Stanovení teplotních závislostí motocyklových olejů Diplomová práce

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Stanovení teplotních závislostí motocyklových olejů Diplomová práce Vedoucí práce: Ing. Vojtěch Kumbár, Ph.D. Brno 2016 Vypracoval: Bc. Petr Ondrášek

2 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Stanovení teplotních závislostí motocyklových olejů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom, 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.

3 PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval vedoucímu své diplomové práce panu Ing. Vojtěchu Kumbárovi, Ph.D., za odbornou pomoc a čas, který mi věnoval při zpracovávání mé diplomové práce. Také bych chtěl poděkovat mojí rodině a přítelkyni za podporu a trpělivost během celého mého studia.

4 ABSTRAKT Tato diplomová práce se zabývá stanovením teplotních závislostí motocyklových olejů. Literární přehled obsahuje poznatky z mechaniky tekutin, informace o dělení, využití, vhodném výběru a analýze maziv včetně jejich výroby a historického vývoje. Další kapitola se zabývá recyklací maziv včetně legislativních nároků potřebných k uvedení na trh. Nechybí ani kapitola o mazacím okruhu motocyklů. Součástí praktické části jsou bližší specifikace použitých vzorků olejů, včetně technických parametrů motocyklů, ze kterých byly odebrány. Data potřebná k vyhodnocení byla získána na základě měření pomocí rotačního viskozimetru DV2T a přístroje na měření hustoty Densito 30 PX. Takto získané hodnoty byly graficky vyhodnoceny pomocí programu Microsoft Excel 2010 za aplikace vhodného matematického modelu. KLÍČOVÁ SLOVA Kapalina, teplotní závislost, viskozita, mazivo, motorový olej, měření.

5 ABSTRACT This thesis deals with the determination of temperature dependence of motorcycle oils. A review of literature contains knowledge of fluid mechanics, partition information, use, appropriate selection and analysis of lubricants including their production and historical development. It is also characterized by a chapter dealing with the recycling of lubricants, including legal claims needed to be placed on the market. There is also a chapter on the lubricating circuit of motorcycles. The practical part of the detailed specification used oil samples, including technical parameters motorcycles from which they were taken. The data needed for evaluation was obtained by measurement with a rotary viscometer DV2T and apparatus for measuring the density Densito 30 PX. The values so obtained were graphically using Microsoft Excel 2010 for application of a suitable mathematical model. KEYWORDS Liquid, temperature depence, viscosity, grease, motor oil, measurement.

6 OBSAH 1 ÚVOD CÍL TEORETICKÁ ČÁST Mechanika tekutin Tekutina Fyzikální vlastnosti kapalin Maziva Historie maziv Účel a dělení maziv Požadavky na oleje Vlastnosti olejů a maziv Tribologie Tribotechnika Tribodiagnostika Ferrografie Stanovení viskozity olejů Měření kinematické viskozity Měření dynamické viskozity Viskozitní index Viskozitní třídy SAE Výkonnostní třídy motocyklových olejů Aditiva Výroba motorových olejů z ropy Výroba mazacích olejů na území ČR Schvalování olejů... 39

7 3.7 Nakládání s oleji Mazací okruh 4T motorů Mokrou klikovou skříní Suchou klikovou skříní MATERIÁLY A METODIKA Nový motocyklový olej Motul 300V Motul Valvoline DuraBlend 4T Použitý motocyklový olej Motocykly Honda CBR 125 R Honda CBR 600 RR Yamaha YZF R Honda XR 125 L Použité metody měření viskozity a hustoty Měření hustoty Měření viskozity Matematický model VÝSLEDKY A DISKUZE Nové motocyklové oleje Srovnání oleje Valvoline DuraBlend Srovnání oleje Motul 300V Srovnání oleje Motul Srovnání vzorků dle ISO ZÁVĚR... 66

8 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK... 75

9 1 ÚVOD Ke správnému provozování spalovacího pístového motoru je zcela nezbytné, aby byly třecí plochy odděleny vrstvičkou maziva. Hlavní funkcí oleje je tedy vytvoření tenkého olejového filmu, který zaručí především snížení opotřebení. Mezi další účely maziva patří utěsnění spalovacího prostoru, ochrana před korozí a v neposlední řadě odvod tepla a nečistot. Správný výběr maziva je důležitý také z ekonomického hlediska, jelikož se prodlouží nejen servisní intervaly, ale i celková životnost motoru. Tato práce je zaměřena na stanovení teplotní závislosti na viskozitě motocyklového oleje, přičemž viskozita je považována za jeden ze základních parametrů při volbě oleje. Předmětem měření bylo celkem osm vzorků, z čehož tři vzorky byly oleje nové. Jednalo se o oleje značky Motul 300V, Motul 5100 a Valvoline DuraBlend 4T. Všechny oleje jsou syntetické, stejné viskozitní třídy 10W 40 a mezi motocyklisty běžně rozšířené. Vzorky byly odebrány ze čtyřtaktního motocyklu Honda CBR 125 R, Honda XR 125 L, Honda CBR 600 RR a Yamaha YZF R 6. Vlastní měření viskozity proběhlo na rotačním viskozimetru DV2T a měření hustoty na hustoměru Densito 30 PX. Viskozita byla sledována v rozmezí teplot od -5 do 100 C. Součástí práce je srovnání vzorků dle ISO 8217, které proběhlo při teplotě 40 C. Naměřená data byla graficky zpracována v programu Microsoft Excel Teplotní závislost byla proložena exponenciální funkcí y= a byly stanoveny korelační koeficienty R 2. 9

10 2 CÍL Primárním cílem této diplomové práce je stanovení teplotních závislostí motocyklových olejů na viskozitě. Mezi další cíle patří: Nastínění problematiky mechaniky tekutin a úvod do fyzikálních vlastností kapalin Objasnění historického vývoje maziv Vypracování dělení, vlastností a účelu používání maziv Stanovení požadavků na kvalitu a vlastnosti olejů Seznámení s vědními obory tribologie, tribotechniky a ferrografie včetně jejich uplatnění při testování olejů v praxi Popis viskozitních a výkonnostních tříd včetně aditivace motocyklových olejů Seznámení s výrobou olejů, jejich zpětném odběru, skladování a recyklací Stanovení postupu měření viskozity pomocí viskozimetru a seznámení s jeho konstrukcí a různými typy Stanovení teplotní závislosti v rozmezí teplot - 5 až 100 C u osmi odebraných syntetických vzorků motocyklového oleje stejné viskozitní třídy 10W 40 Sestavení grafického znázornění teplotní závislosti motocyklových olejů včetně aplikace vhodného matematického modelu 10

11 3 TEORETICKÁ ČÁST 3.1 Mechanika tekutin Je oblastí fyziky zabývající se pohybem a rovnováhou kapalin za působení vnějších sil. Cílem mechaniky kapalin je objasnění jevů vznikajících v kapalinách pomocí fyzikálních zákonů a předpověď chování kapalin za určitých podmínek. Těchto poznatků využívá v praxi celá řada vědních oborů za účelem stanovení vzájemného působení tuhých těles na tekutiny a naopak. Mechaniku kapalin rozdělujeme na část statickou, kinematickou a dynamickou Tekutina Z hlediska hydromechaniky je tekutina chápána jako spojité stejnorodé prostředí. Stejnorodostí se rozumí, že všechny částečky mají stejné vlastnosti bez ohledu na jejich orientaci v prostoru a směru působení sil (JANALÍK, 2002). Tekutina je látka, která nemá vlastní tvar a působením vnějších sil dochází k její nevratné deformaci (JEŽEK, 1997). Aby se lépe odvodily některé zákonitosti, byl zaveden pojem ideální neboli dokonalá tekutina. Ta je charakterizována jako dokonale nestlačitelná látka bez vnitřního tření, která může být namáhána pouze tlakem. Na rozdíl od ideální tekutiny, lze skutečnou tekutinu namáhat i smykovými silami (JANALÍK, 2002). Tekutiny se dělí na: Nestlačitelné představují kapaliny, které působením tlaku nepatrně mění svůj objem, vyplňují tvar nádoby a tvoří volnou hladinu Stlačitelné jedná se o vzdušniny (páry nebo plyny), které jsou rozpínavé a tak vždy zabírají celý objem nádoby Rozlišujeme také newtonovské tekutiny, které se řídí Newtonovým zákonem viskozity a nenewtonovské tekutiny, u kterých je viskozita závislá na tečném napětí a jsou charakterizovány jako emulze pevných látek s kapalinou. 11

