MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2018 JIŘÍ STEINER

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Nové trendy v motocyklových olejích Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Vojtěch Kumbár, Ph.D. Vypracoval: Jiří Steiner Brno 2018

3

4

5 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem práci Nové trendy v motocyklových olejích vypracoval/a samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších předpisů, a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom/a, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše V Brně dne:.. podpis

6 PODĚKOVÁNÍ Tímto bych rád poděkoval mému vedoucímu práce doc. Ing. Vojtěchu Kumbárovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a připomínky při zpracování bakalářské práce.

7 ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá tématem motocyklové oleje a celkově problematikou maziv. V první části je práce zaměřena na maziva všeobecně, k čemu slouží, jak se tyto maziva dělí a v neposlední řadě, jak se maziva skladují a přepravují. Další část je zaměřena na motorové oleje. Jak se motorové oleje vyrábí a jaký byl jejich vývoj, požadavky na motorový olej, funkce, vlastnosti a klasifikace motorových olejů. Dále se práce dostává k aditivaci, k čemu aditiva slouží a jaké druhy aditiv máme. Předposlední část je věnována motocyklovým olejům a problematice mazání dvoutaktních a čtyřtaktních motorů. V poslední části se práce zaměřila na nové trendy motocyklových olejů a řeší se zde kam spěje výroba moderních motocyklových olejů. KLÍČOVÁ SLOVA Mazání, viskozita, motorový olej, aditivace, motocykl ABSTRACT This bachelor thesis deals with the topic of motorcycle oils and overall with lubricant issues. In the first part, the work is focused on lubricants in general, how they are used, how these lubricants are divided, and last but not least, how lubricants are stored and transported. The next part is focused on engine oils. How engine oil is produced and what was their evolution, engine oil requirements, function, properties and classification of engine oils. Next part is about additives which are used and what kind of additives we have. The penultimate part is devoted to motor oils and to the problem of lubrication of two-stroke and four-stroke engines. In the last part, the thesis is focused on new trendy motorcycle oils and solves the production of modern motor oils. KEYWORDS Lubrication, viscosity, engine oil, additivation, motorcycle

8 OBSAH OBSAH... 8 ÚVOD TRIBOLOGIE A TRIBOTECHNIKA MAZIVA Úkol maziv Dělení maziv ZACHÁZENÍ S MAZIVY Přeprava maziv Uskladnění maziv Uskladnění na volném prostranství Uskladnění v uzavřených prostorách VÝVOJ A VÝROBA MOTOROVÝCH OLEJŮ Výroba motorových olejů Vývoj motorových olejů MOTOROVÉ OLEJE Požadavky na olej Funkce motorových olejů Vlastnosti motorových olejů Klasifikace motorových olejů Klasifikace dle JASO Viskozitní klasifikace olejů SAE Výkonnostní klasifikace olejů ADITIVA Jednotlivé typy aditiv MOTOCYKLOVÉ OLEJE... 36

9 7.1 Funkce moderních motocyklových olejů Mazání dle principu motoru Dvoutaktní motory Čtyřtaktní motory NOVÉ TRENDY V MOTOCYKLOVÝCH OLEJÍCH Úspora paliva motorovým olejem Nízkoviskózní motorové oleje ZÁVĚR POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK SEZNAM ZKRATEK... 50

10 ÚVOD Mazací oleje se používají už celá staletí a stále se vyvíjí a vymýšlí se, jak je zdokonalit. Jejich hlavním úkolem je od sebe oddělit dvě na sebe vzájemně působící třecí plochy, ale mají i mnoho dalších vedlejších úkolů, které jsou také velice důležité, jako například chlazení, utěsnění, ochranu proti korozi a mnoho dalších. Nejdříve se začínalo se základovými ropnými oleji, ale s přibývajícími požadavky na kvalitu oleje se museli začít vyrábět syntetické a polosyntetické oleje, které byly zároveň obohaceny o další aditiva, která upravovala daný olej přesně podle potřeby. Dnešní technologie spalovacích motorů jsou na vysoké úrovni a jsou vyvíjeny stále výkonnější a modernější motory, ovšem bez kvalitního maziva by nemohly v žádném případě tyto motory fungovat. Proto jsou motorové oleje velice důležitou a nedílnou součástí každého motorového vozidla a existuje chemicko-technologický obor, který se zabývá vývojem a výrobou nejrůznějších druhů maziv, která jsou pro dnešní moderní dobu potřebná. Na motorové oleje jsou stále kladeny nové a přísnější požadavky, a proto není možné vývoj těchto maziv zanedbat. Dnes se velice řeší ekonomika a životní prostředí, což má za příčinu veliký tlak na olejářské společnosti, které jsou nuceny vyrábět motorové oleje, které zvyšují účinnost motoru, snižují spotřebu paliva a tím pádem šetří životní prostředí a zároveň zlevňují provozní náklady. Takové jsou trendy ve výrobě a vývoji motorových olejů, ať už automobilových, nebo motocyklových. 10

11 1 TRIBOLOGIE A TRIBOTECHNIKA Tribologie je nauka o vědeckém výzkumu, poznatcích pro obor mazání, tření, opotřebení a technickém použitím zákonitostí. Zabývá se chováním povrchů, které se dotýkají při vzájemném pohybu, určováním a změnou struktur v různých přírodních i umělých tribologických systémech. [1] Tribotechnika je disciplína, která aplikuje vědecké výsledky tribologie do praxe. Tato disciplína zahrnuje maziva jako taková, zkoušení maziv, techniku mazání, vědecké základy pro tření a opotřebení, techniku zabývající se ochranou proti opotřebení a rázům a jiné. [2] 2 MAZIVA Mazivo je látka, která je určena k tomu, aby omezila tření mezi dvěma povrchy, dále zvyšuje účinnost daného systému a v mnoha případech plní i mnoho dalších funkcí. Mazání je nedílnou a velmi důležitou součástí preventivní údržby strojů a zařízení. Má pozitivní vliv na rychlost opotřebení mazaného materiálu a tím i na jeho technickou životnost. Správným mazáním je možno docílit významných hodnot úspor z hlediska opotřebení mazaných ploch. [1] [5] [13] 2.1 Úkol maziv Nejdůležitější a zároveň základní úkol maziv je snižovat tření v místě dotyku dvou těles, které jsou v pohybu. Kromě tohoto úkolu musí plnit mnoho dalších funkcí, jako například dokonale utěsnit systém, zabezpečit odvod tepla, zmenšovat opotřebení mazaných částí, zbavovat nečistoty na třecí ploše, chránit kovové části před korozí, nebo slouží k přenosu síly a tlumení rázů. [1] [2] [5] 2.2 Dělení maziv Mazivo musí mít určité vlastnosti, aby plnilo výše uvedené funkce. Tyto vlastnosti se dělí na jednoznačně definované a komplexní vlastnosti. Jednoznačně definované 11

12 vlastnosti jsou viskozita, hustota, stlačitelnost kapalných maziv, reologické vlastnosti, elektrické vlastnosti, tepelná vodivost, vlastnosti povrchové, životnostní a další. [1] Vlastnosti komplexní jsou např. mazací schopnost, což je souhrn maznosti, mazivosti a vlivu viskozity maziva. [1] Maziva lze rozdělit do čtyř základních skupin: 1. kapalná maziva 2. plastická maziva 3. tuhá maziva 4. plynná maziva 1. Kapalná maziva patří mezi nejpoužívanější maziva v praxi. Mezi tyto maziva patří minerální (ropné) oleje, polysyntetické oleje, syntetické oleje a v malé míře i oleje rostlinného a živočišného původu. [10] 2. Plastická maziva se používají v případě, pokud není vhodné, nebo není možnost použít kapalná maziva. Používají se k mazání nejrůznějších valivých a kluzných uloženích. Plastická maziva se skládají ze základového oleje, aditiv a zpevňovadla. Zde se tvoří mřížková struktura, jejíž plocha je vyplněna olejem, který se postupně uvolňuje mezi mazané plochy. Prodejní názvy těchto plastických maziv přibližně popisují možnosti jejich použití: víceúčelové mazivo, mazivo pro vysoké teploty, polotekuté mazivo pro převody, gelové mazivo, aj. [10] [11] 3. Tuhá maziva jsou chemické látky, které jsou schopné vytvářet vrstvy s vynikajícími mazacími vlastnostmi na povrchu mazaných ploch. Aplikují se ve formě prášku, nebo šupinek. Mezi nejznámější patří uhlík ve formě grafitu. [10] 4. Plynná maziva, mezi které patří i vzduch, nejsou příliš frekventovaná, využívají se hlavně při mazání vysokorychlostních ložisek, ale o jejich přesné aplikaci je málo informací. [10] 3 ZACHÁZENÍ S MAZIVY Výkonné a precizní stroje potřebují pro svůj plynulý a bezporuchový chod vysoce hodnotná plastická maziva a mazací oleje. Aby se zabránilo škodám na stroji 12

