Určení množství oleje v metylalkoholovém palivu

Při použití olejů mnohdy neznámého původu, ale i olejů prodávaných modelářskými firmami chybí na jejich etiketách doporučené koncentrace. Základním motivem při určování množství oleje v metylalkoholu je zajistit především dokonalé mazání motoru, alespoň jako s ricinovým olejem, při co nejmenší koncentraci (cena oleje).

V úvodu je třeba specifikovat předpoklady, které musí být pro dokonalé mazání motorů splněny.

1. Olej rozpuštěný v metylalkoholu musí svou viskozitou vyhovovat požadavku správné hustoty v třecích dvojících motoru, danému jejich rozměry, zatížením a obvodovými rychlostmi při provozních teplotách.

2. Do motoru musí být společně s metylalkoholem přiváděno tolik oleje, aby na všech třecích plochách vytvořil dostatečně tlustou mazací vrstvu. Tato mazací vrstva je určena drsností povrchu pohybujících se součástí a tloušťkou mazacího filmu umožňujícího zabezpečení kapalinového, hydrodynamického mazání.

3. Olej musí neutralizovat korozivní kyselé produkty vzniklé spalováním metylalkoholu a příměsi vody a zajistit dokonalou antikorozní ochranu motoru.

 

Rozhodujícími faktory pro určení množství oleje v metylalkoholu jsou:

1. Chemické složení oleje
2. Jeho základní viskóza
3. Závislost průběhu viskozity na teplotě - tzv. viskozitní index
4. Fyzikální tribologické vlastnosti.

 

CHEMICKÉ SLOŽENÍ OLEJE

Úvodem doporučují k pozornému přečtení fundovaný článek v Modelářství 11/94: "Problémy žhavého paliva" od ing. Jaroslava Pavelky.

Z rozdílnosti chemického složení olejů a tím jejich mazacích vlastností vyplívá jednoznačný závěr:

Každý olej je nutno posuzovat individuálně!

Používaná maziva do metylalkoholových paliv: ricinový olej, polosyntetické oleje, plně syntetické oleje.

 

Ricinový olej.

Neuhlovodíkový olej přírodního způsobu. Chemicky jde o ester karboxylové kyseliny, polyester s vysokým obsahem kyseliny ricinoolejové (12-hydroxi-9 oktadecenová kyselina). V ČR je zpracováván a rafinován bělením podle oborové normy ON 66 0914. Pro určení jeho koncentrace se dá plně použít tabulka:

Popel po spálení

 

Ricinový olej

Sport R

Roktan S

Glycolube Aero S 220

Glycolube Aero S 460

Popel po spálení % objemu

0,092

0,046

0,005

0,005

0,006

 

Polosyntetické oleje.

Jsou většinou koncipovány jako motorové oleje výkonové specifikace API SAE 40 (Američan Petroleum Institute - Society of automobile Engineers).

Jejich nejčastější složení:

Tyto oleje jsou v současné době používány jako náhrada ricinového oleje v metylalkoholu pro výkonné soutěžní motory (motokáry, plochodrážní motocykly, závěsné lodní motory kluzáků). Nejrozšířenější jsou oleje firmy Kastrol a Shell (Sport R). Jsou řešeny jako lehkoběžné, pro dosažení maximálních otáček motorů při krátkodobém špičkovém výkonu. Při původním využití jsou používány v poměru 1:32, tj. 3% koncentraci. Otázka dlouhodobé životnosti je v této aplikaci druhořadá, ale je stejná jako při původním používání ricinového oleje.

Určení koncentrace těchto olejů pro mazání modelářských dvoudobých a čtyřdobých motorů je podmíněno jednak zajištěním dostatečného množství oleje k udržení mazací vrstvy, jednak při maximálních teplotách motorů dosažení minimální viskozity paliva pro uspokojivé mazání.

Určení množství oleje k dosažení mazací vrstvy je podmíněno tloušťkou mazací vrstvy, plochou třecích povrchů a sací schopnosti motoru.

Tloušťka mazací vrstvy mezi nejvyššími nerovnostmi povrchu musí být teoreticky větší, než je tloušťka molekuly použitého oleje (3nm). Výpočtem třecích dvojic při rozměrech a rychlostech pohybujících se dílů, vychází tloušťka mazací vrstvy v� rozmezí 2-5 um.

Volí se největší tloušťka 5 um.

Mazaná plocha třecích dvojích motorů je určená:

  1. plochou pohybujícího se pístu ve vložce válce, tj součinem obvodů pístu a zdvihu motorů,
  2. plochou vnitřních pouzder horního a spodního oka ojnice,
  3. plochou ložiskových kroužků klikové hřídele, ve kterém se pohybují kuličky. K� těmto mazaným plochám je nutno připočíst i plochu cest, kudy se směs s� olejem k� mazaným místům dostává.

Objem oleje na jednu otáčku motoru je pak určen součinem celkové mazané plochy u motoru a tloušťky mazací vrstvy.

Při praktickém zjišťování tohoto množství je nutno postupovat následně:

Do prázdného palivového systému (nádrž s přívodní hadičkou) odměříme přesné množství směsi s přesnou koncentrací oleje, spustíme motor a při konstantních maximálních otáčkách, sledovaných otáčkoměrem, změříme stopkami dobu chodu motoru. Z celkového počtu otáček motoru a spotřebovaného oleje u paliva vypočítáme objem nasávaného oleje na jednu otáčku motoru. Podle tohoto množství upravíme koncentraci oleje.

Skutečnost, že u motorů větších objemů postačuje k zajištění dostatečné mazací vrstvy menší koncentrace oleje, je daná tím, že množství oleje přicházející do motoru při jedné otáčce závisí na jeho sacím objemu (zdvihovém objemu motoru), zatímco spotřeba oleje na ploše, která je mazána. Objem ale roste s třetí mocninou a plocha s druhou mocninou, proto je vzájemný poměr objemu plochy u větších motorů příznivější.

 

Plně syntetické oleje.

Mají základní vlastnosti, stejně jako ricinový olej a polosyntetické oleje, nemísitelnost s ropnými produkty = uhlovodíky.

Složení:

Tyto oleje jsou v sortimentu modelářských firem, například Robbe-Roktan S. Graupner-Aero Synth, dále světových olejářských firem Castrol, ESSO, DEA, OMV, Fucns, Optimol a dalších.

Vedle základního předpokladu, rozpustnosti v metylalkoholu, mají použité polyglykoly vynikající mazací schopnosti již základního oleje a vysoký viskózní index - malou závislost změny hustoty na teplotě bez použití aditiv. Tyto vlastnosti umožňují udržení mazacích filmů i při vysokých teplotách a smykových rychlostech.

 

VISKOZITA OLEJE, VISKOZOTNÍ TEPLOTNÍ ZÁVISLOST

Viskozita (dynamická) olejů je mírou vnitřního tření, tekutostí. V� technické praxi se kvůli měření viskozity viskozimetry počítá s kinematickou viskozitou (VsCt).

VsCt = ( dynamická viskozita ) