Tanulmány a kenőolajokról

A motorkerékpárokat hosszú ideje használják úgyis mint egyszerû közlekedési eszköz, de egyre inkább terjed sportcélú felhasználásuk . Az USA-ban 5,2 millió regisztrált motorkerékpár van és évente 750.000 darabra rúg az új motorkerékpárok száma. Mint minden belsôégésû motorral hajtott jármû esetében a motorkerékpároknál is alapvetô a megfelelô kenés az elvárt  teljesítmény leadása és a lehetô leghosszabb élettartam elérése érdekében. Fontos tisztáznunk, hogy nem minden belsôégésû motorral hajtott jármû ugyan azon céllal került legyártásra így természetszerûleg kenési rendszerük és kenésük sem azonos ez pedig nagy kihívás a kenôanyagokkal szemben. Nagy általánosságban a motorkban használt olajoknak lényegesen több elvárásnak kell megfelelniük mint azoknak amelyeket a személygépkocsikban használunk.

Azoknak akik ezeket vitatják álljon itt egy táblázat ami segít jobban megvilágítani miért is szükségszerûen mások az autókban és a motorokban használt olajok  .

Hat alapvetô különbség van a motorok és az autók erôforrásainak mûködésében

Mûködési sebesség : A motorok üzemi fordulatszáma lényegesen magasabb mint a gépkocsik esetén . Ez többlet terhelést ró a hajtómû elemeire – azaz a mozgó alkatrészek nagyobb kopásnak vannak kitéve csakúgy mint lényegesen nagyobbak az un. nyíróerôk. A magasabb fordulatszám kedvez a habzás elôidézésének ami jelentôsen rontja a kenést, a magasabb hômérséklet pedig növeli az oxidációt – égést

Kompresszió arány : A motorokban uralkodó magasabb kompresszió magasabb belsô hômérsékleteket jelent ami tovább fokozza az igénybevételt A magasabb hômérséklet pedig komoly kihívás az olajokkal szemben, hiszen ezzel csökken kenési képességük s nem mindegy milyen mértékben. A folyamatos magas hômérséklet tönkreteszi az olajokat – koksz és olajsár képzôdik ami miatt a kenési rendszer összeomolhat

Fajlagos teljesítmény : A motorkerékpárok motorjai majdnam kétszer annyi lóerôt termelnek miint a gépkocsiké azonos térfogat esetén . Ez értelemszerûe nagyobb hômérséklettel jár ami nagyobb terhelés az olajoknak.

Különféle hûtési rendszerek : A gépkocsik esetén egy jól szofisztikált , vizes hûtési rendszer tartja kordában a hômérsékletet. Hasonló rendszerek találhatók a motorkerékpároknál is, de más hûtési rendszerek is elterjedtek. Rengeteg motor léghûtéses olajjal vagy vízzel kombinálva. Ez pedig jóval fluktuáltabb mûködési hômérsékleti tartományokat jelent, fôleg a városi közlekedés esetén. A magasabb hômérséklet pedig „vékonyítja“ az olajakat azaz kenési képességük romlik.

Többféle kenési elvárás : A gépkocsik kenési rendszere csak a motorok kenését végzik, mig van egy ettôl különálló amely az erôátvitel kenéséért felelôs. A motoroknál sok esetben ugyan azon olaj végzi a motor és a sebváltó kenését is ami lényegesen különbözô elvárásokat támaszt az olajokkal szemben de számos esetben a váltón belül még a kupplung is helyet kapott ami tovább bonyolítja a rendszert

Inaktivitás : A motorokat tipikusan sokkal kevésbé – gyakran használjuk mint az autókat. Több évszakos országokban hónapok esnek ki a mûködésbôl amikor a motorok belsô korrozióját kell meggátolniuk. Ez lényegesen hosszabb motorolaj csere ciklusokat jelent melyek között akár szélsôséges hômérséklet különbségeket is el kell viselni az olajoknak.

Mindezek után érthetô, hogy a motorok kenésére használt olajoknak lényegesen nagyobb elvárásokkal szemben kell helyt állniuk.

Az alábbiakban közölt teszt illetve elemzés elsôsorban tájékoztatási céllal íródott, annak érdekében , hogy a felhasználók nagyobb biztonsággal választhassanak a piacon rendkívül nagy számban található olajok közül.