13 používajícím tyto maziva, musí být zajištěno správné přepravování, skladování, rozdělování a dodávání na mazací místa. [3] 3.1 Přeprava maziv Veškerá maziva jsou dodávána v sudech, popřípadě menší množství se dodává v kbelících, plechovkách, nebo kanystrech. Naopak, pokud má být přepraveno větší množství maziv, využívá se kontejnerů, cisternových vozů, nebo železničních cisteren. [3] Při přepravě maziv se musí obzvláště dbát na opatrnost při nakládání a vykládání, protože v těchto chvílích může dojít k poškození obalu, které může vést až k poškození, nebo k znehodnocení samotného maziva. Pro manipulaci s těžkými sudy se využívají palety na sudy, které zabraňují poškození samotných sudů, maziv, a především chrání obsluhu před vznikem úrazu. [3] Obrázek 1 Palety na sudy pro VZV typ 2261 [15] Na nakládání a vykládání sudů by se měly použít vhodné vysokozdvižné vozíky, kladkostroje, popřípadě jeřáby. Sudy nesmějí být shazovány z ložné plochy nákladního vozu, ani v případě měkkého podkladu, jako například na staré pneumatiky a jiné. Mohlo by dojít k natržení svarů, nebo jiného poškození sudu, což by mohlo zapříčinit úraz, nebo ohrožení životního prostředí. [3] 13

14 Pokud jsou přepravovány oleje s vysokou viskozitou, musí se použít izolované cisterny s topnými hady, obzvláště v zimě. Po delší době přepravy za nižších teplot se olej v cisterně musí před stočením znovu nahřát, kvůli zvyšující se viskozitě za nízkých teplot. [3] 3.2 Uskladnění maziv Správné uskladnění je nedílnou součástí zacházení s mazivy. Existuje více metod a možností, jak správně uskladnit mazivo. Nesprávné uskladnění vede k znehodnocení a následnému vyhození maziva. Ovšem správným skladováním mazacích látek se ušetří spousta starostí a nákladů. [3] [5] Uskladnění na volném prostranství Ideálně by se měly mazací oleje a plastická maziva skladovat v uzavřených a temperovaných prostorách. Toto platí obzvláště pro vodou mísitelné chladící mazací látky (např. emulzní oleje). Pokud není možnost uskladnění v uzavřeném prostoru, mělo by se dbát alespoň na určité zásady. [3] Sudy by měly být skladovány pod přístřeškem a bezpodmínečně v ležaté poloze. Pokud je sud skladován na volném prostranství ve stojaté poloze, může nastat situace, kdy do sudu vnikne voda, či jiné nečistoty a tím pádem se obsah tohoto sudu znehodnotí. Dále, i přestože sudy mají originální zaplombované zátky, může do nich vniknout vlhkost, díky takzvanému dýchání sudů. [3] Při přímém slunečním svitu se oleje v sudech rozpínají a tím vytlačují vzduch nad hladinou oleje. Naopak při nižších teplotách se olej smršťuje a tím vzniká v sudu podtlak, díky němuž se dostává dovnitř sudu vzdušná vlhkost, nashromážděná dešťová voda a jiné nečistoty. [3] Uskladnění v uzavřených prostorách Místnost, které je určena ke skladování maziv má být suchá, rovnoměrně temperována a zajištěna proti mrazu. Poloha tohoto prostoru má být volena tak, aby místo spotřeby maziv bylo v co nejkratší vzdálenosti. Další kritéria k výběru polohy jsou dobrá 14

15 příjezdová komunikace a snadné možnosti vykládky, aby vykládka byla co nejrychlejší a zároveň co nejbezpečnější. [3] Velikost skladovacího prostoru je určená množstvím a sortimentem skladovaných látek. Pro běžnou potřebu je doporučeno mít zásobu na 3 měsíce dopředu. Pokud je potřeba skladovat více sudů, pak se sudy stohují pomocí stohovacích palet, nebo stohovacích trámků. Tyto metody skladování šetří místo, zlepšují přehlednost a s vysokozdvižným vozíkem je přemístění sudů mnohem snazší. [3] Pro předejití nehod a jiných omylů je nutnost vést evidenci a pečlivě označovat všechny nádrže, nádoby, obaly a mazací přístroje podle druhu látky, kterou používáme. Dále je nutnost udržovat pořádek ve skladu i jeho blízkém okolí. Pro veškerá maziva se určují výstižné značky, geometrické obrazce, písmena a písmena podle uvedené normy DIN [3] Samozřejmostí je zákaz kouření a manipulace s otevřeným ohněm v celém areálu. Všechna pracoviště s mazivy musí mít provozní řád, který uvádí i přesný postup likvidace mimořádných událostí. Na obr. 2 je názorná ukázka, jak by mohl vypadat sklad maziv s přilehlým olejovým hospodářstvím. [3] [5] Obrázek 2 Sklad s mazivy [5] 1 nádrže na čistý olej; 2 - nádrže na použitý olej; 3 výdejní stěna; 4 sudy méně používaných olejů; 5 regál na pomůcky a materiál; 6 montážní jáma; 7 pojízdné záchytné zařízení pro vypouštění olejových náplní; 8 záchytná nádoba 15

16 4 VÝVOJ A VÝROBA MOTOROVÝCH OLEJŮ 4.1 Výroba motorových olejů Pro dosažení požadovaných užitných vlastností motorového oleje je nutné správně zvolit a sladit v optimální celek: - vhodný základní olej - vyhovující druhy zušlechťujících přísad - správné dózování Většina velkých a známých společností vyrábí základové oleje ve vlastních rafinériích. Ovšem tyto rafinérie nepatří pouze jedné společnosti, ale podíl v ní má více společností. Důvod je prostý, výroba vysoce kvalitních základových olejů a následně jejich doprava po celém světě je ekonomicky výhodnější, než kdyby se stejné množství takto kvalitních olejů mělo vyrábět v několika lokálních rafinériích. Z tohoto důvodu oleje, které jsou prodávané v Evropě, nejsou vyráběny pouze v evropských rafinériích. K výrobě motorových olejů je důležitá mísírna, vše ostatní lze nakoupit, proto je daleko více výrobců motorových olejů než výrobců základových olejů. Pak jsou zde firmy, které prodávají tyto oleje pod svojí obchodní značkou, ale přitom oleje vůbec nevyrábí. Je to možné, protože se firmy můžou dohodnout s výrobci motorových olejů, dále nechat naplnit obaly s vlastními etiketami a ty vydávat za svůj produkt. [22] [24] Výroba kompletních aditiv pro maziva je soustředěna pouze do pár velkých aditivářských firem. Je zde i několik menších firem, které ale vyrábí jen některá aditiva, nikoliv všechny. Firmy zabývající se výrobou oleje, vlastní aditiva nevyrábí, nemají vlastní receptury, ale aditiva nakupují. Současně s nákupem aditiv dostanou návod na výrobu hotového motorového oleje (v jaké míře namíchat aditiva se základovými oleji). Výrobci motorových olejů neznají přesné složení aditiv, které míchají do svých olejů, a proto také aditivářské firmy prodávají stejnou, nebo podobnou formulaci aditiv několika olejářským společnostem. [22] [24] Požadovaná viskozita oleje se nastavuje mísením více základových olejů do sebe. Dále se do této směsi přidá aditivační balík, který obsahuje všechny potřebné přísady. Přídavkem polymerních modifikátorů viskozity se pak ještě upraví konečná viskozita 16

