10b. Mérések rogyásig II.

Bizonyítgassunk egy kicsit! A következő táblázatokhoz készítéséhez abból indultunk ki, hogy egy azonos folyósságú olaj esetén a nyomás megduplázása az áramlás mértékének duplázódását is jelenti. A valóságban minimális eltéréssel ugyan, de nem teljesen lesz kétszer nagyobb az áramlás. Szintén igaz ez a fordulatszám duplájára emelésére, a valóságban ilyenkor sem teljesen duplázódik meg az áramlás (de majdnem).

Következzenek a problémákra rávilágító táblázatok:

A. 30-as egyfokozatú olaj, működési hőmérséklet mellett:

olaj28

A maximális áramlás nem haladja meg az 5 egységnyit, mivel a maximális olajnyomást szabályzó szelep 6,2 bar nyomásnál nagyobbat nem enged meg a motorban. Ezért 5000/perc főtengelyfordulat felett erősen romlik a kenés hatásfoka.

B. Szintén 30-as olaj, de most egy erősebb olajpumpát használó motorban:

olaj29

A maximális áramlást már 3000-es főtengely fordulaton elérjük, ha erősebb olajpumpát alkalmazunk. Az olajpumpa teljesítményének duplázásával megkétszereződik a nyomás és az áramlás is, viszont a motorban engedélyezett maximális olajnyomás miatt (szelep 6,2 bar-on nyit) hiába nő motorunk terhelése, 3000-es fordulat felett, nem tudjuk az olaj áramlását ennek szükségében fokozni.

C. 40-es egyfokozatú olaj működési hőmérsékleten (100°C) (normál pumpa)
Ez az olaj kevésbé folyós, mint a 30-as, így nagyobb nyomást igényel az ugyanolyan mértékű áramoltatása.

olaj30

.

D. 40-es egyfokozatú olajjal működési hőmérsékleten (100°C) (növelt teljesítményű olajpumpa)

olaj31

Az A. és a C. táblázatok közel állnak a hétköznapi körülményekhez, jól mutatják mi is történik, ha 30-as melegoldali jelzésű olajról 40-es olajra váltunk:

1. A vékonyabb olajjal (xx-30-as) 6000/perc főtengelyfordulatnál érjük el a maximális olajáramlást a motor artériáiban (A. táblázat). Amikor 7-8 esetleg 9000-re (pl.: Mazda RX-8) emeljük a főtengely fordulatszámát, nem növekszik már tovább az olaj áramlási sebessége. A motor csapágyaira nehezedő erőhatások növekednek, de ennek ellenére nem tudjuk tovább növelni az olaj áramlásának mértékét.

2. A kevésbé folyós, vastagabb olajjal (xx-40-es) már 3000-es fordulaton kialakul a maximális áramlási mérték. Még rosszabb, hogy ez az érték csak Hármas mértékű. Ahogy emeljük a fordulatszámot 4-5-6-7-8 vagy esetleg 9000-es értékre, nem tudunk elérni nagyobb olajnyomást, erősebb olajáramlást, azaz nem tudjuk a kenés hatásfokát javítani. Pedig erre egyre nagyobb szükség lenne a fordulatszám emelkedésével.

A következőkben nézzünk meg, hogy egy 20-as olaj hogyan viselkedik működési hőmérsékleten. Ugyanolyan mértékű áramláshoz az egyébként állandó térfogat továbbító képességű pumpával kisebb nyomásértékek tartoznak, hiszen a hígfolyósabb olajat könnyebb átpumpálni a motor alkatrészein. Ráadásul az ezzel az olajjal mért értékek állnak legközelebb a technikailag megkövetelt 0,7 bar/1000 fordulat előíráshoz.

E. 20-as olaj 100°C-on.

olaj32

Még 8000-es fordulatszámon sem értük el a maximális áramlás mértékét. Ha 9000-ig pörgetnénk a motort, akkor érnénk el a megkerülő szelep nyitási értékét, illetve a maximális 9-es(!!!) áramlási mértéket. A motorban így éppen háromszoros értékű a maximális olajáramlás mértéke (max. fordulaton), mint amennyi a 40-es olajjal elérhető. A hengerek alján található olajfúvókák éppen HÁROMSZOR annyi olajat porlasztanak a hengerfalakra és a dugattyúfenekekre. Ez sokkal jobb hűtést és kenést jelent. Minden hidegebben fut és a csapágyakban a felületek közötti elválasztó erő is háromszoros mértékű.