A teszt résztvevôi :

Két nagy csoportot alkotó olajakat vizsgáltunk, az egyik nagy csoport a SAE 40 osztályú , míg a másik a SAE 50 osztályú olajok amelyeket a gyártóik kimondottan motorokhoz ajánlanak.

Fizikai tulajdonságok :
SAE viszkozitási osztályok

A kenôanyagoknak számos feladatot kell ellátniuk. Elsôsorban a rendszerben elôforduló víz mennyiségét kell minimális szinten tartani. Az olajok elsôdleges védelmi vonala a viszkozitásuk (vastagságuk). A kenôolajok csakúgy mint a folyadékok általában összenyomhatatlanok és amikor két mozgó alkatrész közé kerülnek azok úgy tudnak egymás mellett elmozdulni, hogy nem érnek egymáshoz, azaz nem kopnak. Van azonban egy bizonyos pont annak ellenére ,hogy összenyomhatatlanok , amikor már nem képesek a két alkatrész közötti távolság fenntartására azok összeérnek és kopni kezdenek. Ez a bizonyos pont az olaj viszkozitása. Általánosságban a magasabb viszkozitású (vastagabb ) olaj nagyobb terhelést képes elviselni. De a magasabb viszkozitás elônytelen is lehet  , hiszen sokkal nehezebb keringtetni azaz a kenési rendszerre nagyobb terhelé hárul fôleg amikor még hideg az olaj, a nagyobb erôszükséglet pedig rontja a motor hatásfokát , teljesítményét igy növeli a fogyasztást is.
A  magasabb belsô surlódás pedig magasabb hômérsékletet eredményez . Az alacsonyabb viszkozitású olajok pedig túl vékonyak, hamar kenési képességük határára érnek ami a motor kopását eredményezi.

A fogyasztók számára a folyadékok viszkozitásának fizikája túlontúl bonyolult folyamat , ezért az Autómérnökök Társasága a SAE egységes osztályzási rendszert dolgozott ki az olajok osztályzására ami az olajok viszkozitásán alapul bizonyos hômérsékleteken. A SAE rendszerrel lehetôségünk van egy olaj viszkozitásának ellenôrzésére mind alacsony mind magas hômérsékleten. A motorkerékpárok esetén a nagyon alacsony hômérsékleteken mért viszkozitások nem relevánsok hiszen ilyenkor nem használjuk ôket, igy a tesztben sem foglalkozunk ezen értékekkel.

Az alábbi táblázat a teszt-olajok viszkozitási értékeket mutatja használat elôtt. A kiindulási viszkozitás azért fontos mert általa képet kaphatunk arról, hogy a kenôanyagot gyártó által feltüntetett SAE érték valóban megfelel-e a hivatalos SAE kategóriáknak.

Az eredmények azt mutatják, hogy a tesztelt olajok mindegyike, kivéve a Lucas High Performance Motorcycle 10W-40 kiindulási viszkozitása megfelelt a feltüntetett SAE osztályoknak . Ezek a kiindulási értékek pedig alapvetôek, hiszen ezek alapján választunk olajat a gyártók elôírásai szerint.

Viszkozitási index :

Az olaj viszkozitása ( vastagsága )  nagyban függ a környezeti hômérséklettôl . A hômérséklet növekedésével fordított arányban csökken a viszkozitás azaz az olaj kezd elvékonyodni, tehát a teherbíró képessége csökken. A teszteljárást az ASTM által meghatározott módon végeztük el, azaz a viszkozitási indexet két jól meghatározott hômérsékletnél mért viszkozitási érték egymáshoz viszonyított arányából kapjuk. A két hômérséklet a 100 C és a 40 C . A magasabb viszkozitási index kisebb mértékû viszkozitási érték változást jelent, azaz az olyan kenôayagok amelyek magasabb viszkozitási indexxel rendelkeznek jobban tûrik a hômérséklet változást. Annak ellenére, hogy a magasabb index számok kívánatosak ezek önmagukban nem jelentik a jobb viszkozitási értéket magasabb hômérsékleten hiszen 2 érték viszonyáról beszélünk. A motorban fellépô nyíró erôk különösen az erôátviteli elemekben szignifikánsan csökkentik az olaj viszkozitását. Ezért azon kenôanyagok amelyeknek alacsonyabb a viszkozitási indexe de magasabb a nyíróerôkkel szembeni stabilitása tényszerûen magasabb viszkozitási értékkel bírnak az üzemi hômérsékleti tartományban mint azok amelyek magasabb a viszkozitási indexük de alacsonyabb a nyíróerôkkel szembeni tartásuk

Viszkozitás és nyírás-ellenállás

A viszkozitást a normál üzemi körülmények is változtatják, nem kell hozzá extrém körülmény. A mechanikus aktivitás, mozgás nyíróerôket generál ami az olajokat vékonyítja , darabolja lecsökkentve azok ellenállását. A magas fordulatszám tartományban üzemelô motorok amelyek közös olajpumpát használnak a váltóegységgel különösen nagy erôket generálnak . A forgó fogaskerekek az erôátviteli egységben ugynevezett nyírás generálta viszkozitás veszteséget okoznak .
Az ASTM D-6278-as teszteljárása vizsgálja az olajok nyírási ellenállását . Elôször megmérik az olaj kiindulási viszkozitási értékét, azután az olajokat speciális nyírási erôknek teszik ki 30 cikluson keresztül majd szünet következik . Minden egyes 30-as ciklus, igy 30,60 , 90 és 120 ciklus után megmérik a viszkozitást . Azok az olajok vizshgáznak jól amelyek gyakorlatilag nem változtatják viszkozitásukat vagy csak kevéssé. Amelyek azonban sokat vesztenek kiindulási értékükbôl aggodalomra adnak okot.

Az eredmények egyértelmûen ráviilágítanak olaj és olaj közötti különbségre. A SAE 40-es csoporton belül 41,6% egy SAE osztályt esett a teszt során SAE 30 ra. A SAE 50-esek sem szerepeltek jobban 43,8%-uk egy osztályt vesztett SAE40-re. A legtöbb olaj olyan gyorsan veszti el viszkozitását , hogy ezt a bizonyos egy osztályos esést már az elsô 30-as teszt ciklus alatt elbukja. A teszt során a Lucas 10W-40ese ami a nyírás hatására SAE 20-asra esett vissza.

Fontos azonban észrevenni ,hogy mind a magas mind az alacsony hômérsékleti viszkozitási indexû olajok a teszt során jelentôs nyírási behatást kaptak ami a viszkozitási veszteséget okozta. Kettô , a legmagasabb viszkozitási indexû olaj a Torco T-4SR a SAE 40es csoporton belül valamint a Yamalube 4R az 50esen belül a legnagyobb esést produkálták az összes olaj közül. A Torco SAE 30-á nyíródott, míg a Yamalube SAE40-né.  Valvoline 4-Stroke SAE 50 és Castrol V-TWIN SAE 50 viszonylag alacsony viszkozítású anyagok szintén jenetôsen vesztettek kezdeti „alacsony“ értékübôl le egészen SAE 40ig.

Magas hômérséklet/Magas nyírási viszkozitás :
A nyírási stabilitás és a jó hômérséklet tûrés kritikus a motorkerékpárok esetében . Ezek együttes hatását az ASTM szintén külön teszteljárásban méri . A D-5481-es leirat ezt hivatott vizsgálni. A teszt az olaj viszkozitását méri magas hômérsékleten miközben jelentôs nyíróerôknek teszik ki a kenôanyagot. A nyírás-stabil olajok azok amelyek megtartják viszkozitásukat még magas hômérséklet közepette is. A teszt alapján a viszkozitás – nyírási stabilitás értékeibôl ismételten egy index számot generálnak. Ez különösen fontos mert a csapágyak a legnagyobb fokú védelmet igénylik magas hômérsékleten. Az eredmények cP-ben vannak mehatározva ami a viszkozitás egysége. A magasabb tesztérték magasabb fokú védelmet jelent amit az olaj motorunk számára biztosít