17 výsledného motorového oleje. Olejářské společnosti mají vlastní mísírnu, používají oleje ze stejného zdroje a velmi důkladně hlídají kvalitu základových a motorových olejů. [22] 4.2 Vývoj motorových olejů Motorové oleje prošly stejně rychlým vývojem jako vlastní motory. Správná funkce motoru je ovlivněna druhem a jakostí oleje. Dnešní moderní vysoko výkonné motory by nebyly schopny provozu s oleji z předválečné výroby. Vývoj olejů se může rozdělit na čtyři hlavní etapy. [6] Během první etapy se motory mazaly převážně jedním typem oleje, ale vzhledem k nedokonalosti mazání a častým údržbám se muselo přejít na jiný způsob. [6] Na přelomu padesátých a šedesátých let probíhala druhá vývojový etapa, kvůli rozvoji dvoudobých motocyklů a automobilů. Na světový trh bylo uvedeno mnoho jakostních olejů, které obsahovaly aditiva, která v minimálním množství ovlivňovala vlastnosti samotných olejů. [6] Třetí etapa, která probíhala na konci šedesátých let zahrnovala příchod systému odděleným mazáním čerstvým olejem a s ním byly vyvinuty nové oleje, které odpovídaly svými vlastnostmi požadavkům odděleného mazání. [6] Poslední, čtvrtá etapa začala na počátku sedmdesátých let, kdy naftové monopoly zasahovaly do vývoje motorových olejů. Dnes není na motorový olej jediným požadavkem jakost mazání, ale do popředí se dostávají požadavky na zneškodnění využitého oleje a ochrana životního prostředí. [6] 5 MOTOROVÉ OLEJE Od vyrobení prvního motocyklu uplynulo více než 100 let. Hnací agregáty se postupně konstrukčně vyvíjely, a to nutilo výrobce olejů ke stálému zdokonalování výroby (dříve řepkový olej, rybí tuk, lůj), ať už změnou technologie výroby, nebo přidáváním různých aditiv. [12] 17

18 Oleje se dělí podle technologie výroby do tří skupin: - minerální (ropné) oleje - syntetické oleje - polosyntetické oleje Minerální oleje, označované také jako ropné, jsou směs uhlovodíků s jednoduchými vazbami mezi atomy vodíků a získávají se převážně z ropy. Výroba probíhá rafinací, kdy se odstraňují tepelně nestálé látky, které by znečišťovaly namáhaná místa v motoru. Viskozitní index, obsah síry a obsah nasycených uhlovodíků jsou měřítkem kvality základového oleje. Kvalitnější olej obsahuje méně síry a více uhlovodíků. [12] [21] Minerální oleje se dnes využívají hlavně k mazání většiny starších motorů (historická vozidla), ale mají využití i u nových strojů s nižším měrným výkonem. [21] Syntetické oleje jsou úzká frakce uhlovodíků, která není získaná z ropy, ale syntézou uhlovodíků. Tyto oleje mají vyšší odolnost proti vysokým teplotám, vyšší tekutost při nízkých teplotách, lepší mazivost, vyšší viskozitní index a mnoho dalších výhod ve srovnání s minerálními oleji. [12] [21] Polosyntetické oleje jsou minerální oleje se syntetickými komponenty. Je pravidlem, že syntetické komponenty mají nadpoloviční zastoupení v těchto olejích. V dnešním průmyslu se polosyntetické oleje používají nejčastěji a s oleji minerálními, nebo syntetickými se setkáme jen zřídka. Polosyntetické oleje mají větší životnost a díky svým provozním vlastnostem jsou ideální do motorů s vyšším měrným výkonem. [12] [21] 5.1 Požadavky na olej Dnes jsou kladeny vysoké požadavky na mazání spalovacího motoru, tím pádem na vlastnosti olejů k mazání. V motoru jsou součásti, které pracují při kolísavé a rozdílné teplotě, s vratným i rotačním pohybem (vačky, ozubená kola) a díky tomuto je olej dlouhodobě velice namáhán a je vystaven různým chemickým vlivům. V horních partiích pístu je olej vystaven teplotám, které působí rozklad oleje, který zčásti i shoří. [4] 18

19 Dopravní prostředky, využívající spalovací motor, jezdí po celém světě, a proto musí být motorový olej použitelný v mnoha typech motoru a v různých podmínkách provozu. Díky tomu vyráběný sortiment není příliš rozsáhlý. To ale vyžaduje, aby olej vyhověl i při nejnepříznivějších podmínkách provozu a byl jakostní. Z tohoto důvodu jsou oleje v olejářském průmyslu jedním z nejšpičkovějších výrobků. [4] Funkce motorových olejů Moderní motory jsou velice složitá soustava, a proto zde olej neslouží pouze k mazání, ale musí zajistit mnoho dalších potřeb motoru, které mají protikladné nároky na jeho nároky: 1. Mazání součástí s kluzným třením (ložiska, pístní čep, písty a kroužky, vačky, ozubená kola). 2. Chlazení motoru přenosem tepla z míst, kde jsou velmi vysoké teploty, na místa, kde se předá teplo vzduchu (olejová vana, chladič oleje). 3. Spalování při zanechání co nejmenších zbytků. 4. Dotěsnění pístů (pístních kroužků ve válci), aby stlačený plyn pronikal kolem pístu co nejméně a tím se nesnižoval výkon systému. 5. Konzervace kovových ploch, zabraňovat korozi a tím zvyšovat životnost mazaných ploch, tj. schopnost fungovat dlouhou dobu bez výměny, nebo renovace. 6. Dlouhá životnost oleje [4] 1. Mazáním se předchází nežádoucímu tření mezi vzájemně se pohybujícími plochami. Následky tohoto tření se buď velmi podstatně zmírní, nebo zcela odstraní. Alternativa, která se podaří zajistit závisí na tom, jaké jsou mezi třecími plochami mechanické poměry. Nejoptimálnější případ nastává, pokud jsou zde předpoklady pro hydrodynamické čili kapalinové mazání. V tomto případě jsou plochy odděleny souvislou a nepřetržitou vrstvou maziva, tudíž se nedotýkají. [4] 19

20 Pro vznik hydrodynamického mazání je předpokladem dostatečná vzájemná smyková rychlost ploch, dostatek maziva a vytvoření klínu na nájezdové hraně (obr. 3). [4] Obrázek 3 Hydrodynamické mazání [4] F zatížení; v rychlost; p velikost tlaku v souvislé vrstvě Při vzájemném pohybu mezi třecími plochami vznikne nosná vrstva maziva, zde se vytvoří takový tlak, který je dostatečný na to, aby zatíženou plochu nadzvedl a tím vlastně plave na mazivu. Třecí plochy se neopotřebují, protože jsou dokonale odděleny a nedotýkají se ani svými nerovnostmi. Pokud nejsou splněny všechny předpoklady hydrodynamického mazání, vzniká mezní tření. [4] Vhodné mazivo, jako např. ropný olej obsahuje polární molekuly, které jedním svým koncem pevně přilnou k povrchu kovové plochy, nastaví se vedle sebe a vytvoří mezní vrstvu, která je souvislá. Na obou třecích plochách a jejich nerovnostech pevně drží, takže při vzájemném pohybu na sebe naráží molekuly oleje, a ne nerovnosti třecích ploch. V tomto případě je mazání méně dokonalé, součinitel tření je vetší a součásti se opotřebovávají v místech kde je největší tlak, v důsledku prorážení mezní vrstvy. I přesto je to nesrovnatelně lepší případ, než kdyby zde byla absence maziva. Mezní vrstva udržuje součinitel tření a opotřebení na únosné míře a tím umožňuje provoz motoru. [4] 2. Chlazení motoru je velmi důležitou funkcí oleje. Tok značného množství motorem je velmi důležitý pro zajištění této funkce. Ovšem tekutost oleje má zde také velký význam tedy olej, který má menší viskozitu je účinnější. Za účelem snížení teploty čela pístu se u motorů s vysokou teplotou pístu nastřikuje olej vnitřkem pístu až na dno. Olej předává teplo přes stěnu motorové vany, ale pokud je teplo k přenesení příliš velké, 20

