Oleje silnikowe

1. Olej silnikowy – rola i funkcje w silniku:

Podstawową, ale nie jedyną funkcją oleju w silniku są jego WŁASNOŚCI SMARNE.

Elementy poruszające się względem siebie muszą być oddzielone warstewką oleju o

odpowiedniej grubości i wytrzymałości. Taka warstewka jest określona mianem „filmu”

olejowego, którego rolą jest:

 oddzielenie od siebie współpracujących części silnika

 zmniejszenie tarcia

 zmniejszenie zużycia współpracujących elementów silnika.

Kolejną ważną funkcją spełnianą przez olej w silniku jest jego działanie jako czynnika

odprowadzającego ciepło, które powstaje nie tylko w wyniku spalania paliwa, ale również

tarcia. Badania wykazują, iż 5 – 10 % ciepła generowanego przez silnik powstaje w węzłach

tarcia. Poza tym olej w wyniku pracy w silniku ulega procesom utleniania, starzenia i

destrukcji mechanicznej.

Produkty utleniania i starzenia oleju tworzą szlamy, nagary i laki, które zmieniają

własności fizyko-chemiczne oleju. Olej powinien być odporny na utlenianie, tworzenie się

szlamów oraz utrzymywać silnik w czystości i chronić przed korozją.

Olej musi spełniać również funkcje uszczelniające, dobrze współpracować z

uszczelnieniami z gum i tworzyw sztucznych.

Do oleju w trakcie eksploatacji silnika mogą dostawać się produkty spalania, m. in.

woda, w związku z tym musi on posiadać bardzo dużą odporność na pienienie.

Wymagania wobec oleju, które stosunkowo łatwo zdefiniować, a zdecydowanie trudniej

zrealizować, uwzględniając fakt bardzo dużej zmienności warunków pracy a uzależnionych

od:

 konstrukcji silnika

 warunków klimatycznych

 sposobu eksploatacji silnika

 rodzaju stosowanego paliwa

 innych uwarunkowań.

2. Smarowanie

Natychmiast po uruchomieniu silnika olej powinien dotrzeć do wszystkich węzłów tarcia

i wytworzyć „film” olejowy. Warunki, w których trące powierzchnie oddzielone są od siebie

całkowicie „filmem” olejowym, nazywamy smarowaniem hydrodynamicznym.

Często powstają sytuacje, w których następuje utrata ciągłości „filmu” olejowego,

czego konsekwencją jest występowanie lokalnych kontaktów metal-metal. Stan taki

nazywamy smarowaniem granicznym.

Zjawisko smarowania granicznego występuje zawsze w trakcie rozruchu silnika.

Własnością użytkową oleju odpowiedzialną za zachowanie się oleju w warunkach

Rys.1 Smarowanie hydrodynamiczne

Rys.2 Smarowanie graniczne

smarowania, zarówno hydrodynamicznego jak i granicznego, jest charakterystyka

lepkościowa oleju. Wyróżniamy w niej:

 lepkość w 100

0

C –

odpowiadająca warunkom pracy oleju w silniku i związana

z warunkami klimatycznymi w jakich jest eksploatowany

olej. Im wyższe temperatury zewnętrzne tym zalecana jest

wyższa lepkość

 wskaźnik lepkości –

jak zmienia się lepkość oleju wraz ze zmianami temperatury

pracy. Im wskaźnik ten jest wyższy, tym zmiany są mniejsze.

 własności reologiczne – charakterystyka oleju mówiąca o jego zachowaniu w

ujemnych temperaturach.

Olej w silniku spełnia cały szereg funkcji:

 zmniejsza tarcie

 zmniejsza zużycie silnika

 utrzymuje silnik w czystości

 chroni przed korozją i rdzewieniem

 odprowadza ciepło

 doszczelnia komory spalania

 inne.

3. Własności fizyko-chemiczne

W obowiązującym układzie jednostek miar SI jednostkami lepkości są:

a) dla lepkości dynamicznej:

 1 Pascalosekunda ( 1 Pas )

 1 miliPascalosekunda ( 1 mPas )

b) dla lepkości kinematycznej:

 1 mm

2

/s – 1 mm

2

/s = 1 cSt (lepkość 1 cSt posiada woda w temperaturze 4

0

C)

4. Podstawowe własności olejów

Lp.

Własność

Charakterystyka

1.

Lepkość w 100

0

C

odpowiada w przybliżeniu lepkości oleju w
normalnych warunkach pracy silnika

2.

Wskaźnik lepkości

mówi o tym, jak zmienia się lepkość oleju wraz
bezwymiarową, wyznaczany w dwóch
temperaturach 40

0

C i 100

0

C

3.

Lepkość w ujemnych
temperaturach

mówi o warunkach zimnego startu silnika

4.

Temperatura płynięcia

temperatura, poniżej której olej ulega zestaleniu

5.

Temperatura zapłonu

miara zawartości lotnych składników w oleju

6.

Odparowalność (wg
NOACKA)

miara potencjalnych strat oleju przez odparowanie
w czasie pracy w silniku

7.

Liczba zasadowa (TBN)

określa zdolności myjące i neutralizacyjne oleju

5. Systemy klasyfikacyjne olejów

W celu stworzenia możliwości porównywania między sobą różnych olejów, opracowano

cały szereg systemów ich klasyfikacji. Klasyfikacje te, w miarę rozwoju techniki, ulegały

ciągłym ulepszeniom i modyfikacjom, także obecne ich formy różnią się w sposób zasadniczy

od pierwowzorów.

Wyróżnić można dwie grupy klasyfikacji:

1) Klasyfikacje lepkościowe dla:

a) olejów silnikowych SAE J300APR97

b) olejów przekładniowych samochodowych SAE J306OCT91

c) olejów

przemysłowych

(przekładniowych,

hydraulicznych,

sprężarkowych,

turbinowych) ISO 3448

2) Klasyfikacje jakościowe dla olejów silnikowych:

a) wg ACEA (CCMC), klasyfikacja europejska

b) wg API, cywilna klasyfikacja amerykańska

c) wg MIL-L, wojskowa klasyfikacja amerykańska

d) wg producentów silników, np. Mercedes Benz, Volkswagen, Volvo, MAN, Ford etc.

e) inne

System klasyfikowania olejów przeznaczonych dla silników spalinowych według klas

lepkości SAE ( Society of Automotive Engineers). Klasy lepkości olejów uszeregowano wg

rosnącej lepkości. Symbol SAE nie oznacza wartości lepkości. Klasyfikacja ta określa

maksymalną wartość lepkości strukturalnej, której nie może przekroczyć w danej

temperaturze, np. olej klasy SAE 15W nie może mieć w temp. -15 °C lepkości większej niż

3500 mPa · s. Właściwości niskotemperaturowe charakteryzuje tzw.temperatura

pompowalności, czyli temperatura, w której możliwe jest jeszcze pompowanie oleju

w silniku, np. dla oleju SAE 15W temperatura pompowalności -25 °C oznacza, że jego

lepkość

dynamiczna

w

tej

temp.

nie

przekracza

wartości

60 000 mPa · s. Warunki dobrego smarowania silnika w podwyższonych temperaturach

zapewnia się limitując lepkość kinematyczną w temp. 100 °C i 150 °C . Pomiaru lepkości w

temp. 150 °C dokonuje się przy dużej szybkości ścinania (106 · s –1), inaczej HT/HS

( High Temperature/High Shear). Jeżeli w oznaczeniu oleju występuje litera W, to jest to olej

zimowy, jeżeli występują dwie liczby np. SAE 10W/50 to jest to olej wielosezonowy.

Klasyfikacja lepkościowa olejów silnikowych opracowana przez Society of Automotive

Engineers (SAE) dzieli oleje silnikowe na 11 klas:



sześć klas „zimowych” (W):

0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W



pięć klas „letnich”:

20, 30, 40, 50, 60.

Oleje wielosezonowe nadają się do eksploatacji zarówno w zimie, jak i w lecie. Na

przykład olej SAE 10W-40, ma w niskich temperaturach lepkość oleju zimowego SAE 10W,

co zapewnia dobre właściwości rozruchowe silnika, a w temperaturach wysokich – lepkość

oleju letniego SAE 40, co gwarantuje właściwe smarowanie silnika w wysokich

temperaturach.