Cink koncentráció (ppm):
Annak ellenére hogy a viszkozitás a legkritikusabb változó a rendszerünkben vannak határai. Amikor ezeket átlépjük megszünik a távtartás, a felületek összeérnek és megindul a nagymérvû kopás. Annak érdekében, hogy a kopás ebben az esetben is a lehetô legkisebb legyen adalékokat adnak az olajhoz amely az olaj utolsó védelmi vonala.
Ezeknek az adalékoknak az a szerepe, hogy az érintkezô felületeken molekuláris vastagságú védôréteget – koptatóréteget képezve csökkentségk a kopást. A legelterjedtebb ilyen célú adalék a ZDP azaz a cink ditiofoszfát / azaz kén és foszfor is van benne / A ZDP szintre a legegyszerûbb módon a cinktartalom mérésével következtethetünk . A ZDP csak azt mutatja meg, hogy mennyi cink tartalmú adalék van a rendszerünkben de ettôl még nincs semmilyen garancia a megfelelô mûködésre . Nem jelenthetjük ki, hogy a magasabb cink tartalmú olajok jobb kenést biztosítanak a surlodó felületek mentén. További tesztekre van szükség ahhoz, hogy az olajok kopási ellenállását is mérjük. Az alábbi táblázatban az olajok cink tartalma szerepel. A mennyiségek ppm –ben ,azaz milliomod egységben van meghatározva .

kopási ellenállás :
Az ASTM D-1472es eljárása alapján ( golyós kopási ellenállás mérés ) igen jól meg lehet határozni egyes kenôanyagok kémiai összetételének robosztusságát. A teszttel azt kivánjuk mérni, hogy egy adott olaj, hogyan képes minimalizálni a surlódás okozta kopásokat, azaz a fém fém kapcsolatból eredô roncsolódást. Az eljárás lényege, hogy egy háromszögbe rendezett golyós rendszert amelyet olajba merítünk felülrôl egy negyedik golyó hajt fém fém kapcsolaton keresztül . Erre a hajtó golyóra különbözô ismert tömegû súlyokat helyezve mérik az erôhatásokat. Egy órás folyamatos és állandó nyomású mûködés után az alsó három golyó érintkezô pontjait vizsgálják.  A kisebb mértékû karcolódás jobb kopási ellenállást jelent . A teszt során a terhelés felülrôl 40kg , a fordulatszám 1800 és a hômérséklet 150 C

Érdekességként megemlíthetô ,hogy a SAE 40es olajok között van a legtöbb és a legkevesebb cink tartalmú kenôanyag egyaránt. A Maxima Maximum 4 (2,464 ppm) és a Lucas High Performance ( 860 ppm ) eltérô cink tartalmuk ellenére hasonlóan teljesítettek. A Royal Purple átlagos mennyiségû cinkkel a legveszélyesebb olaj ilyen kenési helyzetben
( 55%-al nagyobb esélye van a jelemtôs kopás kialakulásának mint hozzá legközelebb esô szintén veszélyes kategóriájú olajnak ) A legjobban teljesítô olajok cink tartalma minden esetben 1,061 és 1,762 közé esett

A SAE 50es olajok esetében hasonló trendet figyelhetünk meg. A legmagasabb cink tartalommal büszkélkedô Golden Spectro 4 kevésbé jól teljesített, míg a MOTUL 300V olaja az egyik legalacsonyabb cink tartalommal is az élen tudott végezni.

Ebbôl egyetlen dolog biztosan következik, a magas cink tartalom nem elegendô a jó kenés biztosítására.

Sebességváltó kenése :
A védelmet egyszerre biztosítja a viszkozitás valamint a kémiai összetétel az adalékolás . Mindkettôre leginkább és egyidejûleg a sebességváltók kenése esetén van szükség. A csúszási , nyomási erôk a nyíróerôk elképesztô terhet hárítanak az olajokra. Különleges elvárásokat támaszt az olajokkal szemben egy motorkerékpár, hiszen a legtöbbször közös kenési rendszere van a motornak és a sebességváltónak. Ugyan az az olaj keni mindkét rendszer alkotóelemeit még akkor is amikor gyökeresen eltérô igényeknek kell megfeleni a motorban majd a váltóban keringô olajnak. Van ami jól mûködik de van ami kevésbé. Éppen ezért ez mindig kompromisszumot fog jelenteni, lehet, hogy az egyik helyen nyerünk valamit de elvesztünk egy másikat a másik rendszerben. Két urat nem lehet egyszerre szolgálni.