21 je nutnost vybavit motor chladičem oleje. Zde olej předává teplo buď vzduchu, nebo chladící vodě. [4] Obrázek 4 Chladící olejový okruh motocyklu BMW R1200GS [9] 3. Olej, který vnikne do prostoru, kde probíhá hoření směsi, musí z velké části nezbytně shořet. Je požadováno, aby olej hořel dokonale a nezanechal větší stopu uhlíkatých zbytků, protože vniknutí oleje do spalovacího prostoru nelze zabránit. [4] 4. Stěna válce, funkční plochy pístních kroužků a plášť pístu jsou pokryty vrstvičkou oleje a tím se zajistí dotěsnění pístu. Ve válci není možné, aby lícování pístu zabránilo pronikání stlačených plynů z prostoru nad pístem do karteru, a proto vzniklou mezeru zaplňuje mazací olej, který podstatně omezí unikání plynu. Čím je olej viskóznější, tím tlustší vytváří vrstvu a tím pádem dotěsní větší mezery, ovšem moderní technologie výroby motoru nárok na tuto funkci oleje zmenšuje, díky přesnější výrobě, omezením tepelné deformace, aj. Proto moderní motory potřebují méně viskózní olej. [4] 5. Konzervace kovových ploch je velice důležitá. Kovové plochy chrání olejová vrstva, delší ochranu a lepší konzervaci zajišťuje viskóznější olej. [4] 6. Dlouhá životnost oleje je důležitá z hlediska ekonomického a z hlediska jednoduchosti provozu spojené s výměnou oleje. Olej postupně mění své vlastnosti z důvodů procesů, které probíhají v pracujícím motoru. Tyto změny se označují jako 21

22 stárnutí oleje. Tento jev je způsoben buď chemickými změnami v oleji, nebo znečištěním cizími látkami, které jsou rozpustné, nebo zůstávají jako mechanické nečistoty. [4] Důležitý fakt je, že stárnutí oleje není v jeho mazací funkci na závadu, ba naopak se stárnutím zlepšuje mazací schopnost. Ovšem, když je obsah produktu stárnutí tak velký, že se začne vylučovat jako kal, který způsobí mechanické závady jako například ucpávání, zanášení a omezování toku, tak potom nastává závadný stav. [4] 5.2 Vlastnosti motorových olejů Nejdůležitější číselně vyjádřitelná hodnota olejů je viskozita. Představuje vnitřní odpor mezi částicemi kapaliny, které se mezi sebou vzájemně pohybují. Avšak pojem viskozita nesmíme zaměňovat s přilnavostí kapaliny na tuhé těleso. Na stykové ploše dvou vrstev tekutiny, které se pohybují různou rychlostí, se projevuje viskozita tečným napětím. Toto tečné napětí zapříčiňuje to, že rychlejší vrstva se snaží zrychlovat tu pomalejší, a ta se naopak snaží zpomalovat tu rychlejší. [6] [12] Viskozita ovlivňuje tokové vlastnosti látek, určuje režim mazání, tvorbu a únosnost mazacího filmu, velikost odporu pohyblivých částic, těsnící schopnost a čerpatelnost (čerpatelnost vyjadřuje schopnost být nasávaný a vytlačovaný z olejového čerpadla, a zároveň charakterizuje chování za nízkých teplot). Viskozita se mění vlivem tlaku a teploty, tyto závislosti určují vlastnosti použitého oleje. Koeficient viskozity je mírou této závislosti a v praxi se nejvíce uplatňuje jako viskozitní index. [12] Rozlišujeme viskozitu kinematickou a dynamickou: Kinematická viskozita definuje poměr dynamické viskozity a hustoty kapaliny. ν = η ρ 1 Jednotka kinematické viskozity je m 2 s 1. Dynamická viskozita představuje vztah míry tření proudící kapaliny při rychlosti 1s 1 a má jednotku Pa s. 22

23 Pro hodnocení maziv je měření a výpočet viskozit zcela zásadní. Vyjadřuje se jako relativní viskozita, což je poměr viskozity dané kapaliny a viskozity srovnávací kapaliny při dohodnutých teplotách (např. destilované vody při 20 C). [12] 1 η rel = η η 0 Viskozita se měří přístrojem, který má název viskozimetr. Stanovuje se dobou průtoku daného množství oleje kapilárou za přesné dané teploty. Dalším způsobem je měření podle rychlosti pádu kuličky v kapalině, nebo měření na základě přenosu rotačního momentu. Ovšem měření kuličkovým viskozimetrem je nejrozšířenější. [12] Obrázek 5 Hopplerův kuličkový viskozimetr [14] Viskozitní index oleje je bezrozměrná veličina, která udává vliv teploty na viskozitu oleje v porovnání s dvěma řadami standartních olejů (oleje z mexické a pensylvánské ropy), které mají při teplotě 98,89 C (210 F) stejnou viskozitu jako zkušební oleje. Z toho vyplývá, že příznivější průběh viskozitně-teplotní závislosti mají oleje s vyšším viskozitním indexem. [12] [20] VI = L U L H

24 VI [ ] L [m 2 s 1 ] viskozitní index kinematická viskozita oleje s VI=0 při 100 F, který má shodnou kinematickou viskozitu při teplotě 210 F jako viskozita zkoušeného oleje při téže teplotě. U [m 2 s 1 ] kinematická viskozita zkoušeného oleje při 100 F H [m 2 s 1 ] kinematická viskozita oleje s VI=100 při 100 F, který má shodnou kinematickou viskozitu při teplotě 210 F jako viskozita zkoušeného oleje při téže teplotě. 5.3 Klasifikace motorových olejů Obrázek 6 Určení viskozitního indexu [16] Maziva, která jsou prodávána, mají své obchodní názvy, které samy o sobě nic neříkají o vlastnostech a možnostech použití paliv. Pouze u motocyklových a automobilových olejů bývá součástí názvu viskózní specifikace. V produktových listech od výrobce jsou detailní informace o mazivu. Ty podrobně popisují vlastnosti, složení a oblast použití maziv. Nejdůležitější informace jsou stručné uvedeny přímo na obalech oleje. [25] 24

25 Oleje jsou klasifikovány podle různých norem právě kvůli rozmanitosti strojírenství týkajícího se motorů a kvůli velké oblasti použití olejů. Klasifikace olejů popisují, k čemu je olej přesně určený a usnadňují nám výběr správného oleje Klasifikace dle JASO Klasifikace API, ACEA a SAE nestačí k dokonalému posuzování motorových olejů pro motocykly. U motocyklů se vyskytují odlišné konstrukční prvky, jako je mokrá spojka, kde není možné použít klasický automobilový olej. Z tohoto důvodu v roce 1999 vznikla nová specifikace JASO zásluhou čtyř světových motocyklových značek (Honda, Kawasaki, Suzuki, Yamaha). Tato norma JASO hodnotila oleje pro čtyřdobé motocykly. Důležitý aspekt testovacích procedur je právě test tření na mokré spojce. Dnes máme tyto třídy dle JASO: MB, MA, MA1 a nejnovější MA2. Většina olejů, které byly nabízeny, splňovala hodnoty pro třídu MA, a proto pro detailnější a přesnější rozdělení v roce 2006 vznikla třída MA2, která splňovala přísnější kritéria. Klasifikace olejů do těchto tříd vychází z výsledku testu tření na spojce. Specifikace JASO T904MA/MB zahrnuje kompletní soubor zkoušek, jak fyzikálních, tak chemických, a navíc ještě test tření na mokré spojce. V následujících tabulkách jsou hodnoty, které spadají do jednotlivých tříd. [19] [20] Tabulka 1 Rozdělení specifikace JASO do dvou podskupin [19] JASO JASO MA JASO MB Index dynamického tření (DFI) 1.45 and < and <1.45 Index statického tření (SFI) 1.15 and < and <1.15 Index času zastavení (STI) 1.55 and < and <1.55 Tabulka 2 Rozdělení specifikace JASO MA do dvou podskupin [19] JASO MA JASO MA1 JASO MA2 Index dynamického tření (DFI) 1.45 and < and <2.5 Index statického tření (SFI) 1.15 and < and <2.5 Index času zastavení (STI) 1.55 and < and <2.5 25

26 Pokud všechny tři vlastnosti oleje JASO MA spadají do mezí stanovených specifikací MA1, pak je olej klasifikován jako MA1. Pokud všechny jeho vlastnosti spadají do mezních hodnot skupiny MA2, pak lze olej klasifikovat jako MA2. Pokud ale některé ze tří vlastností spadají do skupiny MA1, a některé do skupiny MA2, pak se olej klasifikuje jako JASO MA. [19] Viskozitní klasifikace olejů SAE Viskozita (nebo také míra vnitřního tření) mazacího oleje není konstantní veličina, ale je ovlivněna okolními podmínkami. Při chodu motoru dochází vně motoru ke změnám teplot a tlaku. V tomto případě je žádoucí, aby se viskozita oleje za těchto podmínek co nejméně měnila. Závislost viskozity oleje na teplotě je vyjádřena viskozitním indexem, čím větší je hodnota viskozitního indexu, tím méně se při změnách teploty v motoru mění viskozita. Viskozitní index uvádějí výrobci maziv a pro běžné označení viskozitních vlastností motorového oleje se používá výhradně klasifikace SAE. Tato norma klasifikuje motorové oleje do šesti zimních tříd, které jsou označeny číslem a písmenem W (Winter) a pěti letních tříd, které jsou označeny pouze číslem. Čísla, kterými se označuje, jsou bezrozměrná a nevyjadřují vztah k žádné fyzikální veličině. Přesto zde platí pravidlo, čím je hodnota čísla vyšší, tím je takto označený olej za dané teploty viskóznější. [26] - Zimní třídy: 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W - Letní třídy: 20, 30, 40, 50, 60 Obrázek 7 Viskozitní třídy SAE motorových olejů podle teplot okolí [26] 26

