Problematika mazania motorov v modeloch lietadiel, ma vždy fascinovala. Je to téma, ktorej som v priebehu rokov venoval značné úvahy a zároveň som vykonal množstvo empirických pozorovaní. V žiadnom prípade však nie som kvalifikovaný inžinier v odbore mazív. V dôsledku toho moja práca v tejto oblasti nikdy nemala skutočne vedecký charakter a vždy zostala v medziach daných vysoko empirickou povahou mojich osobných pozorovaní.
Zdá sa, že otázky, ktoré oleje sú najlepšie na použitie v modelových motoroch a aké množstvo by sa malo použiť, sa každých pár rokov stávajú predmetom vášnivej debaty. Hlavným jablkom sváru sa vo všeobecnosti sústreďujú na výhody a nevýhody používania ricínového alebo syntetických olejov. Obe majú svojich oddaných zástancov, z ktorých mnohí majú na túto tému veľmi silné názory. Zástancovia oboch typov mazív majú tendenciu vyzdvihovať ich prednosti, zatiaľ čo ignorujú alebo podceňujú ich nevýhody.
Úplne rovnaké to bolo aj v 80. rokoch, keď som pretekal na klasických dvojtaktných motocykloch - dav zástancov 5% ricínového oleja (ku ktorým som patril) sa donekonečna hádal s lobby zástancov 2% syntetického oleja! Mimochodom musím povedať, že môj tábor v tomto spore rozhodne vyhral, súdiac podľa toho, ako často sme pozorovali členov druhého tábora, ako skľúčene sedia pri trati a sledujú, ako sa preháňame, zatiaľ čo oni premýšľajú o svojich zadretých motoroch! Najúžasnejším aspektom tejto situácie bola húževnatosť, s akou si naďalej udržiavali svoje názory tvárou v tvár dôkazom - nikdy ich nesklamal olej, ale skôr nejaký iný faktor...! Psychológovia tento dobre známy jav nazývajú "syndróm vytrvalosti v teórii" - tvrdohlavé lpenie na uhle pohľadu, tvárou v tvár presvedčivým dôkazom o opaku!
Ale to bolo v kontexte plnohodnotného pretekárskeho motora. Pokiaľ ide o mazivá modelárskych motorov, rovnaké faktory môžu, ale nemusia platiť. V tomto kontexte zástancovia syntetických olejov poukazujú na ich oveľa menej "neporiadnu" prevádzku a zníženú tendenciu k tvorbe usadenín v motore a často na základe nešpecifikovaných dôkazov tvrdia, že mazanie motora je účinne ako s ricínovým olejom. Pokiaľ ide o posledný bod, akýkoľvek dôkaz o opaku sa vo všeobecnosti buď ignoruje, alebo zamieta.
Zástancovia ricínového oleja (ako ja, otvorene priznávam!) sú nútení uznať "neporiadnejšiu" prevádzku, ktorá je výsledkom používania tohto maziva, ako aj jeho zvýšenú tendenciu vytvárať usadeniny v motore, ale sú pripravení to akceptovať ako cenu, ktorú treba zaplatiť za to, čo považujú za vynikajúce mazanie, najmä pri vysokých teplotách a extrémnych tlakoch.
Tak kto má pravdu?!? No, ako obvykle v takýchto prípadoch, obe strany majú na podporu svojich argumentov platné argumenty – existujú výhody aj nevýhody, pokiaľ ide o použitie ktoréhokoľvek typu maziva. V závislosti od prevádzkových podmienok, ktorým bude olej vystavený, je jasné, že ktorékoľvek mazivo môže fungovať veľmi dobre. Rozsah, v akom to bude fungovať, bude do značnej miery závisieť od prevádzkových podmienok, ktorým bude vystavené.
Nakoniec sa to zredukuje na niekoľko základných bodov:
V minulosti bolo len veľmi málo z tejto niekedy vášnivej debaty ovplyvnené nejakými zmysluplnými vedeckými údajmi. Z tohto dôvodu som bol potešený, keď môj dobrý priateľ Maris Dislers upozornil na vedecky podložený článok známeho dánskeho odborníka na tímové preteky Luisa Petersena, na tému typov a obsahu olejov, ktoré sa typicky používajú v palivách pre modelárske motory, najmä tie, ktoré sa používajú v náročných podmienkach súťaží tímových modelov F2C, v ktorých motory bežia na plný výkon dlhší čas s použitím palív s veľmi nízkym obsahom oleja. Tento článok sa objavil v čísle 3/2007 vynikajúceho švédskeho časopisu o upútaných modeloch LINA, hoci sa domnievam, že testy uvedené v texte boli vykonané niekoľko rokov predtým.
Luisove postrehy si vždy zaslúžia pozornosť – jeho prácu o testovaní motorov tímových pretekov zo 70. rokov som znovu publikoval na inom mieste na tejto stránke (https://adriansmodelaeroengines.com). Hlavný význam jeho článku o olejoch spočíval v prezentácii výsledkov viacerých vedeckých testov s rôznymi typmi olejov a rôznymi pomermi oleja. Pokiaľ viem, takáto práca nebola nikdy predtým publikovaná v súvislosti s použitím v modelárskych motoroch.
Vždy ochotný Maris si dal námahu, aby článok čo najlepšie preložil a poslal ďalej. Všetci sme mu za to veľmi zaviazaní. Hoci som niektoré komentáre považoval za veľmi fascinujúce, najmä grafy založené na testovaní skutočného motora, mal som pocit, že článok sa dostatočne nezaoberá určitými aspektmi tejto veľmi dôležitej témy. Preto som sa namiesto jednoduchého prekladu Luisovho článku rozhodol napísať vlastný článok, v ktorom som Luisa uviedol ako jeden z mojich kľúčových zdrojov. Týmto tak robím s úprimnou vďakouk k Luisovi a redaktorovi LINA Ingemarovi Larssonovi za sprístupnenie týchto informácií na štúdium.
Toto však nebol jediný zdroj smerodajných informácií k tejto téme. Po vypuknutí ropných vojen v známom modelárskom časopise (dávnejšie pred uverejnením Luisovho článku) sa do debaty objavil veľmi dôveryhodný komentár od nikoho iného ako od zosnulého Berta Streiglera (známeho ako "Ebenezer") na tému ricínových a syntetických olejov. Hoci bol Bert v tom čase už dávno na dôchodku, pôsobil ako hlavný výskumný inžinier v spoločnosti Conoco Oil Inc., a teda bol to človek, ktorý sa v olejoch skutočne vyznal! Len málo ľudí by sa k tejto téme dokázalo vyjadriť kvalifikovanejšie ako Bert.
Bertov komentár bol uverejnený na webovej stránke Georga Aldricha, ktorá bola po Georgovej smrti v roku 2001 zrušená. Našťastie Maris Dislers si uložil článok, kým bol ešte dostupný, a bol taký láskavý, že mi ho poslal na konzultáciu počas prípravy tohto článku. Ešte raz sme Marisovi veľmi zaviazaní za jeho láskavosť v tomto smere.
V súčasnosti je na webe k dispozícii aj množstvo autorských informácií o ropných technológiách, ak si dáte tú námahu a vyhľadáte ich. Dávno je preč doba, keď sa táto diskusia mohla legitímne zakladať na vnútorných pocitoch a emóciách, a nie na tvrdých údajoch. Počas prípravy tohto článku bolo nájdených a konzultovaných niekoľko takýchto zdrojov.
Teraz, keď sme si uvedomili naše primárne zdroje technických údajov, pozrime sa na túto problematiku podrobnejšie na základe množstva informácií, ktoré sú teraz k dispozícii.
Na začiatok tejto krátkej rozpravy je pravdepodobne dobré zabezpečiť, aby bola jasne pochopená funkcia oleja v palive pre modelové motory. V skutočnosti existujú tri takéto funkcie:
Prvá z vyššie uvedených funkcií je samozrejme najdôležitejšia, pretože bude mať priamy vplyv na výkon a životnosť motora. Druhá funkcia sa stáva skutočne kritickou iba v motore, ktorý je pomerne opotrebovaný – v motore v dobrom stave je na uspokojenie tejto potreby, potrebné len relatívne malé množstvo oleja za predpokladu, že sa pri prevádzkových teplotách udrží určitý stupeň viskozity (odpor voči prúdeniu). Tretia funkcia je často prehliadaná, no má pomerne veľký význam z hľadiska prevencie hromadenia pevných častíc v motore, ktoré by mohli viesť k nadmernému opotrebovaniu. Je veľmi žiaduce mať dostatočný nepretržitý tok oleja systémom a von z neho, aby sa všetky pevné častice odvádzali v suspenzii a tým sa zabezpečilo, že k takémuto hromadeniu nedochádza.