Charakterystyka lepkościowa oleju wielosezonowego

-20

+100

Temperatura, °C

L

ep

k

o

ść

40

10W-40

10W

Klasyfikacja lepkościowa olejów silnikowych SAE 300-97

Stosowanie olejów silnikowych w zależności od temperatury otoczenia.

-

-

5,6

60 000 w -20

4500 w -10

20W

-

-

9,3

60 000 w -15

6000 w -5

25W

-

-

5,6

60 000 w -25

3500 w -15

15W

-

-

4,1

60 000 w -30

3500 w -20

10W

-

-

3,8

60 000 w -35

3500 w -25

5W

-

-

3,8

60 000 w -40

3250 w -30

0W

Max.

Min

.

Min. lepkość HTHS

w temp. 150 °C, mP · s

Lepkość

kinematyczna w

temp. 100 °C

mm

2

/s

Max

pompowalność

mPa · s

w temp. °C

Max lepkość

strukturalna

(rozruchowa)

mPa · s

w temp. °C

Klasa

lepkości

SAE

-10

-20

-30

-40

50

40

30

20

10

0

SA

E

0

W

SA

E

5

W

-30

SA

E

5

W

-40

SA

E

5

W

-50

SA

E

10

W

-30

SA

E

10

W

-40

SA

E

15

W

-40

SA

E

20

W

-30

SA

E

20W

-20

SA

E

20

W

-40

SA

E

20

W

-50

SA

E

5

W

SA

E

10

W

SA

E

30

SA

E

40

SA

E

50

T

em

p

er

a

tu

ra

Klasyfikacja lepkościowa olejów silnikowych SAE 300-97

Przykład 1:

SAE 10W/40



lepkość w -20

0

C

max. 3500mPas



pompowalność w -30

0

C

max. 60000 mPas



lepkość w 100

0

C

min. 12. 5 mm

2

/s, max. 16. 3 mm

2

/s



HTHS

min. 2. 9 mPas

(HTHS) – minimalna lepkość w temperaturze 150

0

C i obciążeniu ścinającym = 10

6

sec

-1

,

dwie klasy „letnie” SAE 40 – różnią się jedynie wartością HTHS.

Przykład 2: – klasyfikacja jakościowa wg API

Klasyfikacja opracowana przez American Petroleum Institute dzieli oleje na dwie

zasadnicze grupy:

1) oleje do silników benzynowych ( S )

2) oleje do silników wysokoprężnych ( C ).

3,7

<26,1

21,9

-

-

60

3,7

<21,9

16,3

-

-

50

2,9 dla: 0W-40, 5W40,
10W-40
3,7 dla:15W 40,
20W-40, 25W-40, 40

<16,3

12,5

-

-

40

2,9

<12,5

9,3

-

-

30

2,6

<9,3

5,6

-

-

20

Max.

Min.

Min. lepkość HTHS

w temp. 150 °C, mP · s

Lepkość

kinematyczna w

temp. 100 °C

mm

2

/s

Max

pompowalność

mPa · s

w temp. °C

Max lepkość

strukturalna

(rozruchowa)

mPa · s

w temp. °C

Klasa

lepkości

SAE

Klasyfikacja jakościowa silnikowych olejów smarowych (API)

W każdej z tych grup wyróżnia się kilka klas jakościowych, oznaczonych kolejnymi

literami alfabetu: A, B, C itd. Kpl określenie klasy jakości oleju wg API przykładowo

wygląda następująco:

 SD – olej średniej klasy do silników benzynowych

 CD – olej wysokiej klasy do silników wysokoprężnych

 SG/CD – olej uniwersalny wysokiej klasy, przeznaczony do silników benzynowych, z

poprawionymi własnościami wysokoprężnymi, co umożliwia stosowanie go również w

silnikach Diesla.