27 Tabulka 3 Viskozitní tabulka SAE J300 [26] Viskózní třída SAE 0W 5W 10W 15W 20W 25W Viskozita ve studeném Viskozita HTHS stavu při 100 C 150 C hraniční max. min. max. min. čerpací dynamická kinematická kinematická dynamická teplota [ C] viskozita viskozita viskozita viskozita při [mpa s] [mm2/s] [mm2/s] [mpa s] mpa s 6200 při -35 C -40 3, při -30 C -35 3, při -25 C -30 4, při -20 C -25 5, při -15 C -20 5, při -15 9, C ,1 1, , ,1 8,2 2, ,9 <9,3 2, ,3 <12,5 2, ,5 <16,3 2,9/3,7* ,3 <21,9 3, ,9 <26,1 3,7 * - hodnota 2,9 mpa s platí pro třídy 0W40, 5W40 a 10W40, hodnota 3,7 mpa s platí pro 15W40, 20W40, 25W40 a 40 Zimní označení vymezuje startovatelnost motoru za nízkých teplot. Platí, že čím nižší je číslo zimní třídy, tím je snadnější spuštění motoru v nízkých teplotách, tzn. olej není příliš viskózní. Olej s označením 0W umožňuje bezproblémové startování motoru při teplotách okolo -50 C a olej 5W při teplotách okolo -40 C (údaj je orientační, startovatelnost závisí také na typu a velikosti motoru). [26] Označení letní naopak garantuje dostatečnou viskozitu oleje při vysokých teplotách. Platí, že čím vyšší je číslo letní třídy, tím může být teplota okolí vyšší a olej bude stále zajišťovat dostatečné mazání motoru, tzn. olej nemá příliš nízkou viskozitu, což zapříčiňuje trhání mazacího filmu. Z praxe je dokázáno, že pro evropské klimatické 27

28 podmínky jsou dostačující oleje s letním označením 40 a 50, oleje třídy 60 mohou zapříčinit snížení výkonu motoru. [26] V současné době se používají hlavně vícestupňové motorové oleje, které zajišťují celoroční bezpečné mazání motoru za různých klimatických podmínek. Oleje se označují kombinací zimní a letní třídy, kde první číslo je zimní třída a druhé třída letní. [26] Výkonnostní klasifikace olejů Výrobce oleje stanoví oblast, ve které je vhodné daný olej používat. Oblast, do které spadá jednotlivý olej, je určena především složením samotného oleje (složení základových olejů, obsah aditiv). Kromě toho, že se olej řadí do různých skupin, podle způsobu použití oleje, může být tomuto oleji přidělena výkonnostní třída. Tato třída určuje, jak velké zatížení snese olej, aniž by se výrazným způsobem zhoršila jeho funkce. [27] Motorové oleje jsou rozděleny do výkonnostních tříd dle evropské normy ACEA, nebo americké normy API. Výrobci motorových vozidel požadují, aby olej použitý k mazání motoru vyhovoval těmto normám, nebo výkonnostní třídě, kterou si výrobce sám definuje. Proto výrobci olejů nechávají testovat své produkty podle mezinárodních norem a norem výrobců. Výsledkem je popis, který uvádí, jaké normy olej splňuje. [27] Výkonnostní klasifikace dle ACEA Asociace evropských konstruktérů automobilů ACEA v roce 1991 nahradila sdružení CCMC. Sdružení CCMC bylo založeno roku 1972 z důvodu, že specifikace API plně nevyhovovala evropským motorům, z důvodu lišící se konstrukce motorů amerických. Nejdříve asociace ACEA převzala klasifikaci ze zaniklé klasifikace CCMC, ale v roce 2004 ACEA vydala nový systém klasifikace motorových olejů. [27] [8] [17] Nyní se dělí nové motorové oleje do čtyř skupin: - A Zážehové motory - B Vznětové motory - C Zážehové a vznětové motory osazené částicovými filtry - E Vznětové motory těžkých užitkových vozidel 28

29 Výkonnostní stupeň se udává číslem. Čím vyšší číslo, tím kvalitnější je olej. [27] Tabulka 4 ACEA klasifikace olejů pro zážehové a vznětové motory [27] Výkonnostní třída ACEA A1, B1 A2, B2 A3, B3 B4 A4 A5, B5 Použití oleje Standardní olej, normální intervaly výměny HTHS [mpa s] 2,9-3,5 Standardní olej, normální intervaly výměny (Již neplatné) > 3,5 Olej pro vysokou zátěž, možnost prodloužení intervalu výměny > 3,5 Jako B3 + možno použít pro dieselové motory s přímým vstřikováním > 3,5 Rezervováno pro oleje pro benzínové motory s přímým vstřikováním Jako A3 / B4, avšak se sníženou viskozitou HTHS - 2,9-3,5 Tabulka 5 ACEA klasifikace olejů pro zážehové a vznětové motory osazené částicovými filtry [27] Výkonnostní třída ACEA C1 C2 Použití oleje Stabilní olej kompatibilní s katalyzátorem pro vysoce výkonné zážehové i vznětové motory osobních a lehkých nákladních automobilů se systémy DPF (Diesel Particulate Filter) a TWC (Three Way Catalyst), které vyžadují nízkoviskózní oleje se sníženým obsahem SAPS (Sulfate Ash Phosphorus Sulfur - sulfátový popel, síra, fosfor) a HTHS vyšší než 2.9 mpa s. Tyto oleje prodlužují životnost systémů DPF a TWC a snižují spotřebu paliva. Stabilní olej kompatibilní s katalyzátorem pro vysoce výkonné zážehové i vznětové motory osobních a lehkých nákladních automobilů se systémy DPF (Diesel Particulate Filter) a TWC (Three Way Catalyst), které vyžadují nízkoviskózní oleje s HTHS vyšší než 2.9 mpa s. Tyto oleje prodlužují životnost systémů DPF a TWC a snižují spotřebu paliva. HTHS [mpa s] > 2,9 > 2,9 29

30 C3 C4 Stabilní olej kompatibilní s katalyzátorem pro automobily se systémy DPF (Diesel Particulate Filter) a TWC (Three Way Catalyst). Tyto oleje prodlužují životnost těchto systémů. Stabilní olej kompatibilní s katalyzátorem pro automobily se systémy DPF (Diesel Particulate Filter) a TWC (Three Way Catalyst). Tyto oleje prodlužují životnost těchto systémů. (platná od roku 2006) > 3,5 > 3,5 Tabulka 6 ACEA klasifikace olejů pro vznětové motory těžkých užitkových vozidel [27] Výkonnostní třída ACEA E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 Již neplatné od 3/2000 Použití oleje Standardní olej, normální intervaly výměny Olej pro vysokou zátěž, možnost prodloužení intervalu výměny (Již neplatná) Olej pro extrémně vysokou zátěž, možnost prodloužení intervalu výměny Olej pro vysokou zátěž, možnost prodloužení intervalu výměny Vysoce stabilní oleje podporující čistotu pístů, snižující opotřebení (včetně působením sazí) a zajišťující stálé mazání. Olej je doporučován pro moderní, vysoce zatěžované vznětové motory, splňující emisní limity Euro 1-4. Umožňuje prodloužené výměnné intervaly dle doporučení výrobce. Je vhodný pro motory se systémy EGR (Exhaust Gas Recirculation), DPF (Diesel Particulate Filter) a SCR NOx (Selective Catalitic Reduction). Třída E6 je zvláště doporučována pro motory s DPF systémy, které spalují palivo s nízkým obsahem síry (50 ppm). Stabilní oleje zabraňující usazování nečistot na pístech a vzniku zrcadlových ploch na stěnách válců. Omezuje opotřebení (včetně působením sazí), vznik úsad v turbodmychadlu. Olej je doporučován pro moderní, vysoce zatěžované vznětové motory splňující emisní limity Euro 1-4. Umožňuje prodloužené výměnné intervaly dle doporučení výrobce. Je vhodný pro většinu motorů se systémy EGR (Exhaust Gas Recirculation) a SCR NOx (Selective Catalitic Reduction). není vhodný pro systémy DPF (Diesel Particulate Filter). HTHS [mpa s] 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 30