Vývoj a aplikácia mazív vhodných pre modelárske motory išli paralelne s vývojom samotných modelárskych motorov – oba sa v priebehu rokov spoločne rozvíjali. Prvé modelárske zážihové motory používali ako základné palivo benzín. Mazivom, ktoré sa v týchto motoroch bežne používalo, bol minerálny olej, ktorý sa za všetkých podmienok veľmi dobre mieša s benzínom. Na túto službu sa zvyčajne predpisoval minerálny olej SAE 70, a to aj dodnes. Hoci je minerálny olej SAE 70 dnes veľmi ťažké zohnať, minerálne oleje neskoršej generácie, ako napríklad AeroShell 120 (SAE 60), sú nepochybne lepšími mazivami ako čokoľvek, čo bolo dostupné v 30. a 40. rokoch. Takéto oleje sa dajú s istotou používať aj v starých zapaľovacích motoroch.
Podobné mazivá na minerálnej báze sa následne používali v modelárskom palive počas priekopníckej éry, okolo druhej svetovej vojny, pretože éter, petrolej a minerálny olej sú vzájomne miešateľné vďaka silným rozpúšťacím vlastnostiam éteru. Vysoko kvalitný minerálny olej je v skutočnosti celkom vhodný na použitie v starších nízkootáčkových dieselových motoroch.
Keď sa v druhej polovici 40. rokov 20. storočia objavili motory so žeraviacimi sviečkami, stalo sa nevyhnutným používať olej, ktorý bol kompatibilný s metanolom. Vtedy sa rastlinný olej, najmä ricínový, skutočne dostal do popredia. Použitie ricínového oleja ako maziva však ani vtedy nebolo ničím novým – už dlho sa používal v obzvlášť náročných servisných prevádzkach motorov skutočnej veľkosti. Napríklad počas prvej svetovej vojny sa ricínový olej používal v rotačných motoroch, ako napríklad Gnome, a hojne sa používal aj v pretekoch motorových vozidiel skutočnej veľkosti, medzi dvoma svetovými vojnami a mnoho rokov po nich. Po druhej svetovej vojne, modelári čoskoro zistili, že ricínový olej je veľmi vhodný na použitie s metanolom, s ktorým sa ľahko mieša. Zistilo sa tiež, že ricínový olej sa dobre mieša s modelárskymi palivami pre samozápalné motory, opäť vďaka vynikajúcim rozpúšťacím vlastnostiam éteru.
Po príchode vysokovýkonných motorov so žeraviacimi sviečkami v roku 1948 sa rýchlo vyvinuli zložitejšie palivové zmesi, ktoré obsahovali ďalšie zložky paliva, ako napríklad nitrometán a nitrobenzén, na uvoľnenie dodatočného výkonu. Čoskoro sa zistilo, že keď koncentrácia nitrometánu prekročila 40 – 50 %, zmes sa stala nestabilnou, pretože sa olej už v palive nezmiešal. Preto bolo potrebné pridať ďalšie zložky, ako napríklad propylénoxid, na účely stabilizácie.
Syntetické esterové a polyglykolové oleje vznikli pred začiatkom druhej svetovej vojny, ale počas tohto konfliktu prešli intenzívnym vývojom pre aplikácie, ako sú turbíny a kompresory. Po ďalšom vývoji v povojnovom období sa tieto oleje nakoniec začali používať ako mazivá pre modelárske motory, pričom sa používajú dodnes. Na začiatku existovali vážne problémy s používaním takýchto mazív v modelárskych motoroch, ale ďalší vývoj mnohé z týchto problémov vyriešil do takej miery, že dnes máme dostupný výber typov olejov, ktoré vyhovujú akejkoľvek danej aplikácii.
Práve tieto tri kategórie olejov – minerálne, rastlinné a syntetické – sú aj dnes dostupné na použitie v modelárskych motoroch. Predtým, ako sa pozrieme na výhody a nevýhody každej z nich, je vhodné zvážiť otázku mazania vo všeobecnosti, pretože je to najdôležitejšia z troch predtým uvedených funkcií, ktoré musí olej plniť. Pritom budeme do veľkej miery čerpať z materiálu prezentovaného v už citovanom článku Luisa Petersena.
Mazacie podmienky v modelárskom motore sa značne líšia pre rôzne pracovné komponenty, a to ako z hľadiska teplôt, materiálov, tak aj aplikovaného zaťaženia. Najdôležitejšou požiadavkou je udržiavanie konštantného olejového filmu vvalci, ktorý je samozrejme najteplejšou časťou motora. To je veľmi náročné kvôli vysokým teplotám, tesnému uloženiu a nízkym rýchlostiam piestov, ktoré sa zvyčajne vyskytujú v oblasti hornej úvrati.
Aby sme lepšie pochopili mazaciu funkciu oleja, je potrebné, aby sme sa najprv pozreli na problematiku trenia. To je koniec koncov to, čo sa snažíme v našom motore minimalizovať, aby sme dosiahli jeho maximálny možný výkon a dlhú životnosť.
Trenie možno rozdeliť do troch kategórií, z ktorých každá má svoje vlastné individuálne charakteristiky. Predtým, ako budeme diskutovať o týchto kategóriách, je dôležité pochopiť termín používaný na kvantifikáciu rôznych úrovní trenia. Na tento účel používame termín nazývaný "koeficient trenia", ktorý sa v technických diskusiách týkajúcich sa tohto parametra zvyčajne označuje symbolom μ. Pre tých, ktorí tento termín nepoznajú, koeficient trenia je bezrozmerná hodnota, ktorá opisuje pomer sily trenia medzi dvoma klznými telesami (t. j. sily potrebnej na prekonanie trenia, aby sa tieto dve telesá mohli ďalej kĺzať) k sile, ktorá ich k sebe tlačí. Je zrejmé, že aby sme minimalizovali straty výkonu v dôsledku trenia, chceme, aby bol tento pomer čo najnižší. Presnejšie povedané, chceme minimalizovať koeficient trenia.
Dobrým príkladom situácie znázornenej na vyššie uvedenom diagrame je rozhranie piestu a steny valca v modelárskom motore, kde sa piest musí posúvať po stene valca a zároveň na ňu vyvíjať značný bočný tlak v dôsledku uhla ojnice. Tento bočný tlak vytvorí určitú treciu silu, ktorá bude klásť odpor kĺzaniu piestu vo valci a bude ju potrebné prekonať, aby motor bežal. Prekonanie tejto trecej sily predstavuje priamu stratu výkonu, pretože energia potrebná na prekonanie trenia nie je k dispozícii na generovanie výkonu na vrtuli. Pomer medzi vytvorenou trecou silou a bočným tlakom, ktorý ju vytvoril, je reprezentovaný koeficientom trenia pre dva zúčastnené materiály (piest a valec). Je zrejmé, že chceme, aby toto číslo bolo čo najnižšie, aby sa minimalizovali straty výkonu trením.
Koeficient trenia sa výrazne líši v závislosti od použitých materiálov. Napríklad ľad na oceli má extrémne nízky koeficient trenia, zatiaľ čo guma na vozovke má vysoký koeficient trenia. Koeficienty trenia sa pohybujú od takmer nuly do viac ako jedna – megalepivé pneumatiky, ktoré používajú dnešní motocykloví pretekári, sú príkladom toho druhého, ktoré umožňujú uhly náklonu výrazne presahujúce 60 stupňov počas zatáčania. Teraz sme v pozícii, aby sme opísali tri kategórie mazania, pri ktorých sa môže vyskytnúť trenie:
Tento stav vzniká, keď sa dva materiály po sebe kĺžu bez akejkoľvek formy maziva, čo núti tieto dva materiály priamo interagovať. Dobrým príkladom je pôsobenie brzdových doštičiek na brzdové kotúče, kde chceme vygenerovať veľkú treciu silu, aby sme zastavili vozidlo premenou jeho kinetickej energie na teplo. Takýto stav vždy zahŕňa opotrebovanie aj tvorbu tepla bez ohľadu na stav povrchu. Netreba dodávať, že pre brzdy to môže byť v poriadku, ale v modelárskom motore je to veľmi nežiaduci stav! Trenie, zahrievanie a opotrebovanie sa znižujú s jemnejšou povrchovou úpravou, ale určité opotrebenie a tvorba tepla sú nevyhnutné bez ohľadu na to. Pre komponenty modelového motora sa koeficienty suchého trenia zvyčajne pohybujú medzi 0,1 a 0,7 v závislosti od použitých materiálov.
V modelárskom motore sa samozrejme chceme vyhnúť suchému treniu ako moru! Preto sa snažíme zabezpečiť, aby všetky pohyblivé časti boli dobre zásobené nejakým druhom maziva. V situácii, keď je prítomný film maziva, sa môžu vyskytnúť dva odlišné mazacie podmienky, a to nasledovne.
Pri tomto type mazania vytvára olej medzi pohyblivými povrchmi súvislý olejový film primeranej hrúbky. Film sa vytvára v dôsledku pohybu pohyblivých častí a tlaku, ktorý sa sám generuje. Napríklad kĺbové ložiská hlavného motora majú hydrodynamické mazanie. Medzi hlavným ložiskom a čapom kľukového hriadeľa sa vytvorí film pomocou klinu tvoreného rotujúcim hriadeľom.
Ak olejový film nemôže vzniknúť v dôsledku pohybu pohybujúcich sa častí, musí byť tlak oleja privádzaný externe. Takýto typ mazania je známy ako hydrostatické mazanie. Pre pomaly sa pohybujúce ťažké časti ich relatívny pohyb nestačí na to, aby zabezpečili samočinný tlak na mazanie, a preto sa tlak vytvára externe pomocou čerpadla.
Hraničné mazanie sa zvykne nazývať i medzné mazanie. U tohto typu existuje tenký film medzi dvoma trecími povrchmi, ktorý by mohol mať povrchový kontakt. Medzné mazanie sa používa kvôli relatívne nízkym rýchlostiam, vysokému prítlačnému tlaku a drsným povrchom. Napríklad v hlavných motoroch sa medzné mazanie vyskytuje počas štartovania a zastavenia v dôsledku vyššie uvedených podmienok.
Pri tomto type mazania sa hrúbka mazacieho filmu výrazne mení s elastickou deformáciou povrchov. Je to vidieť v rade alebo v bode dotyku medzi valivými alebo klznými plochami, napríklad valivými kontaktnými ložiskami a zábermi zubov ozubeného kolesa. Dochádza k elastickej deformácii kovu a k pôsobeniu vysokého tlaku na mazivo.
Pre tento prípad neexistujú žiadne pevné zákony. Stupeň, do akého vývoj trenia zodpovedá zákonom pre suché alebo kvapalné trenie, je určený stavom povrchu, udržateľnou hrúbkou filmu a vlastnosťami kvapaliny mazacieho materiálu. Celková trecia sila bude súčtom zvyškovej zložky trenia kov na kov a viskózneho odporu spôsobeného prítomnosťou samotného maziva. Je zrejmé, že sa to môže značne líšiť v závislosti od konkrétnej situácie. Koeficienty trenia v tomto stave sa zvyčajne pohybujú medzi 0,005 a 0,100. Nie je to zanedbateľné, ale stále je to významné zlepšenie oproti stavu suchého trenia!Aby sme lepšie pochopili vlastnosti, ktoré sa vyžadujú od účinného maziva, nemôžeme urobiť nič lepšie, ako parafrázovať komentáre k tejto problematike, ktoré boli zahrnuté v už citovanom článku Berta Streiglera. Bert poznamenal, že aby akákoľvek kvapalina pôsobila ako mazivo, musí byť najprv dostatočne "polárna", aby zmáčala pohyblivé povrchy – to znamená, že musí mať afinitu k mazaným materiálom. Ďalej musí mať vysokú odolnosť voči povrchovému varu a odparovaniu pri teplotách, s ktorými sa pravdepodobne stretne. V ideálnom prípade by kvapalina mala mať aj "olejnatosť", aby jej v prevádzkových podmienkach poskytla viskozitu a pevnosť filmu. Tento posledný parameter je ťažké charakterizovať, ale vo všeobecnosti možno povedať, že najviac "olejovité" a teda najúčinnejšie mazivá majú z chemického hľadiska pomerne veľkú molekulovú štruktúru. Samozrejme, z tohto pravidla existujú výnimky – aj voda so svojou malou molekulou môže byť dobrým mazivom za správnych podmienok a so správnymi materiálmi.
Tu je niekoľko pojmov a kritérií, s ktorými je pri výbere oleja užitočná určitá znalosť:
Táto hodnota je vyjadrením odporu oleja voči prúdeniu. Zvyčajne sa uvádza v centistokoch (cSt). Úplná diskusia o viskozite a jej dôsledkoch by ďaleko presiahla rámec tohto veľmi základného článku, stačí však povedať, že sa tu zaoberáme situáciou, v ktorej dva materiály vyvíjajú na seba vzájomný tlak a tým sa snažia o kontakt. Jediná vec, ktorá bráni kontaktu (alebo minimalizuje stupeň, do akého sa kontakt vytvorí), je mazací film medzi dvoma povrchmi. Aby došlo ku kontaktu (čomu chceme zabrániť), musí byť olejový film vytlačený spomedzi dvoch povrchov a jediný spôsob, ako to dosiahnuť, je vytekať cez veľmi úzku medzeru medzi povrchmi. Kvapalina (olej), ktorá je odolnejšia voči prúdeniu, bude menej ochotná vytekať cez danú medzeru medzi povrchmi alebo bude vyžadovať väčšiu medzeru medzi dvoma povrchmi, cez ktorú bude prúdiť. V každom prípade bude viskóznejšie mazivo účinnejšie pri udržiavaní medzery medzi dvoma povrchmi, a tým bude podporovať buď hraničné, alebo kvapalné mazanie.
Nevýhodou je samozrejme, že viskóznejšie mazivá budú počas prevádzky vyvíjať väčší viskózny odpor na pohyblivé časti. To však môže byť malá cena za zníženú mieru opotrebenia a straty trením na povrchu.
Táto hodnota udáva, o koľko sa mení viskozita daného oleja s teplotou. Olej má spravidla tendenciu strácať viskozitu so zvyšujúcou sa teplotou. Z predchádzajúcej diskusie by malo byť zrejmé, že pritom nevyhnutne stráca pevnosť a hrúbku filmu. Priložený diagram zobrazuje niekoľko typických grafov vyjadrujúcich vzťah medzi teplotou a viskozitou pre niekoľko nešpecifikovaných rôznych olejov.
Tento parameter poskytuje predstavu o tom, ako efektívne dokáže olej udržiavať kvapalný film medzi dvoma povrchmi a tým zabrániť vzniku medzného mazania. Samozrejme, úzko súvisí s viskozitou. Jeho význam sme preskúmali v predchádzajúcej časti tohto článku.
V kontexte maziva znamená termín EP extrémny tlak. Často sa uvádza v súvislosti s doplnkovými produktmi (prísadami – pozri nižšie), ktoré sú určené na vytvorenie samomazného filmu na rozhraní kov-kov, aby sa zabránilo nežiaducemu opotrebovaniu. V kontexte modelového motora má malý význam.
Toto je najnižšia teplota, pri ktorej sa olej môže dostatočne odpariť na vytvorenie zápalnej zmesi vo vzduchu. Pri tejto teplote však spaľovanie nebude udržateľné – akonáhle sa počiatočná náplň pár spáli, spaľovanie sa zastaví, kým sa nevytvorí viac pary. Aj napriek tomu, akonáhle sa olej v motore začne odparovať (vrieť), má potenciál do určitej miery sa zúčastniť procesu spaľovania v závislosti od jeho bodu vzplanutia (pozri nižšie). V tomto stave začína strácať mnohé zo svojich mazacích vlastností.
Toto je definované ako teplota, pri ktorej para produkovaná daným olejom bude naďalej horieť aspoň 5 sekúnd po zapálení otvoreným plameňom. Zjednodušene povedané, je to teplota, pri ktorej sa olejová para bude vytvárať dostatočnou rýchlosťou na to, aby sa jej spaľovanie stalo udržateľným. Zvyčajne je podstatne vyššia ako bod vzplanutia, pri ktorom olej vytvorí dostatok pary na to, aby došlo k okamžitému vznieteniu, ale bude vytvárať paru nedostatočnou rýchlosťou na udržanie ohňa. V čase dosiahnutia bodu vzplanutia sa mazacie vlastnosti oleja úplne stratia.
Niektoré druhy olejov sa nedajú miešať s inými olejmi alebo určitými druhmi paliva. Je dôležité pochopiť všetky takéto problémy, ktoré sa môžu vyskytnúť pri používaní oleja.