Przykładowe oznaczenia olejów smarowych:

 SELEKTOL SPECJAL

SD SAE 20W/40

 APUS

SF/CC SAE 15W/40

 LOTOS CITY

SF/CC SAE 15W/40

 LOTOS SYNTETIC

SJ/CF/EC SAE 5W/40

Oleje silnikowe

Oleje do silników

benzynowych (S)

Oleje do silników

wysokoprężnych (C)

SA

SB

SC

SD

SE

CA

CB

CC

CD

SF

SG

SH

SJ

CD- II

CE

CF
CF-4

CG-4

CH-4

Oleje przekładniowe

Wymagania stawiane współczesnym olejom przekładniowym są bardzo wysokie,
zróżnicowane, często przeciwstawne. Oprócz klasycznych funkcji olejów, a więc:

 zmniejszenia współczynnika tarcia,
 uszczelniania,
 chłodzenia,
 oczyszczania smarowanych elementów z produktów ich zużycia,
 ochrony przed korozją,
 tłumienia drgań.

Muszą one spełniać specyficzne dodatkowe wymagania, do których należą:

 nietoksyczność produktów oleju przepracowanego,
 minimalne zmiany lepkości w czasie pracy przekładni, w zakresie od temperatury

otoczenia do około 150ºC przy pełnym obciążeniu,

 jednocześnie mała lepkość i mała lotność,
 płynność w niskiej temperaturze dla ułatwienia rozruchu i zapewnienia smarowania

zimnej przekładni,

 utrzymanie dużej czystości, a w konsekwencji małe zużycie elementów przekładni,
 odporność na tworzenie szlamów i osadów zarówno w niskiej, jak i wysokiej

temperaturze,

 brak oddziaływania na uszczelnienia przekładni, stykające się z olejem.

Różnorodność stosowanych przekładni, powoduje, ze w zależności od konstrukcji przekładni
i jej rodzaju olej wpływa przede wszystkim na poprawną pracę w:

 samych przekładni zębatych (przekładnie biegów, przekładnie główne, mechanizmy

różnicowe),

 łożyskach tocznych (koła zębate na wałkach skrzyni biegów, wałki skrzyń biegów,

wałek atakujący przekładni głównej)

 łożyskach ślizgowych (koła przekładni skrzyń biegów, sworznie satelitów),
 sprzęgłach ciernych (układy typu limited slip, sprzęgła i hamulce przekładni

automatycznych)

 sprzęgłach kłowych (blokady, układy przełączania biegów), synchronizatorów (układy

przełączania

 biegów),
 mechanizmach przegubowych, układach sterujących (skrzynie automatyczne)

połączeniach wielowypustowych (układy przełączania biegów) itp.

W każdym z tych elementów olej pracuje inaczej. W przekładniach o zębach prostych
najważniejsza jest zdolność oleju do tworzenia trwałej warstwy bez udziału tarcia
granicznego. W przekładniach kołowo-łukowych, a zwłaszcza hipoidalnych ze względu na
duże poślizgi olej musi też chronić materiały współpracujące przy tarciu granicznym;
podobnie rzecz ma się z łożyskami ślizgowymi. W wielowypustach i sprzęgłach kłowych w
grę wchodzi przede wszystkim tarcie graniczne, a w łożyskach tocznych odporność na
naciski. Olej musi też chronić przed korozją, także tą wywoływaną składem chemicznym
samego oleju, zapobiegać powstawaniu szlamów, wiązać, rozpuszczać i utrzymywać
zanieczyszczenia w stanie rozpuszczonym. W niektórych przypadkach bardzo ważna jest
funkcja chłodzenia