RX-8 műszerfal

RX-8 műszerfal

Azokban az erőforrásokban, melyek piros mezős fordulatszáma 5000-nél kezdődik, általában 3,5-4,2 bar nyomásnál nyit a megkerülő szelep. Amely motorok 8-9000-ig is pörgethetőek, azokban 6,2-6,8 bar is lehet a maximális megengedett nyomás. Ebből is jól látható, hogy amennyiben a maximális olajáramlásra törekszünk, akkor hagyatkozzunk a 0,7 bar/1000 fordulat szabályra.

A Ferrari Maranello esetében a 0w-20-as motorolaj a nyerő. Korábban említettem, hogy akár 10-es olajat is használhatnánk benne. Valójában a városok körüli közlekedésben általában 90°C fok körüli az olajhőmérséklet, így hasonlóak a nyomásértékek, mint feljebb a C. táblázatban, a 40-es olaj 100 Celsius fokon való használata esetén. Ezért írtam, hogy a forróbb versenykörülmények között is tökéletes a vékonyabb (0w-20) olaj használata, amely optimális kenést biztosít, lásd E. táblázat.

Mit is mond a Ferrari? 6000-es fordulatszám esetén, 5 bar az optimális olajnyomás a Maranello 12 hengeresében. A 20-as olajjal nem érjük el a megkerülő szelep nyitási értékét ezen a fordulatszámon. Így ha tovább növeljük a fordulatszámot, tovább növekedhet az olaj áramlásának a mértéke. Ez az amire szükségünk van és ez az amit a Ferrari gyár is javasol. A legnagyobb áramlási mértéket a maximális nyomáson kapjuk, amit kb. 7700-as főtengely fordulatszámnál érünk el. Nem lép be a “képbe” a megkerülő ág, a teljes szivattyúzott olajmennyiség végighalad az erőforrás kenési rendszerén. Nincs egyetlen elvesztegetett lóerő sem, amely az egyébként a megkerülő szelepen az olajteknőbe rögtön visszafolyó olaj szivattyúzására lett elpazarolva. Ez a tökéletes rendszer. Végül hasonlítsuk össze egy egyfokozatú 30-as olajjal szerzett tapasztalatokat normál közlekedési viszonyok esetén (100°C), és versenyszerű használat melletti magasabb olajhőmérséklet figyelembevételével (130°C).

A. 30-as egyfokozatú olaj 100C:

olaj33

A maximális áramlási mérték 5 lesz, mivel 6,2 bar nyomásnál nyit az olajpumpa megkerülő szelep, így nem tud ennél nagyobb nyomás felépülni a rendszerben.

F. 30-as indexű olaj 130C-on.
Az olaj hígfolyósabb ezen a hőmérsékleten így kisebb nyomás is biztosítja ugyanazt a mértékű áramlást:

olaj34

A maximális áramlás 9 egységnyi lesz, mivel 8000-es fordulaton még mindig nem értük el a megkerülő szelep nyitási nyomásértékét. A forróbb (130°C) 30-as indexű olaj hígabb, mint a hidegebb (100°C) 30-as motorolaj. Az olajpumpa szivattyúzási mennyisége állandó a fordulatszám függvényében, de csak annyi olajat tud átnyomni a motor olajzási rendszerén, amennyit a nyomáskorlátozó megkerülő szelep megenged. A magasabb hőmérsékleten kisebb a nyomás a rendszerben a hígfolyósabb olaj eredményeképpen, ami lehetővé teszi, hogy az olajmegkerülő szelep ne akadályozza meg az áramlás mértékének duplájára növekedését a maximális fordulatszámon. Valódi előnyként jelentkezik, hogy az olaj hígabb magasabb hőmérsékleten. Nagyobb mértékű áramlást kapunk, azaz jobb a motorunk hűtése és kenése.