12 3.1.2 Fyzikální vlastnosti kapalin Viskozita Viskozita je charakterizována jako míra vnitřního tření. Jedná se o relativní posun částic kapaliny, který se projevuje ztrátou energie během jejího vlastního toku. Tato veličina je přímo měřitelná, vztahuje se na všechny kapaliny bez ohledu na jejich složení. Viskozitu rozeznáváme dynamickou a kinematickou. Obě jsou závislé na teplotě a tlaku a s rostoucí teplotou klesají (GRODA, 2009). Kinematická viskozita je poměr dynamické viskozity a hustoty kapaliny, která je dána vztahem: ν= ; [m 2 s -1 ] Dynamická viskozita charakterizuje míru tření kapaliny proudící rychlostí 1 s -1, jednotkou je Pa s. Závislost dynamické a kinematické viskozity charakterizuje obr. 1 (WWW 1, 2016). Obrázek 1 Závislost viskozity vody na teplotě (GRODA, 2009) Měrná hmotnost Jelikož se u kapalin stlačitelnost a roztažnost v závislosti na teplotě zanedbává, platí toto pravidlo také u stanovení měrné hmotnosti. 12

13 = ; [kg m-3 ] Tlak Tlak je fyzikální veličina charakterizující stav kapaliny. U ideálních kapalin je tlak skalární veličinou. Příčina působení tlaku v kapalinách může být silou vnější či tíhovou. U tlaku vyvolaného tíhovou silou závisí hydrostatická tlaková síla na hustotě kapaliny, hloubce a na velikosti plochy dna (MAŠTOVSKÝ, 1964). = ; [Pa] Objemová roztažnost S rostoucí teplotou dochází u některých kapalin ke změně objemu. Tohoto jevu se v praxi využívá u kapalinových teploměrů, avšak u většiny kapalin se objemová roztažnost zanedbává. Značí se řeckým písmenem γ Objemová stlačitelnost Na rozdíl od plynů, které mají velkou objemovou stlačitelnost je u kapalin objemová stlačitelnost (δ) příliš malá. Proto ji ve většině případů zanedbáváme a považujeme kapaliny za nestlačitelné látky Povrchové napětí Povrchové napětí je jev vznikající pomocí mezimolekulárních sil. Jelikož síla působící na molekuly směrem do kapaliny je větší než síla působící směrem do plynného prostředí, dochází tak ke vzniku přídavného tahového napětí (GRODA, 2009). σp= ; [N m-1 ] 13

14 Obrázek 2 Povrchové napětí kapalin (GRODA, 2009) Na základě těchto poznatků se povrch kapaliny chová jako tenká pružná blanka jak je vidět na obr. 2. Kapalina se snaží zaujímat co nejmenší plochu. V ideálním případě za absence vnějších sil povrch kapaliny představoval kulovité těleso (WWW 2, 2016). 3.2 Maziva Historie maziv V dějinách lidstva tření představuje důležitý jev, bez něj by nebylo možné rozdělat první oheň a přesouvat těžká břemena při stavbách obydlí a lodí. To vše vedlo ke snaze o ulehčení práce. Snížení tření dalo vniku dalším vynálezům, z nichž nejdůležitějším je kolo (TRIBOTECHNICKÉ INFORMACE, 2007). Moderní maziva, jak je známe dnes vynalezl američan John Ellis (obr. 3) roku 1866, když založil společnost Continuous Oil Refining Company. Předmětem jeho bádání bylo využití ropy k lékařským účelům. Výsledky přípravku neprokázaly léčebný vliv na lidský organismus, ale byl překvapen mazacími schopnostmi. Od lékařského využití upustil a dále se věnoval vývoji teplotně odolného maziva na mazání ventilů u parních strojů. Tím vzniky podmínky pro další rozvoj strojírenství. V roce 1873 dal společnosti název Valvoline (WWW 3, 2016). 14

15 Obrázek 3 John Ellis (WWW 3, 2016) Účel a dělení maziv Jelikož čtyřdobé motocykly jsou vysokootáčkové stroje, jsou jejich motory a rozvodová ústrojí silně namáhány. Aby nedocházelo k nadměrnému opotřebení součástí a motor fungoval správně, je třeba snížit tření ve stykových místech. Toho lze dosáhnout právě použitím maziv, jejichž základním účelem je snížení tření. Za další důležité funkce maziva se považuje tlumení rázů, utěsnění prostoru pod písty, odvod tepla a otěrových částic (ZEHNÁLEK, 2005). V porovnání s automobily mají motocykly podstatně větší výkon vztažený na litr oleje, což představuje větší zatížení a nároky na tepelnou a střihovou stabilitu. Dalším podstatným kritériem oproti automobilům je fakt, že motocykly jsou využívány pouze sezónně a proto v době zimování musí jejich olejové náplně dobře plnit důležitou funkci ochrany proti korozi (VLK, 2006 a). Rozlišujeme maziva: Kapalná mazací oleje Plastická mazací tuky Tuhá maziva jsou přidávána do kapalných a konzistentních maziv Plynná maziva (ZEHNÁLEK, 2005) 15

16 3.2.3 Požadavky na oleje Jelikož je motorový olej silně mechanicky, tepelně a chemicky namáhán a také aby bylo docíleno plynulého a ekonomického provozu bez poruch a prostojů, je nezbytné se zaměřit na správnou volbu kvalitního oleje dle požadovaných technických parametrů (TRIBOTECHNICKÉ INFORMACE, 2007). Podle výrobců motorů lze rozdělit nároky na motorové oleje do pěti kategorií: tření a opotřebení, teploty a viskozity, čistoty a zbytků a poslední je oblast fyzikálních a chemických vlastností. První oblast se zabývá zachováním olejového filmu, přilnavostí k třecím plochám a snahou o snížení tření a spotřeby paliva. Kategorie tření a viskozity stanovuje nároky na tepelnou a mechanickou stabilitu ve střihu, odolnost vůči oxidaci, čerpatelnost a tekutost za nízkých teplot. Třetí kategorie určuje nároky na odolnost vůči vodě, disperzní a detergentní vlastnosti, nemožnost vzniku usazenin na ventilech a ve spalovacím prostoru a předcházení vzniku studených a horkých kalů. Čtvrtá kapitola se zabývá tepelnou vodivostí, ochranou před korozí, těsnícími vlastnostmi, nízkou těkavostí a snášenlivostí s nekovovými materiály a laky. Poslední kategorie definuje nároky na ekologičnost a zdravotní nezávadnost, záběhové vlastnosti a intervaly výměny, snášenlivost s různými typy motorů a ostatními motorovými oleji (DZURENDA, 2012). Z pohledu tribotechniky jsou nároky na oleje takové, že dobrý olej musí: Správně ulpívat na povrchu během provozu, což specifikuje jeho nejpodstatnější vlastnost mazací schopnost Vzdorovat smykovým silovým polím Zaručovat správný odvod třecího a provozního tepla Plnit ochrannou funkci železných a barevných kovů před korozí Co nejdelší dobu předcházet oxidaci uhlovodíků (stárnutí oleje) Pomáhat v utěsnění spalovacího prostoru Předcházet vzniku usazenin Zaručovat provoz v širokém teplotním rozsahu 16

17 Měl by být: Málo odparný Dlouho skladovatelný Zaručující ekonomický provoz Oleje od různých výrobců, které spadají do stejné viskozitní třídy a skupiny SAE by měly být vzájemně mísitelné V řádně označeném obalu dle mezinárodních norem, aby se předcházelo nevhodnému použití Olej nesmí: Být agresivní zejména k pryžovým těsnícím materiálům Zpěnit, protože čerpadlo by nepracovalo správně a nedodávalo by dostatečné množství oleje Mít vysoké karbonizační číslo a podporovat tvorbu tzv. studených kalů Vlastnosti olejů a maziv Mazivost Definice mazivosti zní: Vlastnost mazacích olejů projevující se různým součinitelem tření při stejné viskozitě olejů a stejných podmínkách smykového tření, kdy záleží na rozdílné chemické skladbě olejů a různé závislosti viskozity na rychlostním spádu (VLK, 2006 a). Mazivost tedy popisuje mazací schopnosti kapaliny v závislosti na chemickém složení. Pomocí maziva se dosahuje co nejmenší hodnoty součinitele tření u hydrodynamického způsobu mazání při optimální tloušťce mazací vrstvy. Dobré výsledky v oblasti mazivosti vykazují vysoce rafinované oleje bez polárních látek (ZEHNÁLEK, 2005) Maznost Definice maznosti zní: Schopnost maziva vytvořit na povrchu konstrukčních materiálů za podmínek mezního tření tlakuvzdornou meznou vrstvu zabraňující opotřebení. U čistě minerálních, mastných a maštěných olejů je maznost obvykle totožná s přilnavostí. V praxi se jedná o velmi podstatný jev, který popisuje mazací schopnosti maziva 17

