Mazanie a chladenie spaľovacích motorov

Na pohon automobilov sa takmer výhradne používajú piestové spaľovacie motory, ktorých spoľahlivá činnosť je priamo závislá od správneho mazania a chladenia. Tieto dva systémy sú neoddeliteľnou súčasťou motora a bez nich by žiadny spaľovací motor nedokázal normálne fungovať.

Mazací systém motora

Mazací olej spaľovacích motorov, známy aj ako motorový olej alebo olej z kľukovej skrine, neslúži len ako mazivo pre rôzne komponenty v stroji, ale plní aj funkcie ako chladenie, čistenie a tesnenie v rámci motora. Úlohou mazania je zabezpečiť, aby trecie plochy strojových pohybujúcich sa súčastí boli dostatočne mazané a medzi nimi nenastalo suché trenie.

Suché (kovové) trenie spôsobuje vývin tepla, zadieranie trecích plôch a ich znehodnotenie. Mazací olej utesňuje trecie plochy a chráni kovové súčiastky pred mechanickými účinkami, ako je napríklad relatívny pohyb súčiastok, ktorý sa uskutočňuje ako kvapalinové trenie, a znižuje mieru opotrebenia súčiastok, transformujúc polosuché trenie na trenie kvapalinové.

Typy mazania a komponenty systému

U štvordobých motorov sa najčastejšie používa tlakové obežné mastenie. Mazací systém musí zásobovať súčiastky motora dostatočným množstvom oleja. Čerpadlo nasáva olej cez sitkový čistič z olejovej vane, ktorá sa nachádza na spodu motora. Následne ho tlačí vedením a mastiacimi kanálmi k masteným miestam motora.

Najdôležitejšie mastiace miesta, ktoré musia byť prostredníctvom celej mastiacej sústavy dostatočne zásobované olejom, sú ložiská kľukového hriadeľa, ojničné ložiská, zdvihátka ventilov, ložiská vačkového hriadeľa, samotné vačky, ventilové vahadlá, rozvodová reťaz a pohon príslušenstva. Každá súčiastka motora je dizajnovaná tak, aby dochádzalo k jej efektívnemu mazaniu, napríklad rozstrekovaním oleja pomocou rotácie vačkových a kľukových hriadeľov, alebo tlakom cez úzke otvory. V okruhu môže byť ďalší čistič oleja a chladič oleja.

Pri vysokom tlaku oleja, napríklad pri spustení studeného motora, sa tlak znižuje poistným obmedzovacím tlakovým ventilom, ktorý sa umiestňuje hneď za olejovým čerpadlom. Z mastiacich miest odkvapkáva olej a odteká späť do vane. Množstvo oleja vo vani musí byť kontrolovateľné, napríklad olejovou mierkou, pričom hladina oleja sa musí pohybovať medzi ryskami Min a Max.

Pre dvojtaktné motory sa používa aj zmesné mazanie, kedy je mazací olej zmiešavaný v stanovenom pomere s palivom (napríklad 1:33-40) a ako olej je používaný špeciálny olej, napríklad M2T.

Vlastnosti a špecifikácie motorového oleja

Nároky na motorový olej sú vysoké, a preto každý výrobca motora definuje svoje špecifiká a olej, ktorý by mal byť pre daný motor použitý. Dôležité faktory sú hustota pri rôznych teplotách, zloženie oleja, jeho prísady a aditíva, ochrana častí motora a znášanlivosť s materiálmi v motore.

Viskozita a jej vplyv

• Viskozita: Výber hodnoty viskozity mazacieho oleja je určený teplotou, zaťažením, rýchlosťou otáčania a ďalšími podmienkami počas mechanickej prevádzky. Mazací olej spaľovacích motorov vďaka vysokému zaťaženiu a vysokej pracovnej teplote používa mazací olej s vyššou viskozitou. Všeobecne, keď je zaťaženie malé, pracovná teplota je nízka a mechanická rýchlosť otáčania je vysoká, mal by sa zvoliť mazací olej s nižšou viskozitou.
• Viskozitno-teplotné vlastnosti: Počas normálnej prevádzky spaľovacieho motora môže teplota v niektorých častiach dosiahnuť až 300 stupňov, zatiaľ čo počas štartovania je teplota relatívne nízka. S rastúcou teplotou olej redne a zmenšuje sa priľnavosť olejového filmu. Viskozitné triedy sú určené označeniami ako SAE 30, SAE 10 atď. Čísla bez písmena W majú určené viskózne intervaly pri 100°C.
• Teplotné rozsahy: Každý olej má definované dva teplotné rozsahy: najnižšiu teplotu čerpateľnosti a najvyššiu teplotu mazania. Napríklad, hraničná teplota čerpateľnosti môže byť -25°C, podľa tabuľky tried viskozity SAE.