Ide o usadeniny pevných látok, ktoré sa môžu hromadiť v motore v dôsledku procesov spaľovania a mazania. Patria sem napríklad usadeniny uhlíka v spaľovacom priestore a usadeniny laku na horúcich pohyblivých častiach. Ďalším faktorom je tvorba usadenín, ako sú živice, v motore počas skladovania po dobehu. Rôzne oleje majú svoje vlastné individuálne vlastnosti, pokiaľ ide o tvorbu takýchto usadenín.
Tento bežne používaný termín nie je ničím iným ako skratkou pre Asociáciu, ktorá vyvinula celosvetové štandardy pre klasifikáciu olejov. Je to skratka pre Spoločnosť automobilových inžinierov.
Po prediskutovaní niekoľkých príslušných pojmov a kritérií sa pozrime na typy olejov, ktoré sú k dispozícii pre naše použitie. Škála dostupných minerálnych, rastlinných a syntetických olejov je mimoriadne a niekedy až mätúco široká. Oleje ako Castrol M (ricínový olej) a Castrol MSSR (syntetický olej) sú typické pre najbežnejšie používané mazivá v dnešných modelových motoroch. Minerálne oleje však stále majú svoje miesto. Začnime s nimi.
Ide o mazivo, ktoré je založené na destilovanej frakcii nejakého minerálneho zdroja, najmä ropy. Kedysi to bolo štandardné mazivo pre modelárske motory. Je ľahko miešateľné s benzínom aj s palivami na báze éteru. Minerálny olej SAE 70 sa typicky používal v zážihových motoroch v pomere miešania benzínu a oleja 3:1, ako ho dodnes používajú klasickí a starí modelári, ktorí takéto motory naďalej používajú. Castrol XXL sa často odporúčal na použitie v raných britských dieselových motoroch.
Nájdenie vhodného zdroja oleja SAE 70 sa však v posledných rokoch stalo dosť problematickým. Veľmi prijateľnou modernou náhradou je AeroShell 120 , čistý minerálny olej SAE 60 zmiešaný z vybraných základových olejov s vysokým indexom viskozity, špeciálne určený na použitie v plnohodnotných piestových leteckých motoroch. Neobsahuje žiadne prísady okrem veľmi malého množstva prísady znižujúcej bod tuhnutia (ktorá zlepšuje tekutosť pri veľmi nízkych teplotách) a antioxidantu. Je ľahko dostupný od veľkých leteckých podporných spoločností na väčšine regionálnych alebo mestských letísk. Navyše, desaťročia ďalšieho výskumu ho zlepšili do takej miery, že je oveľa lepším mazivom ako akýkoľvek minerálny olej SAE 70 alebo podobný, ktorý bol dostupný v 30. alebo 40. rokoch.
Okrem použitia v zapaľovacích motoroch funguje AeroShell 120 dobre aj v starších dieselových motoroch z priekopníckej éry, ktoré pracujú pri nižších otáčkach, nízkych teplotách a znížených kompresných pomeroch. Je tiež úplne prijateľný na použitie v novších replikách takýchto motorov. Hoci je minerálny olej stále ľahko dostupný, zriedka sa používa ako mazivo v novších modeloch motorov, najmä vo vysokovýkonných. Je dosť nevhodný na použitie v palivách na báze metanolu, pretože sa dobre nemieša.
Pozitívom je, že minerálne oleje netvoria lakové usadeniny ani nespôsobujú zanášanie motorov, ktoré sú dlhodobo skladované medzi jednotlivými použitiami. Okrem toho produkujú zvyšky výfukových plynov, ktoré sa dajú relatívne ľahko odstrániť. Pokiaľ nie sú nadmerne zaťažované, sú v skutočnosti vynikajúcimi mazivami.
Negatívom je, že hoci minerálne oleje majú body vzplanutia, ktoré sú veľmi porovnateľné s bodmi vzplanutia syntetických olejov (zvyčajne okolo 205 stupňov Celzia pre minerálny olej), ich body vzplanutia nie sú oveľa vyššie ako body vzplanutia. V skutočnosti sú ich teploty samovznietenia (teploty, pri ktorých sa spontánne vznietia bez prítomnosti akéhokoľvek zdroja vzplanutia) vo všeobecnosti iba v oblasti 320 stupňov Celzia, pričom v tomto bode prestávajú byť mazivom a namiesto toho sa stávajú palivom! To znamená, že sa stanú náchylnými na účasť na procese spaľovania viac-menej hneď po dosiahnutí bodu vzplanutia, čím strácajú veľkú časť svojej mazacej účinnosti. Táto tendencia ich zase robí náchylnými na podporu tvorby uhlíkových usadenín v oblasti spaľovacej komory.
V dôsledku toho minerálne oleje nemajú také schopnosti pôsobiť pri vysokých teplotách a extrémnom tlaku ako ricínový olej, a preto sa v teplotných rozsahoch, s ktorými sa môžu stretnúť vysokovýkonné modelové motory, potenciálne ľahko odparujú a horia. Preto neponúkajú žiadnu záruku proti situáciám, ako je chudobná zmes alebo nedostatočné chladenie. Z tohto dôvodu boli vo väčšine palív pre modelové motory pomerne krátko po skončení druhej svetovej vojny vo všeobecnosti nahradené ricínovým olejom.
Napriek tomu je vhodné zopakovať, že minerálne oleje s viskozitným rozsahom SAE 50-60 sú dokonale uspokojivými mazivami pre modelové dieselové motory"priekopníckeho“ typu, pretože teploty v takýchto motoroch sa nikdy nepriblížia k bodu vzplanutia kvalitného minerálneho oleja. Použitie ricínového oleja je v takýchto motoroch pravdepodobne prehnané.
Mnohé zo svojich starších dieselových motorov typu Mills som používal na minerálne palivá s úplne uspokojivými výsledkami po mnohých hodinách používania. Tip, ktorý môžem odovzdať, je, že dieselové motory, ktoré môžu byť medzi štartmi dlhodobo skladované, by mali pred uskladnením prejsť nádržou s minerálnym palivom pri zníženej kompresii a na bohatej ihle. Motory ošetrené týmto spôsobom pred uskladnením sa nikdy nezaseknú a pri ďalšej prevádzke ich nebude potrebné odlepiť. Používal som motory, ktoré boli po takomto ošetrení uskladnené viac ako 30 rokov a po takomto období sa stále voľne otáčali. Veľmi odporúčaný prístup!
Minerálne oleje sa stále špecializujú na uplatnenie v motorovej nafte s pevnou kompresiou, ktorá pozostáva z čistého éteru a minerálneho oleja. Vzhľadom na veľmi nízky chod starých dieselových motorov s pevnou kompresiou a ich relatívne nízke otáčky sa minerálny olej SAE 40 v takýchto motoroch osvedčil veľmi dobre. Viac informácií nájdete v mojom samostatnom článku o prevádzke dieselových motorov s pevnou kompresiou, ktorý nájdete na inom mieste na tejto stránke.
Ide o oleje, ktoré sa extrahujú z rastlinného zdroja, zvyčajne vo forme triglyceridov. Do tejto kategórie patrí široká škála potenciálne užitočných olejov vrátane olivového, repkového, kokosového, sójového, sezamového a ricínového oleja. Rastlinné oleje sa hojne používali v plnohodnotných leteckých motoroch počas 1. svetovej vojny a od 2. svetovej vojny, keď sa prevádzka na metanol prvýkrát stala bežnou, sa hojne používajú aj v modelových motoroch.
Najbežnejšie používaným rastlinným mazivom je samozrejme ricínový olej. Nie je to však jediné potenciálne užitočné mazivo. Spoločnosť K&B predtým používala epoxidovaný sójový olej vo svojej zmesi Supersonic Speed Fuel s vysokým obsahom nitro a predávala toto mazivo aj tým, ktorí si chceli vyrobiť vlastné vysokovýkonné palivo. Podľa Luka Roya (spoluproducenta klasického rekordného pretekárskeho motora H&R Rattler) bol lepší ako ricínový olej, čo už o niečom vypovedá! Hoci sa však v plastikárskom priemysle bežne používa, dnes je veľmi ťažké ho získať vo vhodných množstvách a kvalitách na modelárske použitie. Škoda - rád by som si to sám vyskúšal ......
