Olejářství jako vědní obor. Tribotechnika odhalí blížící se závadu motoru

S vývojem techniky se vyvíjí i spalovací motory. Zvyšují se výkony, rostou otáčky, motory jsou čím dál víc kompaktní. Zvyšuje se i tepelné zatížení, a jsou tak kladeny větší a větší nároky na spolehlivé mazání.

Výrobci automobilů od motorových olejů vyžadují stále vyšší výkony a navzdory zvyšujícímu se zatížení oleje chtějí prodlužovat i výměnné intervaly. Od poloviny minulého století, kdy se motorový olej často vyměňoval po 2000 až 5000 km, se doba posunula tak, že u některých automobilů výrobci předepisují výměnu až po 30 000 kilometrech.

Olej v motoru neslouží jen k pouhému mazání. Jedním z dalších důležitých úkolů je například chlazení

Základové oleje vyrábí jen několik velkých společností, kouzlo tak dnes tkví především v aditivaci

Požadavků, které musejí motorové oleje splňovat, je mnoho. Jsou to především mazání, chlazení (olej se na některých místech zahřívá až na 250 °C a stéká zpět do olejové vany, kde se ochlazuje na 90 až 150 °C), utěsňování, udržování čistoty motoru, antikorozní vlastnosti a přenos sil. Kromě toho musí chránit motor proti opotřebení, snižovat tření mezi pohyblivými částmi motoru, snižovat spotřebu paliva, chránit pístní kroužky, zamezit tvorbě úsad, co nejméně měnit svoje vlastnosti v provozu a také nebýt agresivní vůči ostatním materiálům. Vývoj výrazně ztěžují i nároky na nezávadnost vůči životnímu prostředí, skladovatelnost (chemickou stabilitu) či náklady na jejich výrobu. Samozřejmě oleje po úniku do spalovacího prostoru nesmí poškodit a zanést katalyzační zařízení ani jiné součásti, jako například EGR ventil. Vyhovět všem těmto potřebám je velmi složité, a proto je namístě přidat jako podpůrnou složku vhodné aditivum.

Přečtěte si také:

Výměna oleje v motoru a převodovce: Vše, co musíte vědět

Při výběru motorového oleje je nejdůležitější dodržovat doporučenou specifikaci výrobce motoru a klasifikaci maziva. Cenou oleje se rozhodně nelze řídit. Může nastat i situace, že dražší olej poškodí motor, protože splňuje odlišné normy, doporučené pro jiné, zpravidla novější typy motorů.

Kdy olej vyměnit?

Univerzální poučka bohužel neexistuje. Kondice oleje závisí na mnoha okolnostech, jako jsou režim jízdy, vzdálenosti, zda automobil jezdí spíše krátké, nebo spíše dlouhé trasy, studené starty, v jakých podmínkách auto jezdí, zda často dlouho stojí, a na stavu motoru samotného. Odborníci radí motorový olej vyměňovat častěji, než je interval udávaný výrobcem, zejména u starších vozů je to velmi důležité. Až děsivě často narážíme na názory a tvrzení, že motorový olej není potřeba často vyměňovat, že je to jen tah olejářských společností, jak vydělat více peněz, a že oleje jsou dost kvalitní na to, aby vydržely velmi dlouhý interval výměny.

Přečtěte si také:

Sedm častých způsobů, jak si zbytečně ničit auto

Spousta lidí se odkazuje na „long-life“ motorové oleje, které jsou předepsané od výrobců vozidel na výměnu až po 30 000 kilometrech. Nejdříve podotkněme, že žádný motorový olej nevydrží věčně a rozhodně není celoživotní náplní automobilu. Co se týče „long-life“ olejů, ani zde nedoporučujeme nechat v motoru olej po 30 000 kilometrů, ale interval zkrátit zejména v závislosti na režimu provozu. Motorové oleje jsou sice velmi kvalitní, ale degradaci podléhají také. Vysoké teploty a změna teplot v motoru, kovové částice uvolněné v důsledku opotřebení motoru či třeba koroze ze vzdušné vlhkosti jej degradují.

Tribotechnika poradí

Tribotechnika je jednou z oblastí vědního oboru zvaného tribologie, což je nauka o procesech tření, opotřebení a mazání. Komplexně se zabývá praktickým řešením otázek týkajících se tření, opotřebení a mazání. Za počátek vzniku organizované tribotechniky u nás lze považovat rok 1957, kdy vznikla odborná sekce tribotechniky při Výzkumném ústavu paliv a maziv (VÚPM) n. p. Benzina v Praze. Tribotechnická praxe zahrnuje spoustu oblastí, mezi něž patří např. maziva a jejich testování, výpočty a optimalizace třecích dvojic, způsoby aplikace maziv a mazací zařízení, tribodiagnostika maziv a konstrukčních uzlů, organizace techniky mazání atd.