Ďalšie vlastnosti oleja

• Antioxidačná stabilita: Mazivá automobilových motorov sa nepoužívajú len pri vysokých teplotách, ale podliehajú aj opakovanej cirkulácii. Počas nepretržitého kontaktu s kyslík obsahujúcimi plynmi sú náchylné na oxidáciu a znehodnotenie.
• Odolnosť proti opotrebeniu: Kvôli ťažkostiam pri udržiavaní olejového filmu na stene valca sú stena valca a piest často v stave medzného alebo zmiešaného mazania. Vďaka oleju by nemohol v studenom motore pretekať cez mazací otvor, ale zároveň musí vytvoriť mazací film a zároveň tesniť.

Medzi výkonnostnými požiadavkami na mazivá pre spaľovacie motory závisia najmä od chemického zloženia a zloženia frakcií základného oleja. Kvalita motorových olejov je priamo závislá od prevádzkových podmienok. Častou chybou je použitie oleja, ktorý nespĺňa podmienky výrobcu na aditíva a zloženie oleja, čo môže viesť k interakcii oleja s rôznymi materiálmi v motore, ako sú špecifické zliatiny či kovy, a v konečnom dôsledku k deštrukcii motora.

Hustota oleja je variabilná a často je možné v motore použiť olej rôznych hustôt s primeranou odchýlkou od odporúčania výrobcu, alebo výrobca sám odporúča rôzne špecifikácie oleja zároveň. Najčastejšie sa hustoty oleja menia v závislosti od podnebia, kde automobil jazdí, prípadne od druhu jazdy; napríklad pri motošporte sa používa olej, ktorý je aj pri vyšších teplotách hustejší a nestráca tak mazacie schopnosti.

Vzhľadom na znečistenie životného prostredia si inžinieri a konštruktéri vozidiel vytýčili ako konečný cieľ dosiahnuť životnosť oleja porovnateľnú so životnosťou vozidla. Dnes by bolo možné predĺženie intervalu výmeny oleja bez rizika, pretože moderné oleje ponúkajú výrazné bezpečnostné rezervy, ak je interval predpísaný automobilovým priemyslom dodržaný alebo upravený podľa prevádzkových podmienok. Skrátený interval výmeny oleja je vhodné vykonať, keď sa vozidlo používa v sťažených podmienkach.

Chladiaci systém motora

Spaľovacie motory generujú veľa tepla počas spaľovania, a preto je dôležité udržiavať optimálnu teplotu motora. Chladenie motora je zabezpečené pasívne a aktívne.

Pasívne chladenie

Pasívne chladené motory sú dnes vzácnosťou. Ide o motory, ktoré nemajú chladiaci okruh s chladiacou kvapalinou, ale sú chladené výhradne vzduchom. Najčastejšie sa takto chladí vzduchom prenikajúcim do motorového priestoru počas jazdy a zároveň pomocou vrtule umiestnenej na čele motora, ktorá sa úmerne točí s otáčkami motora. Takto chladené sú len motory uložené pozdĺžne, a to najmä veľkoobjemové motory s nízkym kompresným pomerom, ktoré pracujú pri nižších teplotách.

Aktívne chladenie

Moderné motory a hlavne motory v bežných vozidlách sú chladené aktívne pomocou okruhu s chladiacou kvapalinou, ktorá zabezpečuje odvod tepla pomocou výmenníka (chladiča) za maskou karosérie. Takto chladený motor dokáže udržať rovnomernú teplotu všetkých jeho častí. Chladiaci okruh je poháňaný vodnou pumpou, ktorá čerpá vodu a zabezpečuje jej cirkuláciu v okruhu. Jej práca je opäť úmerná otáčkam motora. Pre dodatočné dochladzovanie po vypnutí motora alebo pri státi vozidla sú chladiče vybavené jedným alebo dvomi vetrákmi, ktoré sú ovládané elektricky.