Ricínový olej je teda preferovaným rastlinným olejom medzi modelármi. Medzi značky dostupné na trhu v minulosti patrili Castrol M, Castrol R, Duckhams, Prats, Bakers AA, Klotz Benol a Castrol R40, pričom posledné dve sú polymerizované formy ricínového oleja vhodné na miešanie s benzínom. Tieto značky vo všeobecnosti obsahujú prísady, ktoré zabraňujú hromadeniu uhlíka a podporujú dlhšiu trvanlivosť ako nefalšovaná 100 % čistá forma. Boli tiež zbavené gumy, aby sa zabránilo zlepovaniu počas krátkodobého skladovania.
Dostupnosť tohto materiálu sa však v posledných rokoch znížila kvôli panike okolo ricínu . Najmä hobby obchody už vo všeobecnosti nemajú v ponuke ricínový olej Bakers AA alebo Klotz Benol, ako to často robili predtým, aspoň v Severnej Amerike. Budete sa musieť poobzerať a pritom sa zamyslieť nad tým, či my, legitímni užívatelia, opäť neplatíme za nezákonné aktivity iných... Keď nájdete zdroj ricínového oleja, majte na pamäti, že rastlinné oleje majú tendenciu žltnúť pri dlhodobom skladovaní. Takéto oleje vždy skladujte v dobre uzavretej nádobe na chladnom a tmavom mieste. Takto skladované sa v skutočnosti celkom dobre uchovávajú.
V minulosti bol ricínový olej dostupný v lubrikantnej aj medicínskej kvalite. Medicínska kvalite určená na vnútorné použitie je stále ľahko dostupná v lekárňach. Je však dosť nevhodný na použitie ako mazivo pre modelové motory – nepodľahnite pokušeniu ho vyskúšať! Použiteľnou náhradou, s ktorou som doteraz dosiahol úplne uspokojivé výsledky, je 100 % čistý ricínový olej lisovaný za studena, ktorý sa predáva v kozmetických obchodoch na vonkajšie použitie ako zmäkčovadlo pokožky – z nejakého dôvodu jeho dostupnosť doteraz nebola ovplyvnená panikou okolo ricínu. Jeho hlavnou nevýhodou je, že nie je zbavený gumy, takže je do istej miery náchylný na zanesenie uskladneného motora, pokiaľ sa neprijmú vhodné opatrenia. Ak sa rozhodnete vyskúšať túto cestu, uistite sa, že na etikete oleja, ktorý kupujete, je výslovne uvedené, že ide o 100 % čistý ricínový olej lisovaný za studena.
Keď už hovoríme o zatuhnutí, každý motor, ktorý beží na ricínový olej, by sa mal pred dlhodobým skladovaním dôkladne vyčistiť . Ja svoje motory umývam dvakrát – raz vo Varsole a potom krátko druhýkrát v metylhydráte. Posledný krok slúži hlavne na zníženie arómy"nedávno naliatej nafty“, ktorú niektorí obyvatelia vášho domu môžu považovať za nepríjemnú!
Potom motor namažem olejom do vzduchového náradia, ktorý považujem za vynikajúci olej po dobehu – veľmi dobré sú aj kvapalina do automatickej prevodovky a olej Marvel Mystery Oil. Ani takto ošetrené dieselové motory nemajú výrazný skladovací zápach a zostanú pekné a čisté po veľmi dlhú dobu. Jedna pozitívna vec, ktorú možno o ricínovej gume povedať, ak sa s ňou stretnete, je, že je to jeden z najúčinnejších antikoróznych náterov zo všetkých – pod tou 40-ročnou vrstvou lepidla nikdy nenájdete ani stopu hrdze!
Pri diskusii o vlastnostiach ricínového oleja ako maziva opäť nemôžeme urobiť nič lepšie, ako parafrázovať komentáre Berta Streiglera v jeho už spomínanom článku. Už sme videli, že ideálne mazivo by malo byť dostatočne "polárne", aby zmáčalo pohyblivé povrchy – to znamená, že musí mať afinitu k mazaným materiálom. Malo by mať tiež vysokú odolnosť voči povrchovému varu a odparovaniu pri teplotách, s ktorými sa pravdepodobne stretne. Nakoniec by malo mať veľkú molekulárnu štruktúru, aby podporovalo "olejovitosť".
Ricínový olej spĺňa všetky tieto pomerne jednoduché požiadavky v kontexte modelového motora. Je vysoko polárny, a preto má veľkú afinitu ku kovovým povrchom, na ktorých pevne priľne. Približne 87 % ricínového oleja tvorí organická zlúčenina nazývaná "triglycerid kyseliny ricínolejovej", ktorá sa pýši pomerne impozantným chemickým vzorcom CH3 ( CH2 ) 5CH ( OH)CH2CH = CH(CH2 ) 7COO ) 3 ( OC) 3H5 . Dostatočne veľká molekula pre vás?!? Má bod vzplanutia okolo 229 stupňov Celzia. To je samo o sebe dosť horúce, ale naozaj úžasné je, že jeho bod vzplanutia je vysoko, okolo 449 stupňov Celzia – čo je nezvyčajne veľký nárast nad bodom vzplanutia. To znamená, že ricínový olej sa bude veľmi neochotne zúčastňovať vo významnej miere na procese spaľovania, a to aj pri zvýšených teplotách.
Pre porovnanie, typické syntetické oleje, ako sú polyalkylénglykoly, vzplanú pri teplote približne 176 – 204 °C (350 – 400 °F). To nie je až tak ďaleko pod porovnateľnou hodnotou pre ricínový olej, ale zlou správou je, že takéto oleje majú zvyčajne bod vzplanutia iba približne 288 °C (550 °F) alebo o niečo vyšší – oveľa nižší ako hodnota pre ricínový olej. To znamená, že ricínový olej je výrazne odolnejší voči odparovaniu pri vysokých teplotách ako syntetický olej a je tiež oveľa menej náchylný na zapojenie sa do procesu spaľovania.
Jednou z charakteristických vlastností ricínového oleja, ktorá sa spočiatku môže zdať ako nevýhoda, je jeho tepelná nestabilnosť. Ukazuje sa však, že práve táto nestabilita umožňuje ricínovému oleju naďalej mazať pri teplotách výrazne vyšších, ako sú teploty, pri ktorých sa syntetické alebo minerálne oleje zvyčajne rozkladajú. Triglycerid kyseliny ricínolejovej je jedinečná zlúčenina v tom, že jej chemický vzorec obsahuje dvojitú väzbu v 9. polohe a hydroxylovú skupinu v 11. polohe . S rastúcou teplotou stráca jednu molekulu vody a stáva sa"vysychajúcim“ olejom, ktorý ľahko polymerizuje.
Ricínový olej má vynikajúcu skladovaciu stabilitu pri izbovej teplote za predpokladu, že sa skladuje v dobre uzavretej nádobe na chladnom a tmavom mieste. Práve sme však videli, že s rastúcou teplotou rýchlo polymerizuje. Pri polymerizácii tvorí stále ťažšie"oleje“, ktoré sú bohaté na estery a majú vynikajúce mazacie vlastnosti. Tieto estery sa nezačnú rozkladať, kým teplota nedosiahne približne 343 °C. Ricínový olej pri týchto zvýšených teplotách vytvára obrovské molekulárne štruktúry – inými slovami, ako teplota stúpa, ricínový olej vystavený týmto teplotám reaguje premenou na ešte lepšie mazivo!
Žiaľ, konečným vedľajším produktom tohto procesu je to, čo nazývame"lak“, čo je nevyhnutný vedľajší produkt používania ricínového oleja vo vysokovýkonných motoroch, ktoré trvalo pracujú pri zvýšených teplotách. Avšak aj tu je dobrá správa! Samotná vrstva laku je vynikajúcim"suchým“ vysokoteplotným mazivom, ktoré veľmi účinne chráni podkladové kovové povrchy. Viaže sa na kovové povrchy, vypĺňa"údolia“ medzi nerovnosťami na dvoch povrchoch a pôsobí ako bariéra na udržanie hraničného mazania. Preto ponúka ďalšiu ochranu pred potenciálne negatívnymi účinkami chudobnej zmesi alebo prehriatia.