31 E9 Nový LOW-SAPS olej (zaveden v r. 2008) splňující požadavek na vysoce kvalitní olej Super Diesel (SHPD) pro použití v polovině dostupných aplikací. ACEA E9 obsahuje mnoho prvků v Severní Americe uznávané specifikace API CJ-4. ACEA doporučila normu ACEA E9 do vozidel vybavených moderními systémy následného zpracování výfukových plynů na snížení množství znečišťujících částic (FAP) a oxidy dusíku (EGR a / nebo SCR) v kombinaci s nízkým obsahem síry v naftě. E9 předpokládá základní využití pro Euro VI legislativy emisí, která bude pravděpodobně požadovat povinné DPF filtry u všech vozidel v Evropě (sulfátový popel max. 1,0 % hm.) 3, Výkonnostní klasifikace dle API Norma API dělí motorové oleje podle typu motoru na zážehové a vznětové. Motorové oleje pro zážehové motory jsou označeny písmenem S (Service) a pro vznětové motory se značí písmenem C (Commercial). Další písmeno v řadě vyjadřuje výkonnostní stupeň, začíná se od písmene A. Platí, že čím je písmeno dále v řadě abecedy, tím je olej kvalitnější. [27] V současné době jsou moderní oleje schopny pracovat zároveň jak se zážehovými motory, tak se vznětovými. Takové oleje jsou značeny kombinací dvou příslušných symbolů S a C. Pokud je jako první písmeno uvedeno S, tak je olej prioritně pro zážehové motory, pokud je první písmeno C, tak je olej prioritně pro vznětové motory. [27] Klasifikace API vznikla kvůli vývoji motorových olejů na americkém kontinentu, proto vyšší třídy těchto motorových olejů plně nevyhovují podmínkám pro evropské motory (motory jsou konstrukčně, objemově a výkonově odlišné). [27] 31

32 Tabulka 7 API klasifikace olejů pro zážehové motory [27] Výkonnostní třída API SN SM SL SJ SH SG SF SE SD SC SB SA Status Současná Současná Současná Současná Zastaralá Zastaralá Zastaralá Zastaralá Zastaralá Zastaralá Zastaralá Zastaralá Použití oleje Pro motory vyrobené po roce 2011 a starší. Vhodná tam, kde je potřeba poskytnout vyšší ochranu pístů, při vyšších teplotách, kde je požadovaná přísnější kontrola kalu a kompatibility s těsněními. Klasifikace SN zaručuje vyšších ochranu turbodmychadla a motoru provozovaném na ethanol do E85. SN zároveň hovoří o vyšší kontrole emisí a nižší spotřebě paliva. Pro všechny současné motory. Kategorie zavedena 30. listopadu Oleje klasifikace SM obsahují aditiva pro kontrolu deposit, pro snížení oxidace oleje, snížení opotřebení a aditiva zlepšující vlastnosti oleje za nízkých teplot. Pro všechny současné motory i starší motory. Kategorie zavedena roku Pro motory z roku 1996 a mladší. Pro motory z roku 1996 a starší. Olej obsahuje aditiva pro kontrolu deposit, pro snížení oxidace oleje, snížení opotřebení a aditiva proti korozi. Pro motory z roku Olej obsahuje aditiva pro kontrolu deposit, pro snížení oxidace oleje, snížení opotřebení a aditiva proti korozi. Pro motory z roku Obsahuje aditiva pro zvýšení oxidační stability a aditiva proti opotřebení, aditiva pro kontrolu tvorby usazenin za nízké i vysoké teploty, pro ochranu proti opotřebení a korozi. Pro motory z roku Obsahuje aditiva zabraňující oxidaci oleje, aditiva pro kontrolu tvorby usazenin za nízké i vysoké teploty, pro ochranu proti opotřebení a korozi. Pro motory z roku Obsahuje aditiva pro kontrolu tvorby usazenin za nízké i vysoké teploty, pro ochranu proti opotřebení a korozi. Pro motory z roku Obsahuje aditiva pro kontrolu tvorby usazenin za nízké i vysoké teploty, pro ochranu proti opotřebení a korozi. Pro starší motory vyžadující minimální ochranu aditivy. Lze použít pouze jeli výslovně požadováno výrobcem. Pro starší motory, bez nároku na výkon a ochranu. Lze použít pouze jeli výslovně požadováno výrobcem. 32

33 Tabulka 8 API klasifikace olejů pro vznětové motory [27] Výkonnostní třída API FA-4 CK-4 CJ-4 CI-4 CH-4 CG-4 CF-4 CF-2 Status Současná Současná Současná Současná Současná Současná Současná Současná Použití oleje Speciální motorové oleje pro vznětové motory modelové řady od roku 2017 s viskozitními třídami SAE xw-30 a pro používání motorové nafty s velmi nízkým obsahem síry. Oleje API FA-4 nejsou vzájemně zaměnitelné ani zpětně kompatibilní s API CK-4, CJ-4, CI-4 a CH-4. Informace o tom, zda jsou oleje API FA-4 vhodné pro použití, naleznete v doporučení výrobce motoru. Motorové oleje pro vznětové motory modelové řady od roku 2017 pro motorové nafty se standardním obsahem síry od 15 do 500 ppm. Oleje API CK-4 překračují výkonnostní kritéria API CJ-4, CI-4 a CH-4 a mohou efektivně mazat motory vyžadující tyto kategorie API. Motorové oleje s velmi vysokou výkonovou rezervou pro vznětové motory vyráběné po roce API CJ-4 oleje překračují výkonnostní kritéria API CI-4, CH-4, CG-4 a CF- 4 a mohou efektivně mazat motory vyžadující tyto kategorie API. Zavedena v září Pro vysoko-rychlostní čtyřdobé motory, u kterých je vyžadováno splnění výfukových emisních norem roku 2004 zavedených v roce CI-4 oleje mají speciální složení a trvanlivost pro užití v motorech s recirkulací výfukových zplodin (EGR). Jsou určeny pro použití v motorech, které používají palivo s hmotnostním obsahem síry do 0.5 %. Může být použit místo CD, CE, CF-4, CG-4 a CH-4 olejů. Zavedena v roce Pro vysoko-rychlostní čtyřdobé motory, u kterých je vyžadováno splnění výfukových emisních norem z roku CH-4 oleje mají speciální složení pro užití s palivem s hmotnostním obsahem síry do 0.5 %. Může být použit místo CD, CE, CF-4 a CG-4 olejů. Zavedena v roce Pro vysoce zatížené, vysoko rychlostní, čtyřdobé motory užívající palivo s hmotnostním obsahem síry do 0.5 %. CG-4 oleje jsou požadovány pro motory splňující emisní normy z roku Může být použit místo CD, CE a CF-4 olejů. Zavedena v roce Pro vysoko-rychlostní, čtyřdobé, atmosféricky plněné motory a motory s turbodmychadlem. Může být použit místo CE olejů. Zavedena v roce Pro vysoce zatížené, dvoudobé motory. Může být použit místo CD-II olejů. 33