rotateA 30-as indexű olaj a versenypályán elérhető 130°C-on pontosan ugyanolyan áramlási mennyiséget produkál, mint a 20-as olaj alacsonyabb, “hétköznapi” 100°C hőmérsékleten. Ebből kifolyólag hétköznapi használatban alkalmazható a ‘20-as’, míg versenykörülmények között szükség van a ‘30-as’ motorolajra. Mindkét esetben a maximális olajáramlást kapjuk. Vegyünk most a saját motorunkat! Helyettesítsük be az aktuális áramlási mennyiséget 1000-es fordulatszámon, immár literekben mérve. Ha az erőforrásunkban 1000-es fordulatszámon 1,5 liter olaj kering 1 perc alatt, akkor 2000-es fordulatszámon 3 liter, 4000-nél 6 liter és így tovább. Az A. táblázat esetén a maximális áramlási mennyiség 7,5 liter/perc. Az E. és az F. táblázatok esetében pedig 13,5 liter/perc lesz a maximális áramoltatott mennyiség.

Konklúzió: A többfokozatú motorolajok kifejlesztésének elsősorban az volt a célja, hogy megoldják az olaj hidegen besűrűsödésének problémáját, a motor leállítása után. Az évek múlásával sikerült redukálni a korábbi besűrűsödési mértéket. Mindazonáltal nincs olyan olaj, amelynek folyóssága ne csökkenne a kihűlésével. Ez az amiért melegítenünk kell autónk motorját, mielőtt fokozzuk a fordulatszámot. A motor tervezői mindig üzemmeleg motor és olaj szempontjából javasolnak motorolajat az adott erőforráshoz. Éppen ezért az olaj vékonyodásával nem kell foglalkoznunk. A probléma az olaj vastagodása a motor kihűlése közben. A hideg motorban óriási nyomást mérhetünk, ami a kevésbé folyós olaj következménye. A sűrű olaj nagyobb belső ellenállást eredményez, így nagyobb nyomás szükséges az áramoltatásához.

G. 40-es indexű olaj 24°C fokon (hidegindítás):

olaj35

A maximális egységnyi áramlás 1,5 lesz, mivel 6,2 bar nyomásnál nem lehet nagyobb nyomás a rendszerben, és ezt az értéket már 1500-as fordulaton elérjük.

Ebben az esetben 8000-es fordulatszámon ugyanazt a mértékű áramlást kapjuk, mint 1500-as fordulatszámon. Az áramlás mértéke nem tud fokozódni, ami nagy mértékben rontja a kenés hatásfokát. Ez az amiért várnunk kell a motor és az olaj bemelegedésére. Érje el a 100°C-ot, vagy még többet! Bemelegedett motor esetén ezzel az olajjal 3 lesz a maximálisan elérhető áramlás mértéke, ami éppen a duplája a hidegen mért értéknek. Ha még nagyobb áramlást szeretnénk elérni, akkor alacsonyabb viszkozitási indexű olajra lesz szükségünk.

Olajfurat

Olajfurat

Mit kell tennünk? A kételkedők használják a gyári előírásban szereplő melegoldali viszkozitású olajat, legyen az 30, 40, 50 vagy akár 20-as indexű! Amennyiben változtatni akarunk, akkor a beidegződésekkel szemben inkább alkalmazzunk egy fokozattal alacsonyabb melegoldali indexű (hígabb) motorolajat, mint egy fokozattal vastagabbat (magasabb jelzés)! Lehetőleg a viszkozitási jelzés első száma (hidegoldal) 0 vagy 5 legyen, azaz 0w-xx, vagy 5w-xx motorolajat használjunk! Ha a legjobb védelemre és teljesítményre vágyunk a motorunkat illetően, akkor a szintetikus olajoknak szavazzunk bizalmat! Az olaj márkája soha nem számít olyan mértékben, mint a viszkozitás. Az olaj besorolási osztálya SL, vagy SM legyen (2008)! Cseréljük olajat rendszeresen (sűrű intervallumot, környezetvédelmi okokból nem akarok írni) minimum minden tavasszal, illetve frekventáltan ellenőrizzük az olajszintet!

- Varga István, www.mazda-auto.hu -