Nevýhodou je, že táto vrstva nezmizne – skôr má tendenciu sa časom hromadiť a potenciálne sprísňovať uloženie piestu vo vŕtaní. Toto sa môže zhoršiť do bodu, kedy je potrebné ju odstrániť, aby sa obnovila rozmerová stabilita motora. Jedinou situáciou, v ktorej môže mať v tomto smere priaznivý účinok, je opotrebovaný motor – vrstva laku môže v skutočnosti pomôcť udržať kompresiu nad úrovňou, akú by mala bez laku. Toto sa môže prejaviť najmä pri očistení laku z vŕtania opotrebovaného motora (pomocou jemných mäkkých kovových kefiek a rozpúšťadla, ako je Hoppe's No. 9 Gun Cleaning Solution). Starší motor vyčistený týmto spôsobom sa môže zrazu začať zdať oveľa starší – bol to lak, ktorý udržiaval požadované uloženie!
Tendenciu ricínového oleja tvoriť lak možno výrazne znížiť použitím určitého podielu syntetického oleja na báze polyalkylénglykolu, ako je napríklad UCON od spoločnosti Union Carbide alebo ich MA 731. V skutočnosti môže mať takáto zmes niektoré synergické vlastnosti – inými slovami, lepšie vlastnosti, ako by mal ktorýkoľvek z produktov samostatne. Na dosiahnutie tohto požadovaného výsledku je však potrebné dbať na stanovenie ideálneho pomeru oboch typov olejov. V extrémnych podmienkach by mal vždy prevládať obsah ricínového oleja.
Je zaujímavé mimochodom poznamenať, že ricínový olej sa dá do určitej miery stabilizovať pridaním malého množstva vitamínu E (tokoferolu). Ak sa však týmto spôsobom príliš stabilizuje, stratí predtým spomínané tepelné reakcie, ktoré mu umožňujú ponúkať jedinečnú ochranu pred vysokými teplotami, ktorú poskytuje v neriedenom stave. Preto sa zdá, že nemá zmysel pokračovať v tomto prístupe.
Ricínový olej nie je bežne rozpustný v bežných ropných frakciách, ako je benzín. Ak sa však polymerizuje zahrievaním niekoľko hodín pri teplote 149 °C (300 °F), polymerizovaný olej sa v takýchto frakciách rozpustí. Hydrogenáciou oleja sa dosiahne približne rovnaký účinok. Castrol R40 a Klotz Benol sú príkladmi polymerizovaných ricínových olejov, ktoré sú rozpustné v benzíne – hojne sa používali v dvojtaktných pretekárskych motocykloch, keď som na takýchto strojoch pretekal.
Syntetické oleje sú umelé mazivá zložené z organických a anorganických základových olejov kombinovaných s polymérnymi balíkmi za vzniku syntetizovaných olejových zlúčenín. V závislosti od miesta vášho bydliska sa tento typ oleja predáva pod značkami Castrol, UCON, Pennzoil, Klotz, Dow, ML-70, PowerLube, F&B, G-Max, Amsoil atď. Výrobcovia tieto produkty bežne nazývajú syntetické esterové, polyglykolové alebo polyalkylénové oleje.
Mnoho súčasných lietadiel používa syntetický olej Coolpower Blue. Tento olej sa mieša s metanolom aj benzínom. Nemám žiadne nezávislé informácie o jeho relatívnych mazacích vlastnostiach v modelárskom motore. Stále pridávam do svojich žeraviacich palív Coolpower trochu ricínového oleja!
Opäť platí, že pri diskusii o syntetických olejoch sú dobre informované postrehy Berta Streiglera neoceniteľné. Na druhej strane, takéto oleje majú vynikajúcu miešateľnosť s takmer všetkými typmi základných palív a sú dostupné v širokej škále rôznych viskozit. Spôsobujú relatívne malé usadzovanie uhlíka a netvoria lak na stenách valcov. Taktiež vytvárajú zvyšky výfukových plynov, ktoré sa oveľa ľahšie čistia ako zvyšky z prevádzky na ricínový olej. A nakoniec, počas dlhodobého skladovania motora netvoria gumové usadeniny.
Existujú však aj niektoré významné nevýhody, ktoré je potrebné starostlivo zvážiť. V prvom rade, takmer všetky bežné syntetické oleje používané v modelových motoroch spália v spaľovacej komore, ak je motor prevádzkovaný s príliš chudobnou zmesou. Ricínový olej to nerobí, a to jednak kvôli jeho veľmi vysokému bodu vzplanutia, jednak preto, že jeho reakciou na zvýšené teploty je tvorba stále zložitejších polymérov s ešte lepšími mazacími vlastnosťami. Naproti tomu väčšina syntetických olejov varí na stenách valcov pri teplotách len mierne nad ich bodom vzplanutia. Akonáhle k tomu dôjde, mazacie vlastnosti oleja sa výrazne zhoršia. Rovnaký proces môže nastať aj v oblasti zápästného čapu, v závislosti od konštrukcie motora.
Skutočnosť, že syntetické oleje nepolymerizujú pri zvýšených teplotách ani netvoria lak, samozrejme znamená, že neponúkajú poistenie proti vysokým teplotám, ktoré poskytuje ricínový olej. Negatívne dôsledky prehriatia a chudobnej zmesi sú preto pri použití syntetického oleja pravdepodobne oveľa drastickejšie ako pri použití ricínového oleja. Zdá sa, že toto je silný argument v prospech použitia zmesi týchto dvoch typov olejov a v súčasnosti je to medzi súťažnými modelármi bežná prax.
Podobne ako ricínový olej, aj syntetické oleje sú tepelne nestabilné. Na rozdiel od ricínového oleja však nepolymerizujú na ešte lepšie mazivo – namiesto toho majú tendenciu vracať sa k základným materiálom, z ktorých boli vyrobené, zvyčajne k veciam ako etylénoxid, komplexné alkoholy alebo iné mazivá, ktoré sú na daný účel oveľa menej vhodné. Tento proces prebieha veľmi rýchlo po dosiahnutí kritickej teploty. Mazací inžinieri tento jav z pochopiteľných dôvodov nazývajú"rozopínanie“. Akonáhle sa tento proces začne, mazivosť oleja sa drasticky zníži. Opäť sa zdá, že je indikovaná zmes týchto dvoch typov mazív.
Skutočnosť, že syntetické oleje majú výraznú tendenciu odparovať sa a zúčastňovať sa na procese spaľovania, má vo všeobecnosti za následok vyššie teploty valcov pri použití syntetického oleja v porovnaní s ricínovým olejom. Ešte dôležitejšie je, že olej, ktorý sa odparí a spáli, už nie je k dispozícii na plnenie svojej mazacej funkcie. To môže viesť k miernemu nedostatku oleja v hornej časti valca, až do bodu, kedy sa pri zvýšených teplotách môže dosiahnuť stav suchého trenia. Ďalším dôsledkom tejto situácie je, že na odstránenie nečistôt a mikroskopických častíc z motora je k dispozícii menej zvyškového oleja.
Toto nie sú pozitívne faktory, najmä skutočnosť, že syntetické oleje sú ako vysokoteplotné mazivo oveľa menej účinné ako ricínový olej. Preto je pri používaní syntetického oleja dôležité veľmi opatrne regulovať teploty motora.
Po preskúmaní všetkých vyššie uvedených informácií sa zdá byť fér povedať, že ak máte v úmysle prevádzkovať motor naozaj intenzívne, nemali by ste sa spoliehať na syntetický olej, pokiaľ nie ste ochotní akceptovať zvýšené opotrebenie a riziko poškodenia, ktoré nevyhnutne vznikne v porovnaní s použitím ricínového oleja. Ak na druhej strane plánujete prevádzkovať motor v rámci jeho limitov (napríklad v modeloch Scale, RC športovom lietaní alebo klasických kaskadérskych kúskoch), potom vám pravdepodobne nebude prekážať používanie syntetických olejov, ak to chcete robiť.
Počas spaľovania syntetických olejov sa môžu tvoriť esterové kyseliny. Keďže antikorózne činidlá sa nepridávajú do všetkých syntetických olejov, je rozumné po použití vstreknúť do motora trochu konzervačného oleja. Najlepšie by sa to malo robiť, kým je motor ešte horúci, aby sa vstreknutý olej mohol vstreknúť všade. Zistil som, že olej do pneumatického náradia aj kvapalina do automatickej prevodovky sú veľmi účinné mazivá po dobehu.
Pri používaní syntetických olejov by ste si mali byť vedomí toho, že výfukové plyny vznikajúce pri používaní takýchto olejov môžu spôsobiť alergické reakcie alebo podráždenie. Konkrétne, výfukové plyny môžu dráždiť dýchacie cesty a oči.
