Motorna ulja

Skliski dio priče...

Ulja koja se koriste u motorima s unutarnjim izgaranjem tradicionalno su dobivana destilacijom sirove nafte (tako dobivena ulja nazivamo mineralnim). Iz jednog barela (159 litara) sirove nafte u prosjeku se dobiva tek 1,9 litara maziva. No, danas su ih, gotovo u potpunosti, zamijenila sintetička ulja koja su dobivena, najčešće, od ugljičnih spojeva i alkohola. Sintetička ulja otpornija su na visoke temperature te ih je moguće dulje koristiti, bez potrebe za čestim mijenjanjem.

Kamo, zašto i kako s uljem?

Pravu ulogu motornih ulja možemo u potpunosti sagledati tek kada cijelu “priču” stavimo pod mikroskop. Naime, koliko god nam neki pokretni dijelovi motora izgledali glatko ispolirani, pod velikim povećanjima primjećujemo da njihove površine ipak imaju dosta neravnina. Kada bi smo takav dio pustili da se giba unutar, ili oko, nekog drugog jednako “savršeno” ispoliranog dijela motora, cijeli bi stroj ubrzo prestao raditi. Sitne, golim okom nevidljive, neravnine na površinama pokretnih dijelova prilikom rada motora zapravo nalijeću na iste takve neravnine dijelova u kojima se ovi gibaju.

Pojednostavnjeno, možemo si predočiti bregasto vratilo opremljeno s po nekoliko ispoliranih površina (prisjetite se poglavlja u kojem smo učili o bregastom vratilu i objašnjavali njegov izgled) koje ga pozicioniraju unutar ležaja. Prilikom okretanja vratila dolazi do trenja uzrokovanog upravo “sudaranjem” mikroskopskih neravnina na površini bregastog vratila i mjesta na kojem je ono postavljeno u ležajeve. To trenje za posljedicu ima povećavanje temperature obaju dijelova, a zagrijani i (samim time) mekši dijelovi skloni su oštećenjima. Klasična posljedica nedostataka u podmazivanju, ili potpunog kolapsa sustava za podmazivanje, u automobilskom motoru je prestanak rada.

Vjerojatno ste, ne jednom, čuli kako se nekome motor pokvario uslijed problema s uljem. Radi se upravo o tome da je, uslijed lošeg ili nikakvog podmazivanja, došlo do povećanog trenja među pokretnim dijelovima motora. Ti su se dijelovi potom pretjerano zagrijali, deformirali i cijela se stvar zaglavila. Kako bi smo sve to spriječili, pokretne dijelove motora opskrbljujemo uljima koja znatno smanjuju moguća trenja.

Načelo na kojem motorno ulje djeluje je jednostavno. Molekule ulja ulaze između mikroskopskih neravnina na pokretnim dijelovima motora te im omogućavaju da jedni preko drugih lakše klize. Dakako, ovdje trebamo staviti i jednu napomenu. Naime, niti jedno podmazivanje nije idealno te se zbog toga, ali i drugih parametara koji se javljaju u vidu raznih opterećenja među dijelovima u pokretu, elementi automobilskog motora ipak troše. S vremenom dolazi do istrošenja ležajeva i raznih drugih površina po kojima klize, ili se oko (unutar) njih okreću dijelovi motora. Naravno, takvo je trošenje neuporedivo manje od onoga koje bi se pojavilo kada ne bismo koristili podmazivanje.

Trebamo spomenuti i činjenicu da se dva pokretna dijela koja su u međusobnom kontaktu uvijek izrađuju s nekom međusobnom tolerancijom. To znači da između nekog vratila i npr. prstena oko njega, koji ga pridržava na pravom mjestu i služi kao ležaj, uvijek postoji izvjesna tolerancija, odnosno razmak. Taj razmak je tu, dakako, da bi se dijelovi mogli uopće okretati jedni unutar drugih, no u našem slučaju uloga razmaka je i ta da se napravi mjesta u koje ulje za podmazivanje može ući.

Kratka digresija: i dok sve više današnjih automobila nije opremljeno niti pokazivačem temperature rashladne tekućine, možemo ustvrdjeti kako je ugradnja istog tek korak do kvalitetnog nadzora nad radom motora. Naime, s obzirom da se rashladna tekućina brže zagrijava od ulja, brže će i dostići radnu temperaturu. A, upravo je to trenutak u kojem većina vozača misli kako se motor zagrijao te kako je od tog trenutka moguće koristiti punu snagu, bez opasnosti po njegovo “zdravlje”. Dakako, takav je stav pogrešan i potrebno je pričekati da se ulje zagrije na radnu temperaturu. Nažalost, proizvođači automobila dana kudikamo više misle na to da cijeli proizvod što ljepše upakiraju, dok je trajnost na nekom drugom, trećem ili kojem već mjestu.

Pet je osnovnih uloga što ih ulje u motoru mora ispunjavati:

• 

  Ulje podmazuje pokretne dijelove kako bi se smanjilo njihovo trošenje. Razmaci između pokretnih dijelova ispunjeni su uljem pa se ti dijelovi u stvari gibaju na tankim slojevima ulja čime se ostvaruje smanjenje trenja i smanjenje unutarnjih gubitaka snage u motoru.

• Ulje u svojem kretanju kroz motor sakuplja toplinu. Na donjem dijelu uobičajenih automobilskih motora uvijek se nalazi korito (karter) u kojem je smješteno ulje. Tijekom rada motora pumpa kanalima tjera ulje prema svim pokretnim dijelovima koje je potrebno podmazati te se ono tamo zagrijava, preuzimajući na sebe dio topline. Prilikom povratka u korito, ulje se hladi predajući toplinu i samom koritu koje ju prenosi u okolinu preko svojih stijenki. Ovdje treba naglasiti kako su motori visokih karakteristika katkada opremljeni i hladnjacima za ulje (konstrukcije slične hladnjacima rashladne tekućine) čime se postiže bolje hlađenje ulja, a tako i dijelova motora koji su u međusobnom kontaktu.
• Ulje popunjava razmake između ležajeva i pokretnih dijelova. Pri naglim promjenama u dinamici rada motora, zbog razmaka potrebnog da bi se dijelovi mogli pokretati, javljaju se velika opterećenja. Sloj ulja koji se nalazi između ležajeva i pokretnih dijelova u ovome slučaju služi za ublažavanje tih opterećenja čime se također smanjuje njihovo trošenje.
• Ulje pomaže međusobnom brtvljenju pokretnih dijelova motora. Uz ulogu podmazivanja među klipnim prstenovima i unutarnjim stijenkama cilindara, ulje pridonosi i njihovom međusobnom brtvljenju čime se dodatno sprječava mogućnost prolaska plinova (pogotovo u ekspanzijskom taktu) između klipa i stijenke cilindra.
• Ulje čisti motor. Prolaskom kroz ležajeve motorno ulje za sobom odnosi i sitnu nečistoću, pa čak i male otkrhnute dijelove motora. Strujanjem ulja kroz motor sve se odvodi u korito na čijem dnu ostaju krupnije čestice, dok se one sitnije zadržavaju u filteru za ulje.

Osnovna svojstva ulja neophodna za pravilno podmazivanje motora:

• 

  Ispravna viskoznost. Viskoznost je otpornost ulja prema tečenju. U stvari, radi se o tome da ulja manje viskoznosti lakše teku kroz za to predviđene dijelove motora, dok ona veće viskoznosti teku teže. U praksi možemo pojednostavniti priču i reći da se radi o osobini koja se manifestira slično gustoći tekućine. Ulje pretjerano niske viskoznosti neće se dovoljno dugo zadržavati na površinama dijelova koje je potrebno podmazivati. S druge pak strane, ulje pretjerano visoke viskoznosti pri pokretanju hladnog motora ne može na vrijeme doći do svih mjesta koja treba podmazivati. Korištenje ulja ispravne viskoznosti (kakvu propisuje proizvođač motora) je, kao što vidimo, najznačajniji čimbenik ispravnog podmazivanja. Dakako, gustoća ulja se mijenja s promjenom njegove temperature te ovakva ulja nazivamo uljima jedinstvene viskoznosti.

• Indeks viskoznosti. Ovo je mjera koja nam govori koliko se mijenja gustoća ulja (jedinstvene viskoznosti) s promjenom njegove temperature. Naime, mogući problem se javlja kod ulja koja bi u radu hladnog motora mogla biti previše gusta, a previše rijetka kada se motor zagrije. Stoga se uljima, uz razne druge aditive, dodaju i sredstva za unaprjeđivanje indeksa viskoznosti kako bi njihova gustoća ostala približno jednaka u velikom rasponu temperatura.
• Stupnjevi (brojevi) viskoznosti. Kod ulja jedinstvene viskoznosti postoji više stupnjeva. Tako, npr. imamo “zimska” ulja (W=winter) oznaka SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W itd. (SAE = Society of Automotive Engineers – prema kojem je razvijen sustav gradacije motornih ulja). Za druga korištenja ulja, osim tzv. zimskih, možemo naići na oznake SAE 20, SAE 30, Sae 40 itd. Dakako, napominjemo kako se ovdje i dalje radi o uljima jedinstvene viskoznosti. Što je viši broj u ovoj oznaci, ulje je gušće.
• Ulja višestruke viskoznosti. Kod većine motora današnjih osobnih automobila naći ćemo uputu za korištenje ulja višestrukog stupnja viskoznosti. Riječ je o uljima kojima su dodana sredstva za unaprjeđivanje stupnja viskoznosti kako bi se ostvarile približno jednake karakteristike pri većem rasponu temperatura. Tako ulje višestruke viskoznosti gradacije SAE 5W-30 ima viskoznost ulja SAE 5W kada je hladno, odnosno viskoznost ulja gradacije SAE 30 kada je vruće.

Filter (pročistač) ulja

Kod današnjih automobilskih motora u pravilu susrećemo mehaničke pročistače ulja s filtrirajućim uloškom. Takvi filteri su jednostavne konstrukcije koja podrazumijeva tek nekoliko dijelova, glavni od kojih su otvor za ulazak ulja, perforirana unutrašnja cijev te uložak najčešće napravljen od filtrirajućeg papira. Također, filteri ulja su opremljeni i premosnim ventilom podržanim oprugom. Takav ventil omogućava promjenu toka ulja (zaobilazi se filtrirajući uložak) u slučaju da filter pretjerano ograniči brzinu protoka (npr. u slučaju da je uložak pun nečistoća) što bi moglo dovesti do slabijeg podmazivanja motora.

Tijekom 1950-ih u upotrebu su počeli ulaziti jednodjelni filteri ovakve konstrukcije koje se, nakon što uložak igubi mogućnost pročišćavanja, cijele zamjenjuje. Tijekom 1990-ih, prvenstveno iz ekoloških razloga (smanjenja količine tpada) automobilska se industrija počela vraćati filterima kod kojih se zamjenjuje samo uložak.

Filteri visoke učinkovitosti (High Efficiency – HE) opremljeni su ulošcima s porama promjera od samo 3 mikrometra, za koje je (u nekim istraživanjima) dokazano da smanjuju trošenje pokretnih dijelova motora. HE filteri omogućavaju produženje intervala njihove zamjene za 5 do 10 puta.

Za kraj ćemo spomenuti još nekoliko svojstava kojima se odlikuju današnja ulja namijenjena automobilskim motorima. Poboljšanja karakteristika ulja, kao što smo već vidjeli, ostvaruju se dodavanjem raznih aditiva. Tako se u današnjim uljima mogu naći dodaci koji sprječavaju koroziju dijelova motora koji su u dodiru s uljem, ali i dodaci za čišćenje koji poput kakvog sapuna skidaju sagorjele naslage s unutarnjih površina motora i odnose ih u korito. Upravo zbog takvih ostataka sagorjevanja stara motorna ulja bivaju tamnija ili, ako ih se (previše) rijetko mijenja katkada i potpuno crna.

Korito motora – spremište ulja

Iako smo već objavili kako se u nastavcima Škole automobilske tehnike polako odmičemo od samog motora, preostao nam je još jedan njegov (periferni) dio koji nismo predstavili. Riječ je o koritu motora koje služi kao spremnik motornog ulja. Korito motora je, u stvari, limena “kada” koja je pričvršćena s donje strane motora i u kojoj se nalazi motorno ulje. Pumpa kroz filter šalje ulje dijelovima motora koje treba podmazivati (i hladiti) tijekom rada. Spomenimo i to da su neka korita motora laminirana, tj. višeslojna. Takva korita mogu biti npr. napravljena od prešanog čelika te imati plastične i čelične površine u svojoj unutrašnjosti čime se apsorbiraju buka motora i vibracije.