34 CF CE CD-II CD Současná Zastaralá Zastaralá Zastaralá Zavedena v roce Pro off-road motory s nepřímým vstřikováním a motory používající palivo s hmotnostním objemem síry nad 0.5 %. Může být použit místo CD olejů. Zavedeno v roce Pro vysoko-rychlostní, čtyřdobé, atmosféricky plněné motory a motory s turbodmychadlem. Může být použit místo CC a CD olejů. Zavedeno v roce Pro dvoudobé motory. Zavedeno v roce Pro určité atmosféricky plněné motory a motory s turbodmychadlem. CC Zastaralá CB Zastaralá CA Zastaralá Pro motory z roku Pro středně zatížené motory z roku 1949 až Pro lehce zatížené motory z roku ADITIVA Nedostatky základních olejů se vyrovnávají pomocí zušlechťujících přísad. Aditiva jsou chemické látky, které jsou přidány do základních olejů a tím zlepšují jeho vlastnosti. Množství aditiv v základovém oleji se pohybuje od 1 do 25 %. Na základě norem a praktických zkoušek výrobci stanovují množství a druhy aditiv. [28] [12] Dělení aditiv podle chemické struktury: - polární aditiva Povrchově aktivní aditiva. Jsou to polární látky, což znamená, že jejich molekuly jsou nesymetrické, a proto na jejich koncích vzniká elektrický náboj. Právě proto jsou tyto molekuly přitahovány k povrchům, např. k povrchu pístu. Polární aditiva vytvoří tenký film na povrchu a ten zvyšuje odolnost vůči korozi, proti usazování nečistot, proti poškození apod. [28] - nepolární aditiva Povrchově neaktivní aditiva. Nejsou přitahována k povrchům, ale jsou rovnoměrně rozptýlena v celám objemu maziva. Tato aditiva jsou velice významná, protože zlepšují viskozitu maziva, chrání gumová těsnění, snižují bod tuhnutí maziva apod. [28] 34

35 Obrázek 8 Složení typického motorového oleje [18] 6.1 Jednotlivé typy aditiv - Detergenty Rozpouští nečistoty, zamezují jejich usazování na povrchu. Lepší přilnavost maziva na mazané plochy. Detergenty neutralizují kyselé produkty hoření a oxidace, chrání motor proti korozi a tím zamezuje koroznímu opotřebení. [12] - Depresanty Snižují teplotu tuhnutí oleje. Mohou plnit funkce viskozitních přísad. [12] - Disperzanty Dávají oleji schopnost zabránit tvorbě kalů a tím podporují cirkulaci oleje v mazacím okruhu motoru. Disperzanty obalí mikroskopické nečistoty a zamezí tak jejich koncentraci a usazování. Dále zamezují tvorbě usazenin v oblasti pístních kroužků, při nadměrné tvorbě usazenin dojde k tzv. zapečení pístních kroužků. [28] [12] 35

36 - Antioxidanty Zajišťují oxidační stabilitu oleje. Pokud by v základovém oleji nebyly antioxidanty, tak by se v něm tvořily karbonové usazeniny a koroze. [12] - Přísady proti pěnivosti Potlačují vznik pěny, snižují její stabilitu a tím zajišťují správnou funkci mazání. [12] - Protikorozní přísady Zamezují korozi a rezivění částí motoru. [12] - Vysokotlaké přísady Zajišťují zvýšenou odolnost filmu proti roztrhnutí při vysokých teplotách. Vytváří film, který zabraňuje zadření kovových povrchů. [12] - Modifikátory viskozity Zlepšují viskozitně teplotní charakteristiku oleje. Omezují tendenci měnit viskozitu oleje při měnících se teplotách. [12] 7 MOTOCYKLOVÉ OLEJE Čtyřdobé motocykly využívají oleje, které jsou podobné automobilovým motorům, ale nejsou úplně totožné. Pro vysokootáčkové motocyklové motory nestačí obvyklé srovnání druhu, viskozity a výkonnosti pro posouzení kvality oleje. Proto někteří výrobci vyvinuli speciální oleje, které odpovídají požadavkům na mazání motocyklových motorů. [29] 7.1 Funkce moderních motocyklových olejů Moderní motocyklové motory jsou vysokootáčkové motory s velkým výkonem a i přesto, že mají ve většině případů společnou náplň pro mazání motorů i převodů, tak mají malé olejové náplně. Navíc mají motocykly jiné konstrukční prvky než automobil, jako například mokrá spojka a mokrá volnoběžka startéru. Tyto konstrukční prvky, které 36

37 jsou v olejové lázni, kladou na motorový olej protichůdné požadavky (základní úkol oleje je snižovat tření, ovšem na určitých plochách musí být určitá hodnota tření zachována). A díky tomuto ohledu je vyloučeno použití moderních automobilových olejů ve vysokootáčkových motocyklových motorech. [29] Motocyklové motory vyžadují maziva s velkou zatížitelností, vysokou tepelnou stabilitou a dobrou odolností vůči střihovému namáhání. Tento parametr je zvláště důležitý pro spolehlivou funkci a životnost převodového ústrojí. Představuje odolnost olejového filmu, který je na zubech ozubených kol a je definován indexem střihové stability SSI. Nízká hodnota, která je okolo SSI = 20, označuje výbornou stabilitu. Pro představu, typický automobilový motorový olej má hodnotu SSI mezi 30 a 50. Kdežto, závodní motocyklový olej má SSI = 5, což je ovšem velice výjimečná hodnota. [29] 7.2 Mazání dle principu motoru Mazání motoru je velmi složitý proces, a ne všechny motory je možno mazat stejným způsobem, už jen kvůli konstrukci motoru. Například mazací soustava zastává i funkci vnitřního chlazení, což u dvoutaktních motoru nelze provést běžným způsobem, protože zde olej necirkuluje a je strháván společně s palivem do pracovního prostoru válce, kde dochází k jeho spalování. [6] Obrázek 9 Mazací soustava spalovacího motoru [23] 1 sací koš; 2 olejové čerpadlo; 3 redukční ventil; 4 klikový hřídel; 5 čistič oleje; 6 chladič oleje; 7 obtokový ventil; 8 tlakoměr oleje; 9 vačkový hřídel; 10 zvedák vahadla; 11 vahadlo 37

38 U dvoutaktních a čtyřtaktních motocyklových motorů rozeznáváme 4 zásadní druhy mazání v souhlasu s ČSN: - rozstřikovací mazání, což je mazání systému zapříčiněné údery klikového ústrojí na hladinu oleje. [6] - tlakové mazání, kde je olej čerpán olejovým čerpadlem zespoda klikové skříně, nebo ze samostatné olejové nádrže, pokud se jedná o mazání se suchou klikovou skříní. Olej je dodáván na důležitá místa a u mokré klikové skříně samovolně stéká zpět do vany ve spodku mazacího systému, v případě mazání se suchou skříní jej odčerpává do nádržky další sací čerpadlo. [6] - mazání čerstvým olejem, kdy je ze samostatné nádrže olej dodáván v množství, které se přesně spotřebuje. [6] - mazání mastnou směsí, což je olej smíchaný přímo v palivu. [6] Rozstřikovací mazání se využívalo u starších čtyřtaktních motorů, ovšem dnes pro vysoké výkony a ekonomické parametry je tento způsob nedostačující. V dnešní době je tlakové mazání jediným druhem mazání moderních motorů. Čtyřtaktní motocykly mají častěji mazání se suchou klikovou skříní oproti automobilům. Mazání čerstvým olejem se dnes objevuje jen velmi vzácně, ale motocykly Jawa s čtyřtaktními plochodrážními motory ho využívají díky své nízké hmotnosti a jednoduchosti. [6][7] Dvoutaktní motory Mazání mastnou směsí je bráno jako přednost dvoutaktního motoru, protože snižuje náklady a možnost poruchy mazacího systému. Ovšem je to ztrátové mazání, protože se olej z částí spálí a z částí odchází ve formě dehtu z výfukového potrubí. Mazání dvoutaktních motoru je prostřednictvím oleje v palivu. Zbytky oleje způsobují provozní potíže a znečišťují ovzduší. Olej s benzinem se mísí v poměru 1:40, 1:30, 1:25, nebo výjimečně 1:20 pouze pro záběh nového motoru. Příliš bohatá směs má za následek silné kouření z výfuku, špatný chod motoru, svíčky se zanáší olejem a tím pádem motor ztrácí 38

39 výkon a jde hůře nastartovat. Naopak chudá směs má za následek přehřívání motoru a rychlejší opotřebení částí v motoru. [6] V současné době jsou nejvíce využívány dva způsoby mazání. Nejstarší princip je téměř na ústupu, což je metoda pre-mix, namixovaná směs oleje a paliva, která se využívá u závodních motocyklů (minibike, cross a jiné). Velká nevýhoda této metody je neregulovatelnost množství přísunu oleje v závislosti na zatížení motoru. V tomto případě je velký problém jet z kopce se zavřeným plynem, jelikož je motor mazán minimálně a hrozí možnost zadření motoru. [6] Druhý způsob je oddělené mazání s dávkovacím čerpadlem, kde je v konstrukci motocyklu zahrnuta samostatná olejová nádobka, ze které je olej přimícháván do paliva pomocí čerpadla. Tato metoda mazání je sice dražší než metoda předem namixované směsi, právě kvůli složitosti (nádobka na olej, čerpadlo, čidlo hladiny), ale je zde možnost regulace množství přísunu oleje v závislosti na otáčkách motoru. Kliková hřídel motoru pohání čerpadlo mazacího systému a díky tomu se množství dávkovaného oleje zvyšuje s otáčkami motoru. [6] Obrázek 10 Schéma odděleného mazání Jawa- Oilmaster [6] 1 - nádrž oleje, 2 - čerpadlo oleje, 3 - sdružené ovládání karburátoru a čerpadla, 4 - plynová rukojeť, 5 - lanovod rukojeti, 6 - lanovod plynu, 7 - mazací potrubí, 8 - palivové potrubí 39