Na záver by sa tu mal spomenúť zaujímavý potenciálny dôsledok prechodu z ricínového oleja na syntetický olej. Syntetické oleje majú vo všeobecnosti pomerne výrazné čistiace vlastnosti. Dokážu najmä rozpustiť akékoľvek usadeniny laku, ktoré sa mohli nahromadiť v motore počas jeho prevádzky na ricínový olej. Môže to znieť ako dobrá vec, ale môže to byť skutočný problém s dobre používaným motorom, ktorý stále dobre fungoval s ricínovým olejom. Po odstránení vrstvy laku sa takýto motor môže zrazu začať cítiť úplne opotrebovaný! Nie je to dôsledok zlého mazania syntetickým olejom, ale jednoducho odstránenie vrstvy laku, ktorá pomáhala udržiavať zdanlivú funkčnosť motora. Len niečo, na čo si treba dať pozor.
V priebehu rokov mnoho modelárov vyskúšalo rôzne prísady, ako napríklad Wynn's, Polyol B, Redex, 3 v 1, Lubricin N-1, disulfid molybdénu atď. Väčšina z nich má v kontexte modelového motora pochybnú účinnosť, zatiaľ čo niektoré (ako napríklad Molyslip) môžu spôsobiť upchatie palivového systému a iné problémy.
Jediná prísada, o ktorej viem, že má nejaký skutočný účinok, je Lubricin N-1 pri použití s rastlinným olejom. Ide o bežný ester, ktorý sa kombinuje s rastlinným olejom, aby si zachoval svoje mazacie vlastnosti pri zníženom percente oleja v palive. Použitie tohto produktu umožňuje znížiť množstvo oleja z 20 % na 15 % a zároveň zachovať mazacie vlastnosti paliva. Výsledkom je vyšší výkon spolu s čistejším motorom. Použité množstvo by malo byť maximálne 2 – 3 % z celkového množstva oleja, inak existuje riziko, že ochranný povrchový povlak vytvorený ricínovým olejom by mohol zmiznúť, čo by malo za následok zvýšené opotrebenie a vyššie prevádzkové teploty.
Pred niekoľkými rokmi Luis Petersen testoval modelový dieselový motor s použitím Castrol M (typický ricínový olej) a MSSR (typický syntetický olej) v rôznych pomeroch miešania. Cieľom bolo dozvedieť sa viac o vplyve rôznych typov olejov a rôznych percentuálnych zastúpení oleja na modelové motory. Tieto testy sa uskutočnili v laboratóriu na kodaňskom Technickom. Ako testovacia jednotka bol použitý pretekársky motor tímu BG Bügl 15. Priložená fotografia zobrazuje testovacie usporiadanie.
Výsledky sú graficky znázornené na priložených obrázkoch. Prvý obrázok znázorňuje vplyv zmien obsahu oleja v palive na špičkový výkon. Ako je vidieť, výkon sa zvyšoval so zníženým obsahom oleja pri oboch testovaných olejoch. Graf sa však nezmieňuje o otázke miery opotrebenia.
Záhadou tohto grafu je fakt, že ukazuje maximálny výkon pri 0 % obsahu oleja, čo je stav, ktorý by nemohol trvať dlhšie ako niekoľko sekúnd bez toho, aby sa motor zadrel alebo prinajmenšom veľmi rýchlo opotreboval. Je veľmi ťažké uveriť, že takáto bezolejová palivová zmes bola skutočne testovaná! Je určite intuitívne zrejmé, že musí existovať spodná hranica, pri ktorej sa miera opotrebovania a straty trením stávajú problematickými.
Keď bola Maris Dislers požiadaná o komentár k tomuto grafu, poukázala na to, že v čase, keď Luis robil tieto testy, bolo módne používať v tímových pretekoch F2C naozaj nízke množstvo oleja, aby sa maximalizovala spotreba paliva. Odvážnejší ľudia sa rozhodli pre 5 %, hoci väčšina používala okolo 8 %. Všetky použité motory boli typu ABC alebo AAC. Maris súhlasila, že pre každú kombináciu motora a typu oleja musí existovať prakticky udržateľný minimálny obsah oleja, bez ohľadu na to, aká je Luisova výkonová krivka.
Nie som zapojený do dnešnej tímovej pretekárskej scény, ale Maris chápe, že súčasní pretekári F2C používajú o niečo viac oleja a sústreďujú sa na udržiavanie primeraného pomeru ricínového oleja s podielom syntetického oleja/prísady na vrchu ricínového oleja, aby sa udržala hromadenie uhlíka pod kontrolou.
Nasledujúci obrázok znázorňuje vplyv zmien obsahu oleja na nastavenie kompresie potrebné na efektívny chod motora. Ako je vidieť, pridanie väčšieho množstva ricínového oleja znižuje požiadavky na kompresiu, hoci je tento účinok relatívne malý. Je to preto, že olej, ktorý kondenzuje z palivovej zmesi, zaberá miesto v spaľovacej komore, čo následne znižuje efektívny objem spaľovacej komory, a tým zvyšuje pracovný kompresný pomer nad hodnotu, na ktorej je nastavený, čisto geometricky.
Za zmienku stojí, že minerálne oleje majú rovnaký vplyv na nastavenie kompresie ako ricínový olej, pokiaľ sa teploty udržiavajú v rámci limitov, ako je to v modelových dieselových motoroch z "priekopníckej" éry. Preto je obsah oleja v palive takým významným faktorom pri prevádzke modelových dieselových motorov s pevnou kompresiou, ako je uvedené aj inde na tejto webovej stránke.
Naopak, zmeny v podiele syntetického oleja majú veľmi malý vplyv, nepochybne kvôli tendencii tohto oleja odparovať sa a stať sa súčasťou stlačiteľnej palivovej zmesi v spaľovacej komore. Olej sa tak stáva nedostupným na zníženie efektívneho objemu spaľovacej komory. Samozrejme, tiež sa stáva nedostupným na vykonávanie svojej mazacej funkcie v hornom valci alebo preplachovacej funkcie. V kontexte miery opotrebovania motora to nemožno vnímať pozitívne. V kontexte tímových pretekov sa to však javí ako menej závažné.
Nasledujúci obrázok znázorňuje vplyv zmeny pomeru oleja na teplotu hlavy valcov. Ako je vidieť, motor sa pri všetkých pomeroch miešania s použitím syntetického oleja zahrieval podstatne viac ako s použitím ricínového oleja. To je nepochybne do veľkej miery spôsobené tým, že sa syntetický olej zapájal do procesu spaľovania spolu so základným palivom. Ako by sme očakávali, teploty naďalej stúpali so zvyšujúcim sa podielom syntetického oleja, pretože výsledkom bolo jednoducho pridanie väčšieho množstva vysokoenergetického paliva do zmesi. Toto je asi taká presvedčivá demonštrácia, akú si len môžete priať, že aspoň časť oleja sa zúčastňuje procesu spaľovania.
Naproti tomu teploty pri použití ricínového oleja dosiahli vrchol okolo 20 % a potom klesali s ďalším zvyšovaním obsahu oleja. Znížené trenie v hornej časti valca v dôsledku zvýšeného obsahu oleja s tým nepochybne malo veľa spoločného.
Toto číslo mimochodom predstavuje silný dôkaz o zlepšenom mazaní a zníženom trení, ktoré zabezpečuje vyšší pomer ricínového oleja v palivovej zmesi. Určite to vysvetľuje, prečo niektoré motory (ako napríklad rad PAW a starý záložný Fox 35) fungujú oveľa lepšie a konzistentnejšie so zvýšenými koncentráciami ricínového oleja v oblasti 30 %. Je možné, že Duke Fox a Gig Eifflaender vedeli, o čom hovoria...?!?
Posledný obrázok znázorňuje vplyv zmien obsahu oleja na spotrebu paliva. Samozrejme by sme očakávali, že vyššie percento oleja by malo nepriaznivý vplyv na spotrebu paliva, pretože teoreticky nehorľavý olej zaberá v palivovej nádrži objem, ktorý potom nie je k dispozícii pre energeticky účinné zložky paliva, čo si vyžaduje otvorenie ihly na kompenzáciu. A presne to vidíme pri syntetických aj ricínových olejoch.
Tento graf však prináša trochu prekvapenie – negatívny vplyv na spotrebu paliva (uvedený ako percento z ideálnej hodnoty) je pri použití syntetického oleja výrazne väčší ako pri použití ricínového oleja! Napríklad graf ukazuje, že na zníženie spotreby paliva na 95 % optimálnej hodnoty je potrebných 20 % ricínového oleja, zatiaľ čo na dosiahnutie rovnakého negatívneho vplyvu na spotrebu paliva je potrebných iba 12 % syntetického oleja.