A sebességváltók vizsgálatára is van eljárás. Két fogaskerékpár félig olajba merülve forog. Az olaj állandó hômérséklete 90C . Az egyik kereket forgatják méghozzá állandó 1450es fordulatszámmal 21700 fordulaton keresztül . Aztán szétszedik a rendszert és minden egyes elemét részletesen megvizsgálják. Amennyiben az összefekvô fogakon a kopási átfedés nagyobb mint 20 mm akkor a tesztet befejezik. Ha kisebb akkor növelik a terhelést és újabb 21700as ciklust forgatnak le. Minden egyes menet után vizsgálat és terhelés növelés. A 13. ciklus után állítják le a mérést.  
A nagyobb számok  nagyobb mérvû kopásra utalnak .

A teszt bebizonyította, hogy 58,3%-a a SAE40es olajoknak valamint a 75%-a a SAE 50-es olajoknak a 13. ciklust is elviszik látható kopás nélkül. A golyós kopási teszten jó szereplô olajok közül most több is elvérzik, a legrosszabb eredményt a Motul a Pennnzoil a Yamalube és a Torco produkálja

A golyós teszt valamint ezen teszten jól szereplô olajok szuper kenési tulajdonságokkal bírnak különbözô mûködési körülmények és elvárásokkal szemben egyaránt .A vizsgált anyagok közül csak az AMSOIL MCF és a MCV volt képes mindkét tesztben a top-on végezni .

Oxidációs Stabilitás :
A hômérséklet képes tönkretenni a kenôanyagokat. A magas hômérséklet felgyorsítja az oxidációt ami radikálisan lerövidíti az olaj élettartamát és nemkívánt szénszármazékokat hoz létre. Az oxidált kenôanyag reakcióba tud lépni a rendszerben természetesen jelen levô üzemanyag maradékokkal a vízzel és korrozív anyagokat hoz ezzel létre. Az oxidációs stabilitás elsôsorban a léghûtéses és nagyteljesítményû motorok életében kritikus fontosságú.

Az ASTM D-4742 es teszteljárása ezt a tulajdonságát vizsgálja az olajoknak. Azt vizsgálja, hogy mennyire és mennyi ideig képesek ellenállni az oxidációnak . Tipikusan az oxidáció foka kezdetben kicsi majd az idô elteltével egyre inkább növekszik. Egy bizonyos ponton túl a reakció radikálisan gyorsul fel, a rendszer összeomlik. Az idônek ezen hosszát mérjük, mennyi idô kell ennek az állapotnak az eléréséig.
A teszt megmutatja, hogy a SAE40es osztály 50% és a SAE 50es osztály 37,5% képes elérni a maximális 500 perces idôt. A többi olaj egyértelmûen sokkal rövidebb szervizintervallumot kell ,hogy jelentsen.
A szuper oxidációs stabilitás az erôs alapvegyületnek és a jól megtervezett adalékolásnak köszönhetô. A már említett ZDP tipikusan oxidáció gátló anyag. A magas zink tartalmú olajok valószinûleg nagyobb oxidációs stabilitást is jelentenek habár a magas cik tartalom nem egyértelmû garancia a sikerre.

Párolgás :
Amikor az olajat fûtjük a könnyebb frakciók eltávoznak elillannak a rendszerbôl. Ez magasabb olajfogyasztást és rosszabb emissziót jelent. A magas hômérséklet minden esetben nagyobb fokú párolgást eredményez.
A D-5800-ás teszt ezt vizsgálja. Egy meghatározott mernnyiségû olajat fûtünk fel 250 C-ra és tartjuk ott 60 percen keresztül. Levegôt vezetünk keresztül a kamrán ami az olajmintát tartalmazza. Ezáltal engedjük párologni az olajat. Az idô elteltével a megmaradó térfogatot vizsgáljuk, mennyivel csökkent az eredetihez képest. A különbséget nevezzük súlyveszteségnek .

Az eredmények szignifikáns különbséget mutatnak a kevéssé párolgásra hajlamos és a párolgó olajok között.  Az alacsony párolgási fokú olajok alapvetôen fontosak a léghûtéses motorok számára.

Savreakciók és motor tisztaság :
A motorolajokat úgy tervezik, hogy közömbösítsék a keletkezô savakat és tartsák tisztán a motorokat . Ezeket tipikusan további adalékolással érik el a gyártók. Ezek alkáli fémek amelyek mennyiségére lehet következtetni a megkötött savak mennyiségének mérésével.  A magasabb mérési eredmény több savat, azaz nagyobb neutralizáló képességet jelent.