Klasyfikacja jakościowa olejów przekładniowych
O jakości oleju świadczy jego klasa jakościowa. Najbardziej rozpowszechnioną klasyfikacją
jest klasyfikacja API (Amerykański Instytut Naftowy) składająca się z oznaczenia
literowego GL i liczb od 1 do 6.
- API-GL 1 – oleje mineralne bez dodatków poprawiających ich własności smarne,
przeznaczone są do przekładni ślimakowych i stożkowych, pracujących w lekkich warunkach
- API-GL 2 – oleje mineralne z dodatkami przeciwutleniającymi, przeciwkorozyjnymi i
zapobiegającymi pienieniu, zalecane do przekładni ślimakowych
- API-GL 3 – oleje mineralne, zawierające dodatki typu EP, poprawiające własności smarne
(oleje przekładniowe o symbolu EP), przeznaczone do skrzynie biegów i do stożkowych
przekładni tylnego mostu, pracujących w umiarkowanych warunkach
- API-GL 4 – oleje mineralne o zwiększonej ilości dodatków typu EP i innych dodatków
uszlachetniających, zalecane do przekładni hipoidalnych, pracujących w zmiennych
warunkach
- API-GL 5 – oleje mineralne wysokiej jakości o bardzo dobrych własnościach smarnych,
przeznaczone do przekładni hipoidalnych, pracujących w ciężkich warunkach
- API-GL 6 – oleje mineralne najwyższej jakości, uszlachetnione wielofunkcyjnymi
dodatkami, stosowane w przekładniach hipoidalnych, pracujących w najcięższych warunkach
(największe obciążenia i największe prędkości obwodowe)
EP – oleje mineralne, które dzięki dodatkom, zwiększającym ich odporność na działanie
dużych nacisków, tworzą trwałą błonę na smarowanych powierzchniach, chroniąc je przed
zatarciem i zużyciem w warunkach tarcia granicznego. Dodatkami tymi są przeważnie
związki organiczne siarki, chloru lub fosforu, a działanie ich polega na reagowaniu w
wysokiej temperaturze, (jaka występuje w miejscach stykania się współpracujących
powierzchni) ze stalą, z jakiej wykonane są zęby przekładni i tworzeniu soli
żelaza (chlorki, siarki, fosforki), które topią się w niższej temperaturze niż
sam metal i w ten sposób nie dopuszczają do zatarcia zębów. Oleje przekładniowe
o

symbolu

EP

stosuje

się

do

silnie

obciążonych

przekładni

ślimakowych,

ślimakowych stożkowych oraz do przekładni hipoidalnych. Litery EP są umieszczone
po klasie lepkości oleju np. Spiral 80 EP.

Klasyfikacja lepkościowa

Każdy olej charakteryzuje się lepkością, która między innymi jest zależna od temperatury.
Podział samochodowych olejów przekładniowych na podstawie lepkości na klasy według
SAE. Zasadniczo klasyfikacja obejmuje 5 klas SAE, klasa szósta – SAE 85,
wprowadzona została dodatkowym zaleceniem (J 306a):
- oleje SAE 75 – są stosowane w rejonach arktycznych, gdzie dominuje wyjątkowo niska
temperatura
- oleje SAE 80 – są stosowane w okresie zimowym w umiarkowanej strefie klimatycznej
- oleje SAE 85 – są zalecane do stosowania w zimie w krajach o łagodnym klimacie
- oleje SAE 90 – są stosowane w umiarkowanej strefie klimatycznej przez cały rok lub tylko
w lecie (stosowane do zaleceń producenta pojazdu)
- oleje SAE 140 – są przeznaczone na okres letni przeważnie do samochodów ciężarowych i
autobusów
- oleje SAE 250 – są przeznaczone do użytku w klimacie wybitnie gorącym (tropikalnym), tj.
w warunkach

Klasy lepkości olejów przekładniowych wielosezonowych

Zalecane do przekładni samochodów, wytwarzane są w następujących klasach lepkości
według SAE (Society of Automotive Engineers)
- SAE 75/90 – oleje wielosezonowe o lepkości kinematycznej w temperaturze 100

o

C i

temperaturze krzepnięcia ok. -45

o

C

- SAE 80/90 – oleje wielosezonowe o lepkości kinematycznej w temperaturze 100

o

C i

temperaturze krzepnięcia ok. -25

o

C

- SAE 90/140 – oleje wielosezonowe o lepkości kinematycznej w temperaturze100

o

C i

temperaturze krzepnięcia ok. -20

o

C

- SAE 85/140 – oleje wielosezonowe o lepkości kinematycznej w temperaturze100

o

C i

temperaturze krzepnięcia ok. -12

o

C

Wykonanie ćwiczenia:

1. rozkodować oznaczenia wskazanych przez prowadzącego olejów;

2. dobrać właściwy olej do danego silnika/przekładni;

3. dobrać odpowiedni smar dla łożyska/mechanizmu pracującego w określonych

warunkach.