lehoty výmeny oleja – 45 000 km.

MB 228.4/5 – zodpovedá ACEA E4 – 9x, oleje pre motory nákladných vozidiel vyrobené po roku 1996, veľmi dlhé výmenné lehoty- 60 000 km.

Párne čísla za bodkou (0,2,4) znamenajú jednostupňové oleje, nepárne čísla (1, 3, 5) viacstupňové oleje. Uvedené lehoty pre výmenu oleja platia len pre diaľkovú dopravu (po najazdení okolo 100 000 km za rok).

MAN 270/271 zodpovedá ACEA E2 a API CD/SF

MAN M3275 zodpovedá ACEA E3

MAN M3277 zodpovedá ACEA E4, porovnateľné s MB 228.5

MAN 3291 zodpovedá ACEA E4

 

Prevodové oleje

Cieľom mazania prevodoviek je redukcia opotrebovania na bokoch zubov, zvýšenie stupňa účinnosti vďaka zmenšeniu trenia, ako aj odvod tepla, vznikajúceho trením. Mazanie prevodoviek je diskontinuálny proces, čo znamená, že pri každom zábere zubov sa musí medzi bokmi zubov vytvoriť nový mazací film. Geometrický tvar bokov zubov podmieňuje valivý a klzný pohyb, takže ozubené prevody často pracujú v oblasti zmiešaného trenia. Toto sa potvrdzuje druhmi možných poškodení prevodoviek a merateľnými stratovými výkonmi.

Prevodovky sa väčšinou mažú olejom alebo plastickým mazivom. Mazanie olejom sa často uprednostňuje kvôli lepšiemu odvodu tepla. Vhodná viskozita oleja je väčšinou predpísaná výrobcom prevodovky. Príliš nízka viskozita oleja môže viesť k pretrhnutiu mazacieho filmu a tým k opotrebovaniu. Príliš vysoká viskozita oleja zvyšuje straty na výkone a prevádzkovú teplotu na základe „strát pri brodení“.

Klasifikácia SAE rozlišuje pre prevodové oleje 3 zimné triedy W (od 75W po 85W) a 3 letné triedy (od 90 do 250). Viskozitné triedy : 75W-x, 80W-x, 80W, 85W, 80, 90, 140, 250, x môže byť 80, 85, 90 a 140.

Ďalej používa označenie:

GL 1 – málo zaťažované prevodovky.
GL 2 – priemyselné a šnekové prevodovky.
GL 3 – normálne zaťažované prevodovky.
GL 4 – vysoko zaťažované a málo zaťažované hypoidné prevodovky.
GL 5 – vysoko zaťažované hypoidné prevodovky.

 

Hydraulické oleje

Hydraulické oleje sú minerálne oleje používané ako tlakové kvapaliny v hydraulických zariadeniach. Zvyčajne obsahujú látky pre zvýšenie odolnosti proti starnutiu a extrémnym tlakom a na ochranu proti korózii. Odporúčajú sa na použitie predovšetkým v čerpadlách a hydromotoroch, v ktorých sú vysoké tepelné nároky, kde vplyvom vody vzniká korózia a ich podmienky prevádzky potrebujú oleje s ochranou proti opotrebení pri zmiešanom trení.

Klasifikácia hydraulických olejov:

H – minerálny základový olej nenormovaný.
HL – H+ aditíva protikorozívne a proti starnutiu DIN 51 524 časť 1.
HLP – HL+ aditíva proti opotrebovaniu DIN 51 524 časť 2.
HVLP – HLP+ vyšší viskozitný index (VI) DIN 51 524 časť 3.
HLPD – HLP+ detergentný a disperzný účinok (nenormovaný).

 

Kompresorové oleje

Mazacie oleje, používané v kompresoroch s olejom mazaným tlakovým priestorom musia plniť viaceré úlohy. Musia zmenšovať trenie a opotrebovanie, utesňovať tlakový priestor a potláčať koróziu. Sčasti slúžia aj ako chladiaci prostriedok. Mazacie oleje pre všetky typy olejom mazaných vzduchových kompresorov preto musia mať vynikajúcu oxidačnú stabilitu, nakoľko sú vystavené veľmi silnému oxidačnému namáhaniu.

Viskozita kompresorových olejov by mala byť, podľa možnosti, nízka, aby sa aj pri veľmi nízkych teplotách zaručil bezporuchový prívod oleja a aby sa zabezpečila rýchla distribúcia oleja v tlakovom priestore. Okrem toho, oleje s nízkou viskozitou majú menší sklon k tvorbe zvyškov. Na druhej strane sa nesmie, v závislosti od konkrétnych prípadov použitia, prekročiť minimálna viskozita, aby sa zaručila dostatočná ochrana proti opotrebovaniu a požadované presné utesnenie tlakového priestoru. Všeobecne sa požadujú oleje s tým vyššou viskozitou, čím vyššia je koncová teplota komprimácie a čím vyššie sú tlaky.

Ďalšou požadovanou vlastnosťou kompresorových olejov je vynikajúca ochrana proti opotrebovaniu. Dôvodom sú mimoriadne tenké mazacie filmy medzi klznými plochami, v rámci požadovaného mazania minimálnym množstvom oleja. Vysokokvalitné kompresorové oleje obsahujú prísady na ochranu proti korózii, ktoré bránia „podlezeniu“ mazacieho filmu vodou. Skondenzovaná voda  sa tvorí pri ochladení kompresora v dôsledku odstávok, alebo chodu na čiastočný výkon, či chodu na prázdno.

 

Turbínové oleje

Turbínové oleje sú miešané, formulované z dobre rafinovaných a teraz najmä hydrogenovaných základových olejov, viskozitných tried ISO VG 32, 46 a 68. Požiadavka je na dobrú stabilitu oleja s cieľom zabrániť vzniku lakov a kalov v oleji a v mazacom systéme turbíny. Všeobecne je požiadavka na základový olej s vysokým viskozitným indexom a na celkový nižší obsah prísad v porovnaní s ostatnými priemyselnými olejmi (vyšší obsah prísad môže viesť k tvorbe lakov a kalov). Dôležitý je výber antioxidantov a ďalších prísad, ako sú inhibítory hrdze a korózie, protipeniace prísady, deemulgátory a iné.