10a. Mérések rogyásig I.

Korábban láthattuk, hogy a 0w-30, 5w-30, 10w-30 és az egyfokozatú 30-as motorolajoknak pontosan egyforma a viszkozitása 100 és 150°C-on. De mi a helyzet az indítási viszkozitási értékekkel? Egyforma-e a 0w-20, 0w-30, és 0w-40 jelzésű motorolaj viszkozitása 0°C fok melletti motorindításkor? A válasz: nem. A SAE alapszabály megenged eltéréseket. Néhány példa:

Hideg-viszkozitás

A számok nem teljesen pontosak, de jól mutatják, hogy a “0″ is különböző viszkozitási értékeket takar. Ez annak ellenére van így, hogy a forró motorban a 0w-30, 5w-30, 10w-30 és az egyfokozatú 30-as olaj is egyaránt pontosan (majdnem) 10 cSt viszkozitású!

Most idézzünk egy autóipari szakembert, akinek utána hosszasan kommentáljuk következő mondatait:

“A nyomás és az áramlás összefüggnek a viszkozitással, de egyik sem jelenti önmagában a kenést. A kenés a folyadék tulajdonsága, nem pedig az erő határozza meg. Ha megduplázzuk a nyomást, azzal megkétszerezzük az áramlás mértékét. Ha csökkentjük a viszkozitást, és hígabb olajat használunk, akkor nyomásveszteség mellett növeljük az olaj áramlását. A jobb áramlás miatt javul a hőelvezetés. A magas nyomás segíti a fémalkatrészek, mint például a siklócsapágyas részegységek egymástól távol tartását.”

Következzenek a számszaki adatok, hogy mi is történik egy motorban. Az adatokban nem jelenítjük meg az olaj belső (áramlással szembeni) ellenállásából keletkező eltéréseket, hiszen egy pontos mérés kimutatná, hogy nem teljes egészében duplázódik az áramlás az olajjáratokban, az olajnyomás megduplázásával. Az egyszerűség és a lényeg könnyebb megérthetősége érdekében ezt nem vettük figyelembe a méréseknél, hanem egy hipotetikus motor adataival dolgozunk a lényeg minél egyszerűbb átlátásának kedvéért. Egy biztos, a vastagabb olajok belső ellenállása minden helyzetben magasabb, mint a hígfolyósabb olajoké, tehát még gyorsabban nő a nyomás a fordulatszám emelésével, csökkentve az áramlás növekedésének esélyét. A táblázatokból kiderül, hogy miért?

De következzenek most a egyszerűsített adatok 30-as motorolajjal, működési hőmérsékleten mérve (100°C):

olaj22

Valójában 8000-es percenkénti főtengelyfordulat esetén a maximális áramlás 5 egységnyi, hiszen a olajszivattyú megkerülő szelepe 6,2 bar nyomáson nyit, így nem enged meg ennél nagyobb nyomásértéket a motor olajjárataiban.

Következzen most egy még nagyobb teljesítményű olajszivattyúval rendelkező motor táblázata, ugyanilyen 30-as súlyozású olajjal:

olaj23Mivel a megkerülő szelep 6,2 bar nyomásnál nyit, ezért a maximális motorolaj áramlás a valóságban nem lesz nagyobb 5 egységnél.

Ideális esetben, azonos folyósságú olajat használva, az olajpumpa teljesítményének további fokozásával növekedne a nyomás és az áramlás mértéke is, de a visszafolyó szelep nyitása miatt ez nem így van. A szelep nélkül dupla nyomásnál, dupla áramlást mérhetnénk (ideális esetben). Nézzük azonban mi a valós helyzet, a minden motorban megtalálható szeleppel!:

olaj24

Mivel az olajnyomás szabályzó szelep maximum 6,2 bar nyomást engedélyez, ezért az olaj áramlásának maximális mértéke a motorban nem nagyobb 5 egységnél, ami alig valamivel 2000-es(!!!) főtengelyfordulat felett létrejön és nem tud fokozódni a fordulatszám további növelésével.

Most tekintsük meg ugyanezeket a táblázatokat, de immár 40-es, tehát valamivel kevésbé folyós (100°C) motorolajjal! Az olaj sűrűbb(vastagabb), ezért ugyanolyan mértékű áramoltatásához nagyobb nyomás szükséges.

olaj25A nyomásszabályzó szelep 6,2 bar nyomásnál nyit, így a maximális áramlás mértéke 3 egység, ami körülbelül 3000-es főtengely fordulatszámon alakul ki és nem tud növekedni tovább.

Valamivel erősebb olajszivattyúval, még mindig 40-es olajjal, 100°C fokon:

olaj26A valóságban a maximális mértékű olajáramlás, már 2000-es fordulatszámon kialakul, hiszen az ezen a fordulatszámon kialakuló 6,2 bar-os nyomásnál nem enged meg nagyobbat a megkerülő szelep.

Most kisebb nyomással ugyanez a 40-es olaj:

olaj27

A maximális áramlás 3 egységnyi lesz, mivel a olajkör megkerülő, azaz bypass szelepe 6,2 bar-nal nem enged meg nagyobb nyomást az olajkör bemeneti részénél.

A táblázatokból jól mutatják, hogy a nyomást növelve ugyanazt az olajat használva fokozhatjuk az áramlást, de ha a nyomás növelését egy kevésbé folyós, sűrűbb olajjal kívánjuk elérni, akkor lecsökkent áramlás lesz az eredmény. Nagyobb nyomást igényel a vastagabb olaj mozgatása. Ha sűrűbb olajat használunk, akkor a megnövekedett ellenállás miatt az olajnyomás növekedni fog, de az áramlás éppen ellenkezőleg, csökkenni fog. Az áramlás különösen a fontosabb helyzetekben, azaz nagy terhelésnél, magasabb fordulatszámon redukálódik, ami növeli a hőmérsékletet, azaz a kopás esélyét.

Mindazonáltal a nyomás továbbra sem egyenlő a kenéssel. Vizsgáljunk meg egy egyszerű zárt “élettartam kenésű” csapágyat. Nyissunk fel egy ilyen csapágyat, hogy nyomás alá helyezhessük a benne található olajat. Mindezt megtehetjük. Az olajat tarthatjuk légköri nyomáson. Ezután megduplázhatjuk, triplázhatjuk, négyszerezhetjük a csapágyban lévő olajra “nehezedő” nyomást. Az olaj nem összenyomható. Függetlenül a nyomástól, ugyanolyan mértékű a kenés a zárt csapágyban, mint atmoszférikus nyomáson. Mint ahogy korábban írtuk, 1:1-es arányú kapcsolat mutatkozik az áramlás mértéke és a felületeket elválasztó nyomás között. A kenés önmagában független a nyomástól. Ezt most nem fogjuk matematikai összefüggésekkel igazolni.

Még a víz is használható kenés biztosítására. Ez részben az erős felületi feszültségének köszönhető. Nagyon sok orvosi műszerben például víz biztosítja a kenést. Az autóiparban az alkatrészek korrózióra való hajlama miatt nem lehet használni. Pedig a víz hőelvezető képessége sokkal jobb, mint az olajé. Csak ebből a szempontból vizsgálva a víz jobb hatásfokkal végzi a lubrikációt, mint az olaj.

Lesz még több táblázat, de majd a 10. fejezet második részében.

- Varga István, www.mazda-auto.hu -