40 7.2.2 Čtyřtaktní motory U dnešních moderních čtyřtaktních motoru se využívá výhradně tlakové mazání. Olejové čerpadlo vytlačuje na jednotlivá místa motoru olej, který pak obíhá celým motorem, proto se toto mazání někdy také označuje za oběžné. Podle toho, kde je olej umístěn, rozlišujeme dva druhy tlakového mazání: - motor s mokrou skříní, na dně motoru je olejová vana, kde je soustředěn všechen olej (většina silničních motocyklů). [7] - motor se suchou skříní, zde je samostatná nádoba, do které je olej z klikové skříně přečerpáván. Tento druh mazání je výhodný hlavně pro enduro, kvůli možnosti vyšší světlé výšky a jako zásobník oleje je možné využít například rám, nebo zadní vidlice. [7][8] Největší problém u mazání čtyřtaktních motoru nastává během studených startů, protože olej steče do olejové vany, či zásobníku a tím pádem všechny součásti motoru nejsou dostatečně mazány a v tu chvíli se nejvíce opotřebovávají. Díky těmto startům dochází až k 50 % celkového opotřebení motoru. [29] 8 NOVÉ TRENDY V MOTOCYKLOVÝCH OLEJÍCH Stále přísnější emisní předpisy v kombinaci se snižováním spotřeby tlačí na výrobce motorových olejů. Jelikož se klade veliký důraz na snižování emisí, upravují se předpisy i pro provoz motocyklů. Například norma EURO V bude platit pro všechny motocykly, které budou vyrobeny od roku Což znamená, že každý výrobce motocyklů bude muset vykázat o každém novém modelu maximální povolené množství škodlivých emisí, které se budou muset vejít do limitu normy EURO V. Nejnovější motocyklové oleje jsou navrženy tak, aby splňovaly tyto (zatím EURO IV) požadavky a zároveň zachovaly ochranu mazaných součástí. [30] 8.1 Úspora paliva motorovým olejem Od roku 1995 se neobyčejně zvýšilo množství tzv. Fuel Economy olejů na trhu. Vývojáři motorových olejů používají stále lepší základní oleje a pracují na vylepšování 40

41 aditiv, z důvodu přizpůsobování motorových olejů na stoupající požadavky. Při vývoji a výrobě těchto olejů je nutno dbát na tři důležité aspekty. Snížení spotřeby pohonných hmot, snížení emisí a snížení provozních nákladů. [31] Vysokovýkonné motorové oleje přispívají ke snižování spotřeby a emisí. Je to zapříčiněno nízkou HTHS viskozitou, která snižuje tření oleje v motorovém oběhu. Tímto způsobem lze nejsnadněji docílit FE olejů, další možnost, jak vyrobit tyto oleje je přidání přísad modifikující tření, ale přitom musí výzkumníci maziv najít správnou míru aditiv zlepšujících tření, aby neohrozili chod motoru a nezhoršili funkci mokré spojky. [31] Toto představuje technické dilema, protože snížením viskozity lze snížit spotřebu paliva, ovšem to je zase v rozporu s mazacími potřebami motocyklu. Například přidáním modifikátoru tření se může snížit tření spojky a tím pádem může dojít k prokluzu. Samozřejmě snižování viskozity může zapříčinit i jiné problémy, jako například rychlejší opotřebení mazaných částí, obzvláště při vysokých teplotách. [30] Obrázek 11 Důsledky kombinace modifikátorů tření a nízké viskozity [30] Společnost, která vyrábí maziva, zahájila výzkum s cílem posoudit, zda tyto technické rozpory mohou být překonány vyváženou směsí aditivních složek. Motocyklové oleje, které byly podrobeny všemožným testům, obsahovaly řadu modifikátorů tření, detergentů a dispersantů. V návaznosti na tyto testy společnost vyvinula prototypový motocyklový olej SAE 5W-30, který měl pozitivní vliv na snížení tření motoru a zároveň splňoval specifikaci JASO na nejvyšší úrovni MA2, což je nejvyšší úroveň tření spojky v této specifikaci. [30] 41

42 Testovací olej byl vyroben ve třech různých stupních viskozity (SAE 5W-30, 10W-30 a 10W-40) s modifikátorem viskozity (FE VM) a pracoval proti stejnému referenčnímu oleji. Model FE VM byl navržen s vynikající regulací viskozity při nízkých i vysokých teplotách, aby bylo dosaženo měřitelných zlepšení spotřeby paliva a ochrany proti opotřebení. [30] Obrázek 12 Spotřeba paliva s modifikátorem viskozity [30] Snížením tření motoru, tento úsporný olej dodává motoru dodatečný výkon a současně zajišťuje vysoké tření spojky. Z tohoto výsledku lze vidět, že mnoho faktorů ovlivňuje úsporu paliva a je možné vyvinou motorový olej, který nabízí zlepšení spotřeby paliva a současně poskytuje další vlastnosti nezbytné pro výkon a ochranu motoru motocyklu. [30] 8.2 Nízkoviskózní motorové oleje Do klasifikace motorových olejů SAE J300 byly přidány ještě další třídy 16, 12 a 8, tedy oleje s menší viskozitou. Tyto třídy byly vyvinuty za účelem snižování emisí. Doposud bylo považováno za bezpečné mazání, mazání motorovým olejem, který měl HTHS kolem 3 mpa s při teplotě 150 C. Toto číslo ukazuje, jak moc se mění viskozita oleje s teplotou. Při poklesu teploty ze 150 C na 30 C, nejkvalitnější širokorozsahový olej (jehož viskozita je nejméně závislá na teplotě) zvýší svoji viskozitu až 2000krát. Jednostupňový olej s velkou závislosti zvýší svoji viskozitu až krát. [31] 42

43 Vysoká viskozita samozřejmě motoru neuškodí, ale v motoru díky vysoké viskozitě oleje vznikají velké pasivní odpory, které zvyšují spotřebu paliva a následně i emise. Naopak je pro motor nebezpečná příliš malá viskozita, proto byly provedeny studie, do jakých hodnot lze viskozitu snížit, aby byl provoz stále bezpečný, nedocházelo k vysokému opotřebení, nebo k poruchám či haváriím. Výsledek byl takový, že hodnota 3 mpa s při teplotě 150 C má značnou rezervu a hodnota 2 mpa s je ještě hodnota akceptovatelná. Zavedení nízkoviskózních tříd má tedy opodstatnění. [31] Mazání kritických míst v motoru je trochu složitější a může se stát, že někdy viskozita oleje nehraje takovou roli. Právě kvůli tomuto jevu mají moderní motorové oleje dostatečné množství protioděrových aditiv, které vytváří na mazaných plochách vrstvu, která je několik desetin mikrometrů tlustá a zajišťuje dostatečné mazání u tlakově a teplotně namáhaných míst. Z těchto důvodu lze říct, že dnešní motorové oleje musí mít tyto protioděrové přísady bez ohledu na viskozitní třídu oleje. [32] Obrázek 13 Stribeckova křivka [32] - dynamické tření souvislá a silná vrstva oleje mezi dvěma povrchy - elastohydrodynamické (EHD) tření mezi povrchy je tenká, ale ještě dostačující a souvislá vrstva oleje - mezné tření mezi povrchy je nesouvislá a potrhaná vrstva oleje - suché tření povrchy jsou k sobě přitlačené natolik, že je veškerý olej vytlačen ven Ideálně by mělo tření probíhat v EHD oblasti, kde je mezi povrchy nejmenší tření. Lze vidět, že pokud použijeme viskóznější olej, tím více se v grafu posunujeme doprava a spolu s třením vzrůstá i spotřeba. [32] 43