18 v mezní mazací vrstvě. Snahou je zajištění co největší únosnosti mazné vrstvy při optimálním koeficientu tření (ZEHNÁLEK, 2005) Tribologie Je mezioborová věda zabývající se opotřebením, mazáním a vzájemným pohybem materiálů v prostoru a v čase. Využívá poznatků chemie, fyziky a technologických vlastností materiálů. Hlavním cílem tribologie je především hledisko zohledňující snížení a minimalizace ztrát systému, který popisuje obr. 4. Předmětem zkoumání je počet, rychlost, druh deformací těles a jejich vzájemná plocha styku. Toto komplexní řešení hraje roli v životnosti a spolehlivosti stroje (WWW 4, 2008). Obrázek 4 Tribologický systém (WWW 4, 2008) Tribotechnika Tribotechnika představuje vědu, která vznikla v druhé polovině 20. století spojením celé řady vědních oborů v oblasti strojírenství a zabývá se především využitím poznatků tribologie v praxi. Mezi hlavní předměty výzkumu obdobně jako u tribologie patří tření, opotřebení materiálů a možnosti mazání. Mimo jiné zahrnuje dimenzování třecích ploch, způsoby mazání, zkoušení maziv a materiálů a také tribodiagnostiku. Jedná se tedy o inženýrskou aplikaci přírodního zákonu tření (WWW 5, 2016). Definice tření zní: tření je odpor proti relativnímu pohybu mezi dvěma k sobě přitlačovanými tělesy v oblasti dotyku jejich povrchů v tangenciálním směru. Tuto definici lze také vysvětlit jako ztrátu mechanické energie na začátku, v průběhu nebo při ukončení vzájemného relativního pohybu dotýkajících se těles (WWW 4, 2008). 18

19 Jedná se tedy o jev vnikající v místě interakce pohybujících se těles (obr. 5). Příčinou vzniku tření je třecí síla, která je závislá na hmotnosti tělesa. Obrázek 5 Dotyk při kluzném tření a) napětí na ideálně rovném povrchu b) reálný kontakt (WWW 4, 2008) Míru tření charakterizuje součinitel tření, který je uveden pro dané případy v tab. 1 (STODOLA, 2015). Tabulka 1 Součinitel tření (STODOLA, 2015) Druh tření mazání Součinitel tření Suché 0,1 1,0 Mezné 0,1 0,2 Smykové Smíšené 0,01 0,1 Kapalinové 0,001 0,01 Plynné 0,0001 Valivé Mazání tukem 0,001 0,005 Hlavní smysl tribotechniky lze chápat, jako snahu o eliminaci ztráty energie a materiálů během vzájemného pohybu. Za tribologické vlastnosti považujeme koeficient tření a opotřebení, které jsou závislé na typu tření a způsobu opotřebení. Tribologický systém je tvořen tělesy, kontaktními plochami a látkou vyplňující prostor mezi těmito tělesy (TRIBOTECHNICKÉ INFORMACE, 2014). Podle tribologického systému tření rozdělujeme na suché, kapalinné, mezné, plynné a smíšené. 19

20 Kapalinné tření (obr. 7) se uskutečňuje tak, že se na povrchu pohybujících se částí vytvoří tenký olejový film. Dochází k dokonalému oddělení kontaktních povrchů, jelikož se mazivem zahladí nerovnosti povrchu. Podmínkou, aby bylo možné přenášet sílu prostřednictvím mazacího filmu, je protitlak. Ten rozdělujeme na hydrostatický a hydrodynamický (obr. 6). Obrázek 6 Tlak v kapalině (WWW 6, 2016) Jelikož výpočet třecí síly je závislý na velikosti vnitřního tření, platí následující vztah: [N] (WWW 6, 2016) Obrázek 7 Kapalinné mazání (ČECH, 2008) Na tomto principu funguje mazání základních částí motoru, jako jsou ložiska klikového a vačkového ústrojí. Je však nutné dodržet minimální rychlost pohybujících se částí a přívod dostatečného množství oleje (VLK, 2006 a). Pokud na kontaktních plochách ulpěla vrstva molekul maziva nebo plynů, je hovořeno o mezním tření (obr. 8). Odolnost filmu závisí na teplotě, tlaku, tloušťce vrstvy, orientaci 20

21 molekul a kvalitě podkladového materiálu. K tomuto stavu dochází za nedostatečného přísunu maziva. Obrázek 8 Mezní mazání (ČECH, 2008) K nežádoucímu suchému (Coulombovu) tření dochází bez přístupu maziva, kde je třecí síla závislá na velikosti dotykové plochy, drsnosti materiálu a množství nečistot. Princip plynného tření je obdobný jako u kapalinného tření s tím rozdílem, že mezivrstva je tvořena plynem. Jelikož způsob mazání je závislý na tloušťce mazacího filmu, je smíšené tření (obr. 9) kombinací kapalinného a mezního tření. K tomuto případu dochází, pokud tloušťka vrstvy nedosahuje potřebné vrstvy ke kapalinnému mazání a nebo přesahuje podmínky tloušťky vrstvy mazání mezného (WWW 6, 2016). Obrázek 9 Smíšené mazání (ČECH, 2008) Tribodiagnostika Je vědní disciplína zaměřující se na zkoumání provozního stavu stroje odebíráním vzorků z již použitého maziva, určení životnosti maziva a stanovení výměnných lhůt. Předmětem zkoumání je kinematická viskozita, obsah antioxidantů a degradace maziva způsobená oxidačními, chemickými a termickými pochody. Aplikace tribodiagnostiky v praxi snižuje spotřebu olejů, prodlužuje životnost stroje a předchází riziku havárie. Je prokázáno, že včasným a pravidelnými rozbory lze ušetřit až 44 % nákladů na náhradní díly a prodloužit životnost zařízení o 19 % (WWW 7, 2016). Opotřebení je charakterizováno jako nežádoucí úbytek, změna tvaru, velikosti nebo struktury materiálu pohybujících se těles v důsledku jejich kontaktu za nedostatečné tloušťky mazacího filmu nebo úplné absence maziva. 21

22 Rozeznáváme: Adhezivní vzniká těsným kontaktem materiálu, ulpíváním a vytrháváním částic v důsledku adhezivních sil Abrazivní oddělování částic se uskutečňuje pomocí vnějších částic nebo drsného povrchu tělesa Erozivní rozrušování materiálu se děje v důsledku pohybujících se částic v proudu kapaliny nebo plynu Kavitační jedná se o opotřebení vznikající pomocí kavitačních pochodů kapalin Únavové vzniká cyklickým narušování materiálu v povrchové vrstvě, tvoří se trhliny a jamky Vibrační vznik vibrací za normálového zatížení má za následek oddělování částic (WWW 8, 2016) Motor není vyroben pouze z oceli, ale některé díly jsou za účelem ochrany proti korozi, lepších kluzných vlastností, zvýšené odolnosti a tvrdosti povrchu konstruovány z kovů, které danému dílu předurčují požadované vlastnosti. Vznikají tak otěrové částice různorodého složení (tab. 2). Jejich analýzou je možné dohledat místo pravděpodobné závady. Jelikož křemík není konstrukčním materiálem, jeho přítomnost v oleji je způsobena prachovými částicemi, které tvoří. Další nekonstrukční materiály jako je zinek, molybden, antimon, vápník, hořčík a baryum se do oleje dostávají díky aditivaci. Jelikož je sodík součástí zimních posypů, je ho možné v oleji často identifikovat spolu s borem, který je složkou nemrznoucích směsí. 22

23 Tabulka 2 Původ otěrových částic (WWW 9, 2016) Otěrový kov železo měď chrom nikl hliník olovo cín stříbro křemík Původ - motorový díl vyskytuje se téměř vždy jako hlavní konstrukční kov, jeho koncentrace je až na výjimky vždy nejvyšší ložiska, ventilová skupina - zdvihátka, pouzdro pístního čepu, bronzové díly chromované díly - těsnicí kroužky, vložky apod. součást konstrukční oceli ložisek, hřídelí, ventilů písty, válečková ložiska, určité typy pouzder valivá ložiska, u starých zážehových motorů kontaminace z benzinu ložiska, bronzové díly postříbřená ložiska indikátor prachu, špatný stav vzduchového filtru Otěrové částice jsou v olejích přirozenou záležitostí, v normálním (bezporuchovém) stavu jsou malé a není jich velké množství. Tato koncentrace otěrových částic (tab. 3) se udává v jednotce ppm (part per milion), přičemž jedno ppm představuje jednu miliontinu celku neboli 0,0001 %. Při poruše dosahuje hodnot až stovek ppm (WWW 9, 2016). Tabulka 3 Koncentrace kovů v motorovém oleji (WWW 9, 2016) Benzinové motory - opotřebení Kov [ppm] normální zvýšené nebezpečné železo pod nad 150 měď pod nad 35 chrom nad 25 nikl pod nad 40 hliník pod nad 50 olovo pod nad 40 cín pod nad 12 křemík pod 25 - nad 25 23