Habzás :
A mûködés közben a rendszerbe került levegô habzást indít el. A felhabzás csökkenti a kenést , surlódást – kopást generál, megnöveli a hômérsékletet és az oxidációt növeli ezért nagyon fontos ennek alacsony szinten tartása
A magasabb üzemi fordulatszám nagyfokú habzásgátlást feltételez. Az olaj jó szigetelô a levegôvl szemben amit ismételten adalékolással tovább fokoznak.
Az ezt vizsgáló teszt a D-892. Levegôt vezetnek át olajon és buborékoltatják azt 3 különbözô mérés során . 5 percig vezetik át a levegôt majd a keletkezô habot mérik milliméterrel. Aztán 10 percig állni hagyják a rendszert majd ismét megmérik a megmaradó hab nagyságát. Az elsô mérés 24 C-on történik majd az egészet megismétlik 93,5C-on.  A 3 ik mérésben ismét 24C on mérnek .
Az összes olaj  esetében 10 perces állásidô után a hab eltûnt, de van ahol nem is keletkezett egyáltalán mig a Bel Ray EXS jelentôsen felhabzott már 24 fokon is.  A 2.mérésben már a 10 perces állásidôt követôen jelentôs mennyiségû hab maradt meg. A Mobil 1 gyakorlatilag teljesen elhabzott és az állásidôt követôen sem tûnt el a hab.

Korroziógátlás :
A belsô korroziógátlás roppant fontos a motorok életében. A motorkerékpárok tipikusan azok az eszközök amelyeket nem használunk minden nap, sôt komplett évszakokat hagyunk ki . A kondenzációs maradék igen jó rozsdakeltô .  A rozsda tipikusan pici berágódásokat hagy maga után a felszinen és radikálisan gyorsítja fel a kopásokat . Az adalékok már alaphelyzetben némi védettséget jelentenek de a jó rozsdagátláshoz speciálisa adalékolásra van szükség.
A rozsdagátlást vizsgáló tesztsorozat a D-1748-as ,a nedvesség teszt. A vizsgált fémdarabkákat az olajokba mártják, és nedves párás kabinba teszik 24 órára ahol a hômérséklet 48,9 fok. Az idô letelte után a fémdarabkákat kiveszik és megvizsgálják ôket. Azok az olajok amelyek sermmiféle rozsdásodást sem engednek vagy maximálisan 3 ponton engedik a rozsda megjelenését amelyek együttes felülete kisebb mint 1 mm2 átmentek a vizsgán . Amelyek ennél többet azok a bukott kategóriába tartoznak. Ezen belül vannak alosztályok um 1-10 pont, 11-20 pont és több mint 21 pontban rozsdásodók.

Árképzés :
A tulajdonságok csak részben segírenek a döntésben, hogy melyik olajat is válasszuk. Az ár döntô faktor lehet a választásban.

Eredmények :
minden egyes tesztben az elért hely alapján pontoztunk. A legjobb kapta az 1es pontot mig a legutolsó a legnagyobb számú helyezést. Ezeket aztán összesítettük a helyezések alapján és alakult ki a végsô sorrend.

Konklúzió :

Az előbbi teszt jó néhány tudománysan elvégzett vizsgálaton keresztül próbál szélesebb ismereteket adni a kenőanyagokról és ezzel együtt számos tévhitet eloszlatni az olajokról és hires nagy márkákról. A végső eredményt szándékosan nem súlyoztuk csak összeadtuk. Az olvasó feladata eldönteni ezek alapján számára melyik mennyire fontos és ezzel akár új sorrendet összeállítani motorjának igényének megfelelően. Egy adott  márka más más osztályban radikálisan eltérő eredményt képes elérni pl a Motul olaja amely a SAE40es osztályban második lett  mig a SAE 50esben csak a kilencedik helyet érte el. Tehát egy márkanév egyáltalán nem garancia a mindenkori jó helyezére !
A Motul más szempontból is jó példa lehet. Ő a legdrágább olaj pedig képességeit tekintve egyáltalán nem a legjobb igy fajlagosan ő a legdrágább kenőolaj.
Ezért nem a marketinesek reklámhadjárataiban foglalatakat kell szentirásnak venni hanem a puszta mérési eredményeket kell összehasonlítani.