Chladiaci okruh je pod tlakom, aby teplota varu chladiacej zmesi bola čo najvyššia a tak aj pri zahriatí nad 110 stupňov pri prehriatí motora chladiaca tekutina nevyvrela. V prípade priameho vstrekovania paliva do benzínových motorov je potrebné valce schladzovať, aby nedošlo k predčasnému splanutiu paliva z dôvodu vysokej teploty. Z tohto dôvodu je nutné zabezpečiť vhodnú teplotu valcov, ich ochladenie (predvstrekom paliva, vstrekovaním vody - experimentálne, alebo vonkajším chladením). Ak to nie je možné, je nutné použiť palivo s vyšším oktánovým číslom, ktoré udáva okrem iného aj vyššiu teplotu vzplanutia paliva. Časti nasávania vzduchu ako turbo sú chladené a mazané olejom z dôvodu ich vysokého zaťaženia, pričom sa možno stretnúť aj s vodou chladeným turbom.

Bežné poruchy a údržba

Poruchy mazacieho systému

K poruchám mazania dochádza zriedka, ale predsa len medzi ne patria netesnosti okruhu, zanesenie okruhu nečistotami alebo netesnosť tesnení, kedy môže olej prenikať do spaľovacieho priestoru. To sa prejavuje modrým dymom z výfuku a ubúdaním množstva oleja. Taktiež môže dochádzať k presaku oleja do chladiaceho okruhu, čo je badateľné olejovými škvrnami v kondenzačnej nádržke chladiacej kvapaliny.

Problémy s mazaním môžu spôsobiť trenie kovu buď na kľukovom hriadeli alebo na ojničnom ložisku. Na začiatku 80-tych rokov sa hľadalo riešenie javu „čierny kal“, ktorý môže upchať filter čerpadla a tým úplne alebo čiastočne zastaviť obeh oleja. Dôležité je tiež spomenúť, že určité prísady v motorových olejoch môžu negatívne ovplyvňovať životnosť katalyzátora. Pri zriedení motorového oleja môže byť dôsledkom zvýšené opotrebenie klzných častí motora.

Naskočenie studeného motora, najmä pri teplotách okolo bodu mrazu, je problematické, pretože motorový olej je veľmi hustý. Nízke teploty zvyšujú vnútorný odpor oleja, čo sťažuje jeho čerpanie. Preto sa odporúča pravidelne kontrolovať hladinu oleja a dopĺňať nový olej otvorom na nalievanie oleja tak, aby hladina bola medzi ryskami Min a Max.

Poruchy chladiaceho systému

Poruchy v chladiacom systéme môžu spôsobiť, že tekutina dosiahne bod varu pri nižšej teplote, prípadne zamrzne pri teplote rovnej 0 stupňov. Častými poruchami sú netesnosti okruhu, kedy môže tekutina presakovať do spaľovacieho priestoru motora, čo sa prejavuje bielym dymom z výfuku a ubúdaním chladiacej zmesi. Alternatívou je presak vody do olejového okruhu, prejavujúci sa znižovaním hladiny chladiacej kvapaliny a naopak zvýšením množstva v olejovom okruhu. Možné je tiež badať na viečku nalievania oleja kondenzovanú zmes vody a oleja.

Pri krátkych jazdách spaľovacieho motora dochádza k malému presaku vody z chladiaceho okruhu do olejového okruhu, čo je spôsobené netesnosťou a rozťažnosťou materiálu. Po zahriatí motora sa kovy, z ktorých je motor vyrobený (najčastejšie hliník), roztiahnu a medzery medzi materiálmi a tesneniami sa uzavrú. Je dôležité mať na pamäti, že fyzikálne vlastnosti rôznych kovov, ako sú oceľové alebo liatinové vložky valcov v hliníkovom bloku, sú odlišné, čo môže ovplyvniť tesnenie a správnu funkciu.

Údržba

Pravidelná údržba mazacích miest je kľúčová. Maznice a ich okolie sa musí pred mastením dobre očistiť. Filtre, ktoré zachytávajú nečistoty, musia byť vždy vymenené podľa výrobcom predpísaného intervalu.

tags: #mazanie #a #chladenie #spalovacich #motorov