24 Charakteristika otěrových částic: Adhezivní otěr jsou představovány tělesy ve tvaru vloček a šupinek o průměru 5 10 µm a o tloušťce 0,25 0,75 µm, jejichž celkové rozměry by neměly přesáhnout 15 µm Abrazivní otěr částice mají tvar spirál a třísek při tloušťce v řádu desetin µm a délkou až stovek µm Sférické částice: kulovitá tělesa o průměru 2 5 µm Laminární částice vznikly ze sférických částic valivými pochody Únavové částice mívají tvar trojhranů o velikosti v řádech až desítek µm Únavový otěr původcem jsou ložiska a zubové převody Korozivní částice vznikají v důsledku chemických dějů v oleji Tribotechnické zkoušky se dělí na: Jednoduché metody a zkoušky tzv. expresní metody Standartní metody a zkoušky dle metodiky ČSN EN Speciální metody a zkoušky Jednoduché metody a zkoušky Měření se praktikuje pomocí soustavy TRIBO 1. Hlavní výhodou je možnost měření v terénních podmínkách. Měří se: Smluvní viskozita viskozita se stanovuje tak, že olej o určité známé teplotě a objemu protéká kalibrovanou tryskou Celkové znečištění principem je měření na bázi dielektrických vlastností oleje, kdy výsledek měření může být ovlivněn absorbovanou vodou Stanovení obsahu vody se uskutečňuje tzv. prskací zkouškou, kdy se olej nanese na podložku a poté se zahřívá, další možností je využití chemických vlastností hydridu vápenatého, který pří reakci s vodou v uzavřené nádobě vytváří tlak v závislosti na množství obsažené vody Detergentně disperzní vlastnosti jedná se o tzv. kapkovou zkoušku, podle které se rychle stanoví kvalita testovaného oleje. Principem je indikace zabarvení chromatografického papíru zkoušeným vzorkem 24

25 Množství látek nerozpustných v hexanu je doplňující orientační zkouška, provádí se tak, že olej o určitém objemu se rozpustí v roztoku hexanu a poté se přefiltruje. Vyhodnocení zkoušky probíhá podle míry zhnědnutí filtru a následného odečtení na stupnici Standardní metody a zkoušky Postup odběru vzorků: U zahřátého stroje na teplotu 65 C v místě k tomu technicky určeném výpust olejové vany Odběr vzorku do vydezinfikované vzorkovnice s uzávěrem o objemu ml naplněné do 2/3 objemu Během odběru se nesmí do vzorku dostat cizí příměsi Označení vzorku patřičnými údaji jako je datum odběru, typ stroje, značka oleje, náběh kilometrů či motohodin Do tří dnů od data odběru provést měření (STODOLA, 2015) Hustota Měřením hustoty olejů se zabývají technické normy ČSN , ISO 3675, DIN a ASTM Rozmezí hodnot hustoty minerálních a polysyntetických olejů při teplotě + 20 C je stanoveno mezi kg m 3 a u syntetických maziv je hustota při + 15 C kg m 3. Tepelná vodivost a kapacita Maziva jsou specifické svojí nízkou tepelnou vodivostí. U minerálních olejů je rozmezí tepelné vodivosti mezi 0,109 0,179 W m k -1. Pro rozmezí teplot C je udávána měrná tepelná kapacita minerálních olejů 1,5 2,3 kj kg K -1, která se stanovuje pomocí kalorimetru dle ASTM E Teplota tuhnutí Hraje důležitou roli při správném výběru maziva. Teplota tuhnutí se stanovuje tak, že se vzorek ohřeje do úplné tekutosti a následně se stupňovitě po 3 K ochlazuje. Sleduje se pohyb vzorku během tuhnutí až do ustání pohybu. Zejména u minerálních olejů jsou výsledky měření závislé na tuhnutí parafínu ve formě krystalů. Měřením se zabývá norma ASTM D 97, ISO 3016 a ČSN

26 Vločkovací bod Parafínové vosky se z maziva začínají vylučovat ve formě vloček při teplotě, o které se hovoří jako o tzv. vločkovacím bodu. K jejímu stanovení se využívá směsi 90 % oleje a 10 % R12 za tlaku ve skleněné trubici. Vločkovací bod nastává v okamžiku vzniku prvních viditelných známek voskových vloček. Kyselost maziva Kyselé prostředí negativně působí na konstrukční materiály a zejména na izolaci elektromotorů. Míru kyselosti maziva stanovuje číslo kyselosti TAN. To se určuje pomocí koncentrace hydroxidu draselného, který je potřebný k neutralizaci. Ke stanovení slouží technické normy ASTM D 974, ISO 6618, DIN a ČSN Tepelná stálost Dalším nežádoucím dějem je tepelná degradace maziva. Vlastní měření probíhá v uzavřené trubici zahřátím vzorku na teplotu 175 C po dobu 96 hodin. Sleduje se barva vzorku a následně i kyselost. Měření se řídí normou ASHAE 97. Hořlavost U maziv se provádí následující testy hořlavosti: Teplota samovznícení samovolné vznícení maziva pouze za přístupu vzduchu, měření probíhá dle ASTM E 659 Teplota vzplanutí je teplota, při níž dochází ke vzplanutí výparů, měření probíhá v otevřeném kelímku o objemu 60 ml za působení plamene Teplota hoření jedná se o zkoušku, při níž dochází ke vzplanutí celého vzorku, který hoří po dobu minimálně 5 sekund, provádí se dle normy ASTM D 92, ISO 2592, ČSN Korozivnost mědi a oceli Zkoušky probíhají za účelem zjištění agresivity vůči konstrukčním materiálům. U mědi se ponoří vyleštěný proužek do lázně o objemu 30 ml a teplotě 100 nebo 121 C po dobu 3 hodin. Vyhodnocení probíhá podle míry ztmavění kovu vůči stupnici. Měření se řídí normami ASTM D 130, DIN a ISO U oceli měření probíhá tak, že se ocelový váleček ponoří do lázně o teplotě 60 C, kterou tvoří 300 ml maziva a 30 ml destilované vody. Výsledek testu se hodnotí dle míry zasažení válečku korozí. 26

27 Biologická odbouratelnost Je způsob degradace maziv organismy nebo jejich enzymy. Může probíhat buď aerobně či anaerobně. Degradace snadno odbouratelných maziv za daných podmínek proběhne během 28 dní (VLK, 2006 a). Obsah vody Zjišťuje se nežádoucí obsah rozpuštěné, emulgované či volné vody v oleji. Obsah nasycenosti vody v oleji by neměl překročit hranicí 30 % ( ppm). Navýšení nad tuto mez způsobuje zrychlení degradačních oxidačních pochodů v mazivu, což může zapříčinit předčasné nadměrné opotřebování stroje. Obsah vody se zjišťuje pomocí destilace, kdy se vzniklý destilát separuje v kalibrovaném nástavci. Poté se změří objem vody a vyjádří se v %. Toto měření se řídí normou ČSN Celková alkalita TBN Měření slouží ke zjištění alkalické rezervy oleje, čímž se rozumí stanovení celkového obsahu zásaditých složek. Číslo TBN udává schopnost kyseliny chloristé neutralizovat kyselé zplodiny vznikající termooxidačními reakcemi. Dále udává schopnost oleje neutralizovat kyseliny přítomné v oleji pomocí ochranných zásaditých látek, které jsou v oleji přítomny jako detergentní přísady. Conradsonův karbonizační zbytek CCT Popisuje schopnosti oleje na jeho náchylnost ke tvorbě uhlíkatých zbytků vznikajících za vysokých teplot. Určuje se uhlíkatý zbytek, který je pozůstatkem po odpaření a pyrolýze oleje. Jeho hodnota se udává v rozmezí 0,01 % 30 %. Test se provádí dle ČSN Obsah popela Na základě normy ČSN se vzorek oleje odváží a následně spálí. U takto vzniklého zbytku se zjistí jeho hmotnost a výsledek se definuje v hmotnostních % Speciální metody a zkoušky Plynová chromatografie Tato separační metoda se zakládá na principu stanovení rovnováhy dvou navzájem nemísitelných fází. První fáze se nazývá mobilní, jelikož je pohyblivá a představuje ji plyn či kapalina. Druhá fáze se nazývá stacionární, která je nepohyblivá a je jí buď tuhá látka nebo také kapalina. Mobilní fáze udává vzorku pohyb. Látky s vyšší afinitou se hůře pohybují 27

28 a dochází tak k postupné separaci složek. Metoda se využívá pro těkavé látky v plynném skupenství. Schéma plynového chromatografu je znázorněno na obr. 10. Obrázek 10 Plynový chromatograf (WWW 29, 2016) Polarografie a volumetrie Jedná se o často využívanou metodu zejména v tribodiagnostice. Měření probíhá tak, že se na elektrodách ponořených v roztoku lineárně mění napětí v závislosti na protékajícím elektrickém proudu (obr. 11). Vyhodnocením výsledku je možné zjistit koncentraci i složení depolarizátoru. Depolarizátor je látka, která zapříčiňuje v roztoku nárůst protékajícího proudu. K měření slouží dvě nebo tři elektrody. Pracovní, která bývá nejčastěji rtuťová a dochází na ní k elektrochemickým procesům. Elektroda je tvořena kapilárou s rezervoárem, do kterého je rtuťová kapka vytlačována. Referentní, která je nepolarizovatelná a její potenciál není závislý na složení zkoumaného roztoku. Třetí elektrodou je pomocná, jejímž úkolem je udržení napětí na pracovní elektrodě především u málo vodivých roztoků. Hlavními výhodami tohoto způsobu měření je přesnost a také příznivá cena. 28