Jak a proč se olej testuje? style=soft box_color=#000000

Rozbor oleje se provádí různými metodami a přístroji. Řekněme si o těch základních: kapilárovém ferografu, rotačním viskozimetru či přístroji na měření nečistot a obsahu vody.
Principem ferografie je rozdělení otěrových kovových částic podle jejich velikosti v silném magnetickém poli. Z testu se posuzuje intenzita opotřebení třecích ploch motoru. Vzorek maziva stéká po šikmé ploše, která je umístěna v magnetickém poli. Nahoře se zachytí největší částice a postupně se zachycují částice podle velikosti a tvaru. Poté se vyhodnotí počet částic velkých a počet částic malých. Lze také predikovat, jaké a kde bude ve stroji největší opotřebení, podle morfologie otěrových částic sledovaných pod mikroskopem. Jelikož však tato metoda vyžaduje náročné proškolení obsluhy, přechází se často k metodě modernější a přesnější:  optické emisní spektrometrii s indukčně vázaným plazmatem, kterou lze vyhodnocovat kvalitativně i kvantitativně až 20 různých prvků. Pro naftový motor se nejčastěji vyhodnocují prvky hliník, chrom, měď a železo, u nichž se sledují předepsané limitní hodnoty. Podle těchto hodnot se pak mohou servisní pracovníci rozhodnout k adekvátnímu zásahu do dalšího provozu motoru. Moderní spektroskopické metody jsou velmi přesné, ale na rozdíl od uvedené ferografie neumí posoudit tvar a velikost otěrových částic (nerozpoznají konkrétní děje v motoru).

Moderní ferografy jsou velmi důmyslné přístroje, stále však vyžadují zkušenou obsluhu

Rotační viskozimetr zkoumá viskozitu oleje pomocí zjištění točivého momentu potřebného pro otáčení předmětu ve zkoumaném vzorku. Vnitřní válec, který je souosý s válcem vnějším, se otáčí v oleji. Torzní senzor je tvořen šroubovitou pružinou, vychýlení je snímáno voltmetrem. Hodnota viskozity se vyjadřuje v milipascalech za sekundu. V diagnostice spalovacích motorů se však častěji využívá metoda měření kinematické viskozity, kde se používá kapilárový viskozimetr. Změříme čas průtoku oleje mezi dvěma ryskami, čímž se po dopočítání získá hodnota kinematické viskozity v jednotkách mm2/s (dříve také cSt – centistoky).

Měření nečistot a obsahu vody v oleji se provádí např. na přístroji TCM-U. Míra znečištění oleje karbonem (uhlíkovými produkty) se měří za pomoci odraženého světla v kyvetě, což je nádobka ze skla pro proměřování optické propustnosti vzorků. Přístroj ukáže procento obsahu nečistot (sazí). To má důležitou vypovídací hodnotu zvláště u vznětových motorů.

Tribotechnická diagnostika neboli tribodiagnostika se obecně zabývá sledováním procesů třecích součástí a mechanismů z analýz mazacího oleje. Jedná se o bezdemontážní technickou diagnostiku, při které se zjišťují chemicko-fyzikální vlastnosti použitého maziva a cizí látky vznikající opotřebením v mazivu (kvalitativně i kvantitativně). Upozorňuje na příznaky opotřebení, lokalizuje vznikající poruchy, určuje životnost maziva a optimalizuje intervaly výměn maziva. Tato činnost má dalekosáhlý ekonomický význam pro každého provozovatele strojů, případně autoparků. Tribodiagnostika se vyplácí zejména u velkých olejových náplní strojů a velkých motorů, tedy zejména v případě autodopravců. O konkrétních metodách se dočtete níže.

Rotační viskozimetry se v olejářském průmyslu používají souběžně s viskozimetry kapilárovými

Ani moderní olej není superman – o motor pečujte jeho včasnou, pravidelnou výměnou

U motorových olejů v provozu má rovněž smysl měřit tzv. celkové číslo zásaditosti a kyselosti TBN a TAN. Tyto hodnoty vyjadřují pokles obsahu jistých aditiv v oleji a také možnost vzniku koroze. Při provozu motoru postupně klesá TBN a roste TAN. Doporučuje se, aby hodnota TAN nebyla rovna nebo větší než hodnota TBN. Pokud se tedy tyto dvě hodnoty rovnají nebo je TAN již vyšší než TBN, olej by se měl vyměnit. Existují ještě další vhodné zkoušky pro doplnění diagnostiky oleje. Je to například test čistoty oleje dle ISO 4406. FTIR (infračervená spektrometrie) měří úbytek aditiv, oxidaci, nitraci a sulfataci oleje. Obsah glykolu detekuje průsak chladicí kapaliny do oleje, kapková zkouška aj.

Pomocí metod tribodiagnostiky lze nejen predikovat blížící se poruchu motoru nebo jiného zařízení a prodloužit jeho optimální funkci do nutné opravy, ale např. i významně prodloužit výměnné lhůty olejů v provozovaných motorech. To s sebou přináší velmi zajímavý ekonomický efekt.

Marek Tresner