Količina ulja potrebnog za određeni motor ovisi, dakako, o karakteristikama i predviđenim radnim uvjetima tog pogonskog stroja te karakteristikama određenog motornog ulja. Također, određena količina ulja uvijek se nalazi u filteru pa stoga u knjižici s uputama za održavanje automobila u pravilu imamo navedenu količinu ulja u samom motoru i onu potrebnu prilikom izmjene filtera ulja. Primjera radi, za subaruov motor FA20 potrebno je 5,2 litre ulja, odnosno 5,5 ukoliko mijenjamo i filter.

Iako je korito motora uobičajeno kod velike većine današnjih automobila (usudit ćemo se reći da se radi o barem 90 posto vozila), ova aluminijska ili čelična “kada” nije jedini način pohrane motornog ulja. Naime, zbog potrebe da smjesti određenu količinu ulja, korito motora (očito) mora imati i neku visinu koja, pak, diktira visinu postavljanja samog motora u automobilu. Upravo stoga, koliko god se proizvođači automobila trudili, klasično korito motora nema što tražiti u istinskom sportskom vozilu. U slučaju takve jurilice tako najčešće zatječemo termin – podmazivanje suhim koritom.

Tzv. suho korito nije ništa drugo do konstrukcija motora koji je s donje strane (na donjem dijelu bloka) naprosto zatvoren nekakvim (uvjetno rečeno) poklopcem, dok je ulje pohranjeno u izdvojenom spremniku. Prednosti su višestruke, no u osnovi se svode na činjenicu da je motor koji nema klasično korito niži te ga je shodno tome moguće postaviti niže u automobilu. Kako sam motor predstavlja značajan dio mase automobila, koncentriran na relativno malom obujmu, snižavanjem njegovog položaja značajno se snižava i težište cijelog vozila što je ključno za njegove dinamičke osobine.

Također, pri podmazivanju suhim koritom motorno se ulje, kako smo naveli, pohranjuje u zasebnom spremnikom povezanom s pumpom za ulje nekakvim vodom. Taj je spremnik moguće postaviti na najoptimalnije mjesto (s obzirom na raspored masa u samom vozilu) što predstavlja još jednu prednost podmazivanja suhim koritom.

Izdvojeno, za kraj…

Premda se o tome pretjerano ne govori, naslage nastale iz motornih ulja jedan su od najčešćih “ubojica” motora današnjih automobila. Naime, sve češće pojave stvaranja depozita koji blokiraju protok ulja kroz otvore za podmazivanje u motoru i time usporavaju ili u potpunosti zaustavljaju učinkovito podmazivanje, češća su pojava nego li se to općenito misli. No, o čemu je riječ?

Ove naslage u stvari su izdvojene komponente ulja koje se nakupljaju zbog neredovitog održavanja, miješanja različitih vrsta ulja ili učestale vožnje pod visokim opterećenjem. Ukratko, možemo reći da se pod utjecajem visokih temperatura javlja oksidacija ulja te se aditivi izdvajaju iz njega, počinju se kemijski raspadati i skrućivati. Takvi depoziti nakupljaju se na raznim dijelovima motora i to u obliku crnih, gustih naslaga.

Bitno je napomenuti kako su motori modernih automobila posebno osjetljivi na ovakve probleme s uljem. Razlozi su višestruki, no najznačajniji problem su sve manje tolerancije među pokretnim dijelovima ali i sve manja korita motora u koja stane znatno manja količina ulja, u usporedbi s motorima iz proteklih desetljeća. Upravo stoga, u relativno maloj količini ulja, naslage mogu brzo postati problem.

Da stvari budu još lošije, godine 2005. američka je organizacija Consumer Reports objavila kako su motori nekih od najpoznatijih europskih, američkih i japanskih proizvođača automobila posebno izloženi stvaranju depozita u ulju, bez obzira na redovitost njegove zamjene. U konačnici, Toyoti je pripala nezavidna čast da ponese titulu proizvođača čiji automobili imaju najviše problema s depozitima u ulju (zabilježeno je više od 5.000 time uzrokovanih kvarova, samo tijekom 2008.) te je u SAD pokrenuta i parnica protiv ovog japanskog proizvođača (obuhvaća modele marke Toyota i Lexus), detalje koje možete pronaći ovdje.