29 Obrázek 11 Polarograf (WWW 26, 2016) Atomová emisní spektrometrie AES Měření se praktikuje tak, že se pomocí rotační diskové elektrody vzorek oleje v elektrickém výboji převede do plynného stavu, kde dochází k excitaci elektronů. Následně elektrony přecházejí zpět do základního stavu a uvolňuje se energie ve formě světla, jejichž vlnová délka je specifická pro každý prvek. Intenzita záření je přímo úměrná obsahu prvku v daném roztoku. Tato metoda má široké využití nejen v technice ale i biologii a dalších vědách. Princip AES je znázorněn na obr. 12. Obrázek 12 Atomový emisní spektrometr s rotační elektrodou (STODOLA, 2015) Atomová absorpční spektrometrie AAS Měření se uskutečňuje na principu absorpce monochromatického záření. Elektrony volných atomů detekovaných prvků jsou v základním elektronovém stavu excitovány do vyšších valenčních vrstev pomocí duté výbojky s katodou vyrobené z kovu. Skrze plynné absorpční prostředí, kterým bývá nejčastěji plamen acetylen vzduch o vysoké teplotě C prochází polychromatické záření. Zkoumaný vzorek se přivádí 29

30 do plynného prostředí ve formě aerosolu, kde se přemění v páru. Skrze ni prostupuje záření vznikající ve výbojce a výpary vstupují do monochromátoru (obr. 13). Měřením se získává podíl světelného toku skrze plynné prostředí bez zkoumaného vzorku a se vzorkem (STODOLA, 2015). Obrázek 13 Atomový absorpční spektrometr (KÁŇA, 2016) Ferrografie Ferrografie je věda zjišťující přítomnost částic obsažených v olejové náplni stroje pomocí separace. Poprvé byla aplikována v letectví v roce Z maziva tak lze vyčíst mnoho informací o degradaci oleje či stavu motoru. Z ekonomického hlediska se jedná o levnou a velmi efektivní metodu, protože lze předem odhalit závadu a předejít tak odstávce či poškození stroje. Principem je zjištění přítomnosti pevných částic (především ferromagnetických) obsažených v mazivu, které způsobují opotřebení Přímotečná ferrografie Výsledky se získávají na základě usazování ferromagnetických otěrových částic v nehomogenním magnetickém poli během průtoku vzorku jak je patrné na obr. 14. Dále dochází k separaci částic a zpracování výsledků na ferrogramu (obr. 15). Podle velikosti se částice dělí na malé označované D S, ty jsou menší než 5 µm a odpovídají běžnému adhezivnímu opotřebení a velké částice D L, které jsou větší než 15 µm a upozorňují na blížící se poruchu. Data se vyhodnocují pomocí tzv. WSI (Wear Severity Index) indexu, což je poměr počtu velkých a malých částic. Představuje index významnosti opotřebení, který se vzrůstající hodnotou značí opotřebení stroje. Předností této metody je rychlost analýzy zpracovávaných dat. 30

31 Obrázek 14 Schéma ferografu (WWW 27, 2006) Obrázek 15 Analýza částic na ferrogramu (HERUGA, 2002) WSI index se vypočítá pomocí vztahu: WSI = (D L + DS) ( D L - D S ) = D L 2 D S 2 ; [-] Analytická ferrografie Je metoda přímo navazující na přímotečnou ferrografii. Zvlášť se hodnotí individuální částice a přesněji se stanovuje stav a opotřebení stroje (WWW 10, 2016). 31

32 3.3 Stanovení viskozity olejů Viskozita maziv je považována za jednu z jejich nejdůležitějších vlastností. Určuje totiž režim mazání, tvorbu a únosnost mazacího filmu a velikost odporu pohyblivých částí. Jelikož se viskozita v závislosti na teplotě a tlaku mění (tab. 5), jsou ovlivňovány i tyto vlastnosti (MANG, 2007). Tabulka 3 Stoupající závislost viskozity na tlaku při teplotě C (VLK, 2006 a) Tlak [MPa] Nárůst [%] Měření kinematické viskozity Dle technické normy ČSN se k určení kinematické viskozity stanovuje doba průtoku kapaliny kalibrovanou kapilárou o známém objemu. K tomu slouží Ubbelohdeho kapilární viskozimetr, který je znázorněn na obr. 16. Dále je k měření nezbytné znát hydrostatickou výšku kapaliny, teplotu vzorku a konstantu viskozimetru K [mm 2.s -2 ]. ν= t ; [mm 2 s -2 ] Obrázek 16 Ubbelohdeho kapilární viskozimetr (WWW 26, 2016) 32

33 3.3.2 Měření dynamické viskozity Höpplerův viskozimetr Dynamickou viskozitu lze měřit pomocí Höpplerova viskozimetru (obr. 17). Ten pracuje na principu padající kuličky o známém poloměru, hustotě a dráze, kterou urazí kapalinou za měřený čas. Také je nezbytné znát hustotu, teplotu kapaliny a konstanty kuličky K [MPa cm 3 g -1 ]. η=ρ. ρ "#. $K ; [Pa s] Obrázek 17 Höpplerův viskozimetr (WWW 27, 2016) Rotační viskozimetr Odstředivým pohybem rotující kapaliny vnikají torzní síly, které působí na těleso napojené k torznímu vláknu. Základními typy těles mohou být dva soustředné válce, kužel deska nebo dvě rotující desky. Sleduje se úhlová rychlost těles nebo počet otáček za konstantního pohybu jednoho z válců. Také se měří jejich vzájemný úhel pootočení vůči počáteční poloze. Funkční schéma rotačního viskozimetru je uvedeno na obr. 18. Standardní součástí viskozimetru je sada válců či kuželů různého provedení (obr. 19). Viskozimetry jsou opatřeny zařízením pro ohřev vzorku a propojením s počítačem, který zpracovává naměřená data. Nespornou výhodou rotačních viskozimetrů je jejich široké praktické využití nejen v technice. Vyrábějí se také přenosné modely kompaktních rozměrů. 33

34 Typ souosé válce Rozlišují se dva možné způsoby pohybu válců. První případ nastává během Couettova proudění, kdy se otáčí pouze vnitřní válec. Druhou možností je, že rotuje vnější válec (systém Searle). Základními sledovanými veličinami je kroutivý moment, úhlová rychlost a otáčky válce. Na přesnost měření má vliv změna viskozity zapříčiněná teplotním kolísáním vzorku. To se projeví poklesem hodnoty točivého momentu a navýšením otáček. Tento nedostatek je možné odstranit chlazením vzorku. Obrázek 18 Schéma rotačního válcového viskozimetru (JANALÍK, 2010) Typ kužel deska Je možné ho praktikovat i u nenewtonských kapalin. Konstrukčně může být řešen buď rotujícím kuželem a nepohyblivou deskou nebo rotující deskou a nepohyblivým kuželem. Z důvodu možnosti vzniku vzduchové kapsy za vysokých otáček a následného zkreslení výsledků měření, má tento typ kužel deska omezení rychlosti otáčení (JANALÍK, 2010). 34

35 Obrázek 19 Kužely rotačních viskozimetrů (JANALÍK, 2010) Viskozitní index Jedná se o bezrozměrnou veličinu popisující závislost teploty na viskozitě. Stanovuje se porovnáním oleje, u kterého se mění viskozita méně (z pensylvánské ropy) vůči oleji s razantní teplotní změnou viskozity (z mexické ropy). Čím vyšší je viskozitní index, tím méně se mění viskozita v závislosti na teplotě (HRDLIČKA, 1996) Viskozitní třídy SAE Historie třídění olejů dle viskozitních tříd sahá do roku 1926, kdy vznikla společnost amerických inženýrů (Society of Automotive Engineers). SAE rozděluje oleje do šesti zimních tříd, které jsou označeny počátečním písmenem W (winter) a zaručují dobrou startovatelnost i při nízkých teplotách. Zimní třídy nesou označení OW, 5W, 10W, 15W, 20W a 25W (tab. 6). Letní třídy jsou označeny pouze číselně 20, 30, 40, 50 a 60. Teplotní závislost na viskozitě je taková, že olej s vyšším číslem je za daných podmínek viskóznější. V praxi nejčastěji používanými oleji jsou tzv. vícestupňové oleje, které zaručují optimální mazání během měnících se klimatických podmínek (obr. 20). Jejich značení je např. SAE 10W 40. Tento olej zároveň splňuje zimní nároky viskozitní třídy 10W a letní 40 (WWW 11, 2016). 35