Toto zistenie je natoľko neintuitívne, že sa pýtam, či sa identifikácia týchto dvoch kriviek nejako nevymenila! Skutočnosť, že syntetický olej sa v skutočnosti stáva súčasťou energeticky účinného zloženia paliva (ako dokazujú teplotné účinky znázornené na obrázku 3), by mala logicky zlepšiť spotrebu paliva v porovnaní s nehorľavým ricínovým olejom. Za predpokladu, že krivky v grafe sú správne označené, sa však nezdá, že by to tak bolo.
Keď som o tejto hádke diskutoval s Marisom Dislersom, spomenul si, ako Frank Coombs vykonával testy s motorom PAW 149 v Mini Goodyear, aby dosiahol maximálnu úsporu paliva. Je dobre známe, že motory PAW majú obzvlášť radi vysoký obsah ricínového oleja. Frank zistil, že by mohol dosiahnuť lepšiu úsporu paliva znížením percenta oleja, presne ako navrhuje Luis, ale nie nadlho. Po maximálne 20 minútach prevádzky na zmesi s nižším obsahom oleja už motor nebehal konzistentne pri novom nastavení chudobnejšej zmesi – stal sa náchylným na prehrievanie a slabšiu regeneráciu z prehriatia. Tieto negatívne účinky sa prejavili kratšie, keď sa obsah oleja ďalej znižoval.
Frank predpokladal, že rovnováha, ktorá udržiavala kľúčovú "glazúru" ricínového oleja na pieste/valci (alebo nahromadený olej v póroch/povrchových nerovnostiach povrchov), sa stratila, prinajmenšom čiastočne preto, že ho "zmyli" ostatné zložky paliva. Tento názor podporovala skutočnosť, že jedna alebo dve nádrže olejového paliva obnovili šťastný chod. Tento scenár sa dal opakovane demonštrovať. Frankove najväčšie úspechy sa v skutočnosti dosiahli s použitím paliva obsahujúceho 30 % ricínového oleja, čo podporuje môj skorší komentár o výhodách vyšších pomerov ricínového oleja.
Maris uvádza, že Frank nedávno predpokladal, že teoreticky by sa dalo získať výhodu použitím paliva s nízkym obsahom oleja v jedných alebo dvoch pretekoch s dobre mazaným motorom, za predpokladu, že by sa v daný deň dalo rýchlo nájsť pretekárske naladenie a dokončiť prácu skôr, ako by sa stratila nahromadená ochrana.
Teraz sa vrátim k Luisovým testom. Jeden graf, ktorý v týchto výsledkoch testov chýba, zjavne kvôli nemožnosti jeho vytvorenia, je graf znázorňujúci mieru opotrebenia v závislosti od obsahu oleja. Niet pochýb o tom, že typ a množstvo oleja musí mať na tento dôležitý faktor značný vplyv. Môžem len konštatovať, že dlhodobé skúsenosti v praxi mi k spokojnosti ukázali, že ricínový olej je výrazne lepší ako syntetický olej, pokiaľ ide o kontrolu miery opotrebenia – moje motory s ricínovým olejom konzistentne vydržia dlhšie ako identické motory mojich kolegov so syntetickým olejom. Po preskúmaní vyššie uvedených informácií musím povedať, že sa zdá, že moje pozorovania plne podporujú. Zostávam skalným zástancom ricínového oleja (okrem prípadov, keď používam "klasické" alebo dieselové motory s pevnou kompresiou a staré zapaľovacie sviečky!).
Voľba medzi ricínovým olejom a syntetickým olejom nie je jednoznačná. Dúfam, že som objasnil, že v závislosti od použitia daného motora môžu obe strany mať pomerne vysoké postavenie. Táto voľba sa musí urobiť do značnej miery na základe toho, ako človek zamýšľa motor používať – na preteky alebo na nedeľné športové lietanie.
Pre totálne preteky alebo v akejkoľvek situácii, v ktorej bude motor zaťažovaný, niet o čom premýšľať – použite ricínový olej, alebo aspoň jeho dobrý podiel! Celkovo je to oveľa lepšie mazivo pre vysoké teploty. Avšak pre pokojnejšie lietanie, kde motor nebude zaťažovaný, určite použite syntetický olej, ak chcete. Je celkom možné dosiahnuť to najlepšie z oboch svetov použitím vhodnej zmesi týchto dvoch typov mazív.
Z vyššie uvedených údajov nie je možné vyvodiť žiadny záver o miere opotrebovania – to je problém, ktorý môžu objasniť iba dlhoročné skúsenosti v danej oblasti. Ako už bolo spomenuté, moje vlastné skúsenosti počas niekoľkých desaťročí pozorovania ukazujú, že motory bežiace na ricínový olej konzistentne vydržia dlhšie ako motory rovnakého typu bežiace na syntetický olej, a to s výrazným rozdielom. Ide však o čisto empirické pozorovanie – nemám k dispozícii žiadne konkrétne údaje. Zmysluplné údaje by mohol poskytnúť iba experimentálny test s použitím dvoch starostlivo odmeraných úplne nových identických motorov, ktoré sa zapustia do zeme s použitím týchto dvoch typov oleja. Neprihlasujem sa k tomu dobrovoľne – okrem ceny motorov si spomeňte aj na účty za palivo!!
V kontexte tímových pretekov F2C (o ktorých písal Luis Petersen) sú hlavnými obavami vysoký výkon spojený s dobrou spotrebou paliva – miera opotrebovania motora je druhoradá. Luisove výsledky testov ukazujú, že zmesi olejov s 20 – 30 % ricínového oleja a 15 – 25 % syntetického oleja sú príliš vysoké na dosiahnutie maximálneho výkonu spojeného s dobrou spotrebou paliva.
V typickej aplikácii tímových pretekov F2C Luis dospel z tohto testu k celkovému záveru, že obsah oleja v palive 10 %, zloženého z rovnakých dielov ricínového a syntetického oleja, poskytuje najlepší kompromis medzi výkonom (5 % nárast), spotrebou a prevádzkovou teplotou (3 % nárast). Pravdepodobnou cenou za to je mierne zvýšená miera opotrebenia, ako aj menšia ochrana pred účinkami prehriatia.
Väčší obsah oleja samozrejme poskytuje väčšiu bezpečnostnú rezervu pre tých, ktorí nepotrebujú využívať absolútne maximálny potenciálny výkon svojich motorov alebo chcú minimalizovať mieru opotrebovania. Ak používate starý klasický motor, ktorý chcete šetriť, použite veľa oleja!
Nakoniec, výber oleja závisí od otázky priorít. Ricínový olej nepochybne ponúka vynikajúcu ochranu pred následkami prehriatia a chudobnej zmesi a má tiež vynikajúcu pevnosť filmu, ktorý zvláda extrémne tlaky. Syntetické oleje sú však stále vynikajúcimi mazivami, pokiaľ si uvedomíte ich obmedzenia a pracujete v rámci týchto limitov. Ak je pre vás dôležitý čistý motor a model, môže to byť tá správna cesta, za predpokladu, že ste si istí svojou schopnosťou udržať maximálne teploty pod kontrolou.
Pri správnom použití by mala byť životnosť motora s obidvoma produktmi dobrá. Avšak pri prevádzke na chudobnej zmesi vždy zvíťazí ricínový olej . Vhodná zmes týchto dvoch produktov môže potenciálne ponúknuť to najlepšie z oboch svetov. Väčšina motorov so žeraviacimi sviečkami si vystačí len s malým množstvom ricínového oleja v olejovej zmesi, ale dieselové motory s vyšším chladiacim zaťažením a vyšším tlakom na zápästný a kľukový čap prosperujú s väčším množstvom ricínového oleja v zmesi.
Tak ako väčšina vecí v tomto starom živote, aj mazivá sú vždy kompromisom dobrých a zlých vlastností. V našich motoroch so žeraviacimi sviečkami sa môžeme vyhnúť trestu, a aj sa nám to darí, pretože sú do značnej miery "chladené alkoholom". Dieselové motory však môžu poriadne zaťažiť syntetické oleje, ktoré sa dnes bežne používajú, a preto sa im v zmesi maziva darí oveľa lepšie s veľkým množstvom ricínového oleja.
Dúfam, že vyššie uvedený článok vám poskytne základ pre informované rozhodnutie. Prinajmenšom obe strany tejto debaty majú teraz fakty na dosah ruky. Veľa šťastia!!