36 Tabulka 4 Viskozita motorových olejů dle SAE J300 (WWW 28, 2016) Obrázek 20 Třídy SAE podle vnějších teplot (WWW 28, 2016) 3.4 Výkonnostní třídy motocyklových olejů Jelikož jsou moderní motocykly vysokootáčkové stroje, kladou vysoké nároky na olejovou náplň. Konstrukce motocyklů je oproti automobilům charakteristická malou olejovou náplní, která je společná pro motor i převodovku a zejména vnesením dalších prvků, které automobily postrádají. Tím je myšlena mokrá spojka, omezovač točivého momentu a mokrá volnoběžka spouštěče. To klade vysoké nároky na zatížení a tepelnou stabilitu. Dalším důležitým faktorem je dobrá odolnost proti střihovému namáhání, která je popisována pomocí indexu střihové stability SSI. Jeho nízká hodnota udává optimální stabilitu pro funkci 36

37 převodovky. U automobilů nabývá hodnot mezi 30 50, u moderních závodních motocyklů přibližně 5. Starší motocykly využívaly minerální oleje, které jsou pro dnešní motocykly nedostačující a nahradila je syntetická maziva na bázi esterů. Ty mají nespornou výhodu, jelikož svými polárními molekulami vytváří dlouhotrvající ochranný film chránící součásti motoru během startu. (VLK, 2006 a) Vybírat motocyklový olej mezi automobilovými oleji, které se řídí výkonnostními třídami API a ACEA není vhodné, jelikož tyto oleje jsou konstruovány zejména na úsporu paliva. Proto v roce 1999 přední světoví výrobci motocyklů (Honda, Kawasaki, Suzuki, Yamaha) zavedli novou třídu pro čtyřdobé motocykly JASO. Dle požadavků na třecí vlastnosti spojky vznikly kategorie JASO MA a JASO MB. JASO MA má dvě podkategorie MA1 a MA2 (ČECH, 2008). 3.5 Aditiva Jsou látky, které jsou přidávány do základového oleje z důvodu zlepšení vlastností. Rozlišujeme: Depresanty jejich úkolem je snížení teploty tuhnutí oleje, tvoří je nejčastěji polymetakryláty Antioxidanty zamezují tvorbě karbonových usazenin a korozi, tyto přísady představují báze stíněných fenolů, aromatických aminů a ditiofosfátů zinečnatých Detergenty chrání motor proti korozi, neutralizují kyselé produkty důsledkem hoření a oxidace. Účinnými látkami jsou sulfonáty, alkylfenoláty a alkylsalicyláty Disperzanty zabraňují tvorbě usazenin a kalů, tvoří je sukcinimidy Vysokotlaké přísady napomáhají ochraně třecích ploch za vysokých tlaků tak, že zvýší odolnost mazacího filmu pomocí sloučenin chloru, síry a fosforu Modifikátory viskozity omezují změnu viskozity v závislosti na teplotě Protipěnivostní přísady Protikorozní přísady (HRDLIČKA, 1996) 37

38 3.6 Výroba motorových olejů z ropy Oleje jsou obsaženy v ropě ve formě směsi s lehkými (benzín, petrolej) a těžkými frakcemi (tuhé parafíny, asfalt a pryskyřice). Účelem rafinace je izolace těchto směsí, jejich rozdělení podle viskozity a zbavení jejich dalších příměsí. Fáze procesu rafinace ropy: Destilace jednotlivé frakce jsou selektovány na základě jejich rozličných teplotách vypařování. V této části se získává benzín, nafta a lehký topný olej Vakuová destilace jsou zde vyčleňovány složky, které nebyly odselektovány v procesu destilace. Oproti destilaci vakuová destilace probíhá za nižšího tlaku. Takto se získávají oleje. Zbylým produktem je ropný asfalt, který se dále zpracovává Rafinování rafinací se z olejů získaných během vakuové destilace odstraňují nežádoucí nestabilní složky, korozivní příměsi a zapáchající látky. Rafinace se provádí kyselinou sírovou, louhem, extrakcí pomocí selektivních rozpouštědel, hydrogenační nebo absorpční rafinací Odparafinování z oleje se odstraňují nežádoucí parafíny (pevné uhlovodíky), které zapříčiňují negativní vlastnosti oleje za nízkých teplot. Způsoby odstranění jsou: ochlazováním bez rozpouštědla, ochlazování s rozpouštědlem, biologické odparafinování, isomerie a nebo lehké krakování Hydrokrakované oleje vznikají štěpením složek dlouhých uhlovodíkových řetězců získaných během rafinace ropy procesem zvaným hydrokrakování. V praxi se takto získávají z parafínů a topných olejů oleje mazací. Proces tvoří krakování a hydratace, vakuová destilace a odparafinování. Syntetické uhlovodíky se získávají chemickou syntézou sloučenin primárních stavebních uhlovodíkových molekul. Proces probíhá krakováním, syntézou, vakuovou destilací a nakonec se řetězec molekul sytí atomy vodíku ve fázi hydratace (ŠTĚPINA, 1954). 38

39 Obrázek 21 Schéma výroby olejů (WWW 30, 2016) Výroba mazacích olejů na území ČR V dnešní době probíhá produkce olejů pouze ve firmách Paramo a.s. a Koramo a.s. (VLK, 2006 a). Pardubický podnik s dlouholetou tradicí Paramo a.s. se mimo produkce motorových olejů specializuje také na výrobu paliv, asfaltů a parafínů. Mimo jiné se zde vyrábí široká škála průmyslových olejů (ložiskové, hydraulické a kompresorové). Druhým tuzemským výrobcem je kolínský podnik Koramo a.s. Jedná se o podnik, který vyráběl maziva již pro první automobily v Evropě. V meziválečném období byla firma odnoží americké rafinérské společnosti Vacuum Oil Company. Základové oleje Koramo získává pomocí hydrogenace a k tomu potřebné olejové polotovary dodává litvínovská rafinerie Chemopetrol. Výsledné produkty se prodávají pod obchodní značkou MOGUL (HRDLIČKA, 1996) Schvalování olejů Schvalovací řízení je velmi nákladný proces, jelikož zkoušený olej musí vyhovět všem náročným motorovým testům. Například schválení jednoho typu oleje v kategorii ACEA stojí milionů Kč pro osobní automobily a milionů Kč pro nákladní automobily. Pro výrobce produkujícího velké množství typů olejů představuje zkoušení velkou finanční zátěž. V praxi si výrobci nechají testovat pouze základový olej, který se smíchá s aditivy a následně se viskozita upraví modifikátorem viskozity. Takto vznikají oleje rozličných viskozitních tříd. Neplatí se drahé motorové zkoušky, ale pouze poplatky za zaregistrování oleje (WWW 12, 2016). 39

40 3.7 Nakládání s oleji Nakládání s oleji se řídí zákonem č. 185/2001Sb, který se dělí na 16 částí a nabyl platnosti Dle č. 28 jsou odpadní oleje definovány takto: Odpadními oleji - jakékoliv minerální nebo syntetické mazací nebo průmyslové oleje, které se staly nevhodnými pro použití, pro které byly původně zamýšleny, zejména upotřebené oleje ze spalovacích motorů a převodové oleje a rovněž minerální nebo syntetické mazací oleje, oleje pro turbíny a hydraulické oleje. Paragraf 29 stanovuje povinnosti při nakládání s odpadními oleji následovně: Zajistit přednostně regeneraci odpadních olejů Zajistit spalování odpadních olejů v souladu s požadavky 22 a 23, pokud regenerace není možná Zajistit skladování nebo odstranění odpadních olejů v souladu s požadavky tohoto zákona a dalších právních předpisů, pokud regenerace ani spalování není možné z technických důvodů Zajistit, aby během nakládání s odpadními oleji nebyly tyto oleje vzájemně míchány nebo smíchány s látkami obsahujícími PCB ani s jinými nebezpečnými odpady (WWW 13, 2016) Pátá část zákona 185/2001 Sb. pojednává o zpětném odběru: Povinnost zajistit zpětný odběr použitých výrobků nabídnutých ke zpětnému odběru má právnická osoba nebo fyzická osoba oprávněná k podnikání, která výrobky uvedené v odstavci 1 uvádí na trh, (dále jen "povinná osoba"), a to bez ohledu na výrobní značku a do výše, které za vykazované období stanovené podle odstavce 10 vyrobí nebo doveze Poslední prodejce je povinen při prodeji výrobků, na které se vztahuje povinnost zpětného odběru, informovat konečného uživatele o způsobu zajištění zpětného odběru těchto použitých výrobků. V případě, že tak neučiní, je povinen tyto použité výrobky odebírat přímo v provozovně, a to bez nároku na úplatu od konečného uživatele, po celou provozní dobu a bez vázání odebrání použitých výrobků určených ke zpětnému odběru na nákup zboží 40

41 Historie recyklace olejů na našem území sahá do 70. let, kdy byla schválena vyhláška č. 130/1961 Sb. o povinném odvádění a využití již použitých olejů. Ta ukládala povinnost všem fyzickým osobám a podnikům oleje skladovat a předávat národnímu podniku Benzina. Do roku 1997 fungoval podnik Ostramo v Ostravě, kde probíhala kyselinová rafinace. Jednalo se o velmi neekologickou technologii z důvodu vzniku kyselých pryskyřic, které představují velkou zátěž pro životní prostředí. V porevolučním období (obr. 21) byla platnost vyhlášky zrušena a recyklováno bylo pouze 16 % z celkového množství produkovaného oleje. V současné době je každoročně v ČR spotřebováno tun maziv, z čehož je návratnost pouze t (CABEJŠKOVÁ, 2010). Obrázek 22 Návratnost odpadních olejů (SEEMANN, 2010) Regeneraci popisuje norma ČSN , která byla schválena a nabyla účinnosti Dále se zabývá zkoušením, balením, skladováním, přepravou, manipulací a ochranou zdraví při práci s již použitými oleji (WWW 14, 2016). Zákon č. 185/2001Sb definuje regeneraci oleje následovně: Jakýkoliv proces, kterým je možno vyrobit základové oleje rafinací odpadních olejů, zejména odstraněním kontaminujících složek, oxidačních produktů a aditiv obsažených v takových olejích (WWW 13, 2016). Na území ČR existuje přes 100 firem zabývajících se zpětným odběrem olejů. Mezi nejvýznamnější a nejlépe vybavené patří společnosti BAUFELD s.r.o., B+S Reclaim a.s., a REKOL s.r.o. (SEEMANN, 2010). 41

42 Aby bylo možné olej regenerovat, nesmí obsahovat více než 10 % vody, 0,2 % chlóru a obsah polychlorovaných bifenylů (PCB) nesmí překročit hranici 20 mg kg -1. Minimální výhřevnost je stanovena na 30 MJ kg -1. Proces regenerace spočívá v sedimentaci, odfiltrování hrubých nečistot a odstranění vody pomocí centrifugy. Takto upravené oleje se recyklací zpracovávají na obráběcí emulze, průmyslové a topné oleje. Odpadní oleje se k regeneraci na motorové a převodové oleje příliš nevyužívají z důvodu vysokých nároků na kvalitu těchto olejů. Většina takto vzniklého oleje končí jako zdroj energie pro velké podniky, zejména cementárny, kde je kontrolováno množství produkovaných emisí (CABEJŠKOVÁ, 2010). 3.8 Mazací okruh 4T motorů V předválečném období se využíval systém ztrátového mazání. V praxi to vypadalo tak, že se olej čerpal ke klikové hřídeli následně k hlavě s válci a také k dalším potřebným místům. Tento cyklus byl zakončen na primárním převodu, odkud volně stékal na zem. Toto řešení je v dnešní době z ekologického hlediska zcela nevyhovující (WWW 15, 2016). Nyní se u čtyřtaktních motorů využívá systému mazání se stálou olejovou náplní (mokrá kliková skříň) nebo externím olejovým zásobníkem (suchá kliková skříň). Mazání dvoudobých motorů se uskutečňuje dvěma způsoby. První možností je mazání čerstvým olejem dodávaným pomocí olejového čerpadla. Druhou a zároveň nejčastější možností mazání dvoudobých motorů je mazání olejem přimíchaným přímo do paliva (VLK, 2006 a) Mokrou klikovou skříní Olej je dodáván mazacímu okruhu pomocí olejového čerpadla, které čerpá olej z olejové vany, která je vybavena příčkami. Ty omezují přelévání oleje v zatáčkách a také během akcelerace a decelerace. Tímto konstrukčním řešením je zabezpečeno, že čerpadlo nenasaje vzduch a nedojde tak k přerušení dodávky oleje. Tento systém je uveden na obr. 22, kde č. 1 je hlavní olejové vedení, č. 2 olejové čerpadlo, č. 3 představuje mazání klikové hřídele, č. 4 mazání vaček, č. 5 je olejová vana. 42

43 Obrázek 23 Mazací okruh motocyklu s mokrou klikovou skříňí (VLK, 2005 b) Suchou klikovou skříní Tato koncepce postrádá olejovou vanu. Využívá se zde dopravy oleje z externí olejové nádrže (obr. 23). Hlavní výhodou je spolehlivost dodávky oleje i při silné akceleraci a velkém náklonu motocyklu v zatáčce. Schéma je uvedeno na obr. 21 (SOUDNÍ ÍNŽENÝRSTVÍ, 2005). Obrázek 24 Schéma mazacího okruhu motocyklu se suchou klikovou kříní (VLK, 2005 b) 43

44 4 MATERIÁLY A METODIKA Následující pasáž pojednává o použitých vzorcích, typech motocyklů, měřících přístrojích a také o metodice měření a zpracování dat. 4.1 Nový motocyklový olej Na měření teplotní závislosti byly použity celkem tři vzorky (tab. 5) nepoužitých, běžně dostupných a hojně používaných motocyklových olejů. Všechny oleje jsou stejné viskozitní třídy SAE 10W 40, která je pro motocykly v našich klimatických podmínkách nejvhodnější a zároveň i nejpoužívanější. Číslo vzorku Značení výrobce Tabulka 5 Měřené vzorky nových motocyklových olejů Výrobce Typ oleje Vizkozitní index dle SAE Normy 1 300V Motul syntetický 10W 40 DuraBlend 2 Valvoline syntetický 10W 40 4T Motul syntetický 10W Motul 300V JASO MA, API SG API SG/SH/SJ/SL, JASO T903, JASO MA Dle výrobce se jedná o syntetický esterový olej, který je vhodný pro motocykly se suchou i mokrou spojkou. Svojí koncepcí vyhoví od náročných motorů silničních motocyklů až po extrémně vytížené terénní motocykly. Tento olej odolává vysokým teplotám a zaručuje tvorbu odolného olejového filmu. Jelikož se jedná o olej především závodní, tak jej není možné homologovat podle amerických ani evropských certifikačních testů a to i za předpokladu, že vysoce převyšuje všechny známé normy (WWW 16, 2016) Tabulka 6 Specifikace Motul 300V (WWW 31, 2016) Motul 300V 10W 40 Viskozita při 100 C ASTM D ,1 mm 2 s Viskozita při 40 C ASTM D ,1 mm 2 s Viskozitní index ASTM D TBN ASTM D ,3 mg KOH g -1 Bod tuhnutí ASTM D C Bod vzplanutí ASTM D C 44

45 Obrázek 25 Motul 300V (WWW 32, 2016) Motul 5100 Jedná se o široce rozšířený plně syntetický olej francouzské společnosti Motul, který je vhodný pro všechny čtyřtaktní motocykly se společnou olejovou náplní pro motor, převodovku a spojku. Dle výrobce lze použitím tohoto oleje docílit delší životaschopnosti stroje bez poklesu výkonu (WWW 17, 2016). Tabulka 7 Specifikace Motul 5100 (WWW 33, 2016) Motul W 40 Viskozita při 100 C ASTM D ,82 m m 2 s Viskozita při 40 C ASTM D ,8 m m 2 s Viskozitní index ASTM D TBN ASTM D ,5 mg KOH g -1 Bod tuhnutí ASTM D C Bod vzplanutí ASTM D C Obrázek 26 Motul 5100 (WWW 34, 2016) 45

46 4.1.3 Valvoline DuraBlend 4T Jeho holandský výrobce charakterizuje tento olej jako vysoce výkonný motorový olej pro čtyřtaktní motocykly, který je vyrobený ze syntetických základových olejů s použitím kvalitních vysokotlakých aditiv. Je konstruován pro motocykly s mokrou spojkou a uzpůsoben tak, aby uspokojil náročné požadavky zejména během studených startů a dalších extrémních podmínek (WWW 18, 2016). Tabulka 8 Specifikace Valvoline DuraBlend (WWW 35, 2016) Valvoline DuraBlend 10W 40 Viskozita při 100 C ASTM D ,5 m m 2 s Viskozita při 40 C ASTM D m m 2 s Viskozitní index ASTM D TBN ASTM D ,2 mg KOH g -1 Bod tuhnutí ASTM D C Bod vzplanutí ASTM D C 4.2 Použitý motocyklový olej Obrázek 27 Valvoline DuraBlend 4T (WWW 36, 2016) K měření bylo použito celkem pět vzorků použitých motocyklových olejů, které jsou uvedeny v tab. 9. První vzorek (č. 4) značky Valvoline pochází z motocyklu Honda CBR 125 R s nájezdem 2468 km. Další vzorek (č. 5) francouzské značky Motul byl odebrán z motocyklu Honda CBR 600 RR a bylo s ním najeto 3168 km. Třetí vzorek (č. 6) je z okruhového motocyklu Yamaha YZF R 6, který byl vypuštěn po 2000 km. Vzorek č. 7 byl odebrán z motocyklu Honda CBR 600 RR v okruhové úpravě po ujeté vzdálenosti 3233 km. Poslední vzorek (č. 8) byl získán během výměny olejové náplně motocyklu Honda XR 125, na kterém činil celkový nájezd 4512 km. 46

47 Číslo vzorku Výrobce Tabulka 9 Měřené vzorky použitých motocyklových olejů Označení Nájezd [km] Motocykl Rok výroby Výkon [kw] 4 Valvoline DuraBlend 4T 2468 Honda CBR 125 R ,7 5 Motul 300V 3168 Honda CBR 600 RR Motul 300V 2000 Yamaha YZF R Motul Honda CBR 600 RR Valvoline DuraBlend 4T 4512 Honda XR 125 L ,3 47

48 4.3 Motocykly Honda CBR 125 R Jedná se o silniční motocykl japonské konstrukce s jednoválcovou kapalinou chlazenou pohonnou jednotkou o zdvihovém objemu 124,7 ccm. Jelikož se jedná o vysokootáčkový stroj, tak nejvyššího výkonu dosahuje při ot. min. -1. Motocykl je osazena vzadu i vpředu kotoučovými brzdami. Přední mají průměr 276 mm s dvoupístkovým třmenem a zadní 220 mm s jednopístkovým třmenem. Přístrojová deska je osazena ukazatelem paliva, otáčkoměrem, rychloměrem a ukazatelem teploty. Celkový nájezd tohoto motocyklu v době odběru vzorku činil km. Bližší technické parametry jsou uvedeny v tab. 10 (WWW 19, 2016). Tabulka 10 Technické parametry motocyklu Honda CBR 125 R (WWW 37, 2016) Honda CBR 125 R Typ Silniční Rok výroby 2004 Hmotnost 119 kg Rozvor 1294 mm Typ rámu dvojitý páteřový Chlazení kapalinou Sekundární převod řetěz Rozvod SOHC Příprava směsi karburátor Emise Euro 2 Spuštění motoru elektrický spouštěč Počet rychl. stupňů (man.) 6 Vrtání 58 mm Zdvih 47,2 mm Kompresní poměr 11:1 Zdvihový objem 124,7 ccm Počet válců 1 Počet ventilů 2 Točivý moment 10,6 Nm Točivý moment 8000 ot. min. -1 Výkon 10 kw Maximální rychlost 110 km/h Druh paliva Natural 95 Akumulátor 12 V 48

49 Obrázek 28 Honda CBR 125 R (WWW 38, 2016) Honda CBR 600 RR Představuje další motocykl značky Honda ze silniční řady CBR, který pohání řadový čtyřválec o objemu 599 ccm (tab. 11). K plnění slouží duální sekvenční vstřikovací systém PGM DSFI, který byl inovován za účelem zvýšení výkonu i během nízkých otáček. Oproti předchozím modelům vedlo ke zlepšení jízdních vlastností snížení hmotnosti o 6 kg, nová plně nastavitelná 41 mm dlouhá přední vidlice a radiálně uchycené přední čtyřpístkové třmeny (WWW 20, 2016). 49

50 Tabulka 11 Parametry Honda CBR 600 RR (WWW 39, 2016) Honda CBR 600 RR Typ Silniční Rok výroby 2006 Hmotnost 194 kg Rozvor 1390 mm Typ rámu dvojitý páteřový Chlazení kapalinou Sekundární převod řetěz Rozvod DOHC Příprava směsi vstřikování Emise Euro 2 Spuštění motoru elektrický spouštěč Počet rychl. stupňů (man.) 6 Vrtání 67 mm Zdvih 42,5 mm Kompresní poměr 12:1 Zdvihový objem 599 ccm Počet válců 4 Počet ventilů 16 Točivý moment 66 Nm Točivý moment ot min. -1 Výkon 86 kw Maximální rychlost 250 km/h Druh paliva Natural 95 Akumulátor 12 V Obrázek 29 Honda CBR 600 RR (foto autor) 50

51 4.3.3 Yamaha YZF R 6 Další sportovní silniční motocykl japonské koncepce s řadovým čtyřválcem o obsahu 600 ccm, u kterého je z důvodu zamezení poškození motoru nastaven elektronický omezovač na hodnotu ot. min. -1. Motocykl je obut na pneumatikách o rozměrech 120/70 ZR17 (přední kolo) a 180/55 ZR17 (zadní kolo). Přední kotoučové brzdy představují dva brzdové kotouče o průměru 320 mm, zadní mají průměr 220 mm. Tento motocykl je svojí koncepcí vhodný jak do běžného provozu, tak i na závodní okruh. Bližší technické parametry jsou uvedeny v tab. 12 (WWW 21, 2016). Tabulka 12 Specifikace Yamaha YZF R 6 (WWW 40, 2016) Yamaha YZF R 6 Typ Silniční Rok výroby 2010 Hmotnost 189 kg Rozvor 1380 mm Typ rámu dvojitý páteřový Chlazení kapalinou Sekundární převod řetěz Rozvod DOHC Příprava směsi vstřikování Emise Euro 3 Spuštění motoru elektrický spouštěč Počet rychl. stupňů (man.) 6 Vrtání 67 mm Zdvih 42,5 mm Kompresní poměr 13:1 Zdvihový objem 599 ccm Počet válců 4 Počet ventilů 16 Točivý moment 65,7 Nm Točivý moment ot. min. -1 Výkon 95 kw Maximální rychlost 250 km/h Druh paliva Natural 95 Akumulátor 12 V 51

52 Obrázek 30 Yamaha YZF R 6 (foto autor) Honda XR 125 L Jedná se o cestovní enduro rozšířené mezi mladšími či začínajícími jezdci, jelikož je vhodné jak do města, tak i do terénních podmínek. V době odběru vzorku oleje bylo na motocyklu najeto celkem km. Technická data jsou uvedena v tab. 13 (WWW 22, 2016). 52

53 Tabulka 13 Specifikace Honda XR 125 L (WWW 41, 2016) Honda XR 125 L Typ Enduro Rok výroby 2003 Hmotnost 116 kg Rozvor 1350 mm Typ rámu trubkový Chlazení vzduchem Sekundární převod řetěz Rozvod OHV Příprava směsi karburátor Emise Euro 2 Spuštění motoru elektrický spouštěč Počet rychl. stupňů (man.) 5 Vrtání 56,5 mm Zdvih 49,5 mm Kompresní poměr 9,5 : 01 Zdvihový objem 124 ccm Počet válců 1 Počet ventilů 2 Točivý moment 10 Nm Točivý moment 7000 ot. min. -1 Výkon 8,3 kw Maximální rychlost 100 km/h Druh paliva Natural 95 Akumulátor 12 V Obrázek 31 Honda XR 125 L (WWW 42, 2016) 53

54 4.4 Použité metody měření viskozity a hustoty Měření hustoty Měření hustoty proběhlo pomocí přenosného digitálního hustoměru Densito 30 PX od firmy Mettler Toledo. Tento přístroj je vhodný na měření hustoty olejů, jelikož je opatřen speciální stupnicí, která je uzpůsobena pro měření ropných produktů. Je tak možné rychle změřit a odečíst hustotu vzorku oleje. Přístroj pracuje na principu oscilující trubice v závislosti na přesném měření teploty. Součástí přístroje je nastavitelná pumpa, která slouží k regulaci rychlosti nasávání vzorku. Pro velmi viskózní vzorky je hustoměr opatřen otvorem, kterým se aplikuje vzorek pomocí stříkačky. Teplotní kompenzace se provádí automaticky nebo deseti teplotními kompenzačními koeficienty, které se kalibrují pomocí vzduchu či vody. Hustoměr je opatřen interní pamětí se schopností ukládat data až ze vzorků. Bližší technické parametry jsou uvedeny v tab. 14 a kompletní příslušenství je znázorněno na obr. 31. Postup měření je takový, že se vzorkovací hadička ponoří do vzorku a po jeho nasátí dochází k samočinnému startu měření. Následně se během několika sekund promítne výsledek měření na display (WWW 23, 2016). Tabulka 14 Specifikace hustoměru Densito 30 PX (WWW 23, 2016) Densito 30 PX Měřící rozsah hustoty 0 až 2 g cm -3 Měřící rozsah teploty 0 až +60 C Rozlišení 0,0001 g cm -3 Přesnost 0,001 g cm -3 Identifikace vzorku datum, čas, identifikace přístroje hustota, specifická hmotnost, Jednotky měření Brix%, alkohol, Baumé, Plato, API, kyselina sírová, koncentrace 54

55 Obrázek 32 Hustoměr Densito 30 PX (WWW 43, 2016) Měření viskozity Měření viskozity motocyklových olejů se uskutečnilo pomocí rotačního viskozimetru DV2T americké značky Brookfield. Měřící geometrii přístroje je možné upravit jako typ válec válec nebo kužel deska. Řídící program PG Flash přímo zobrazí výsledky viskozity, teploty, smykové rychlosti, smykového napětí, rychlost otáčení a % torze a vřetena na 5 palcovém dotykovém display. Program dále umožňuje tvorbu vlastních testů na PC a prostřednictvím USB je nahrát do viskozimetru. Přesnost měřícího přístroje je stanovena na ± 1,0 % a opakovatelnost ± 0,2 %. Součástí Viskozimetru je sada vřeten, program PG Flash Software, stojan, RTD teplotní sonda s ochranným rámem vřetena, USB flash disk a přenosný kufřík (WWW 24, 2016). Obrázek 33 Měření viskozity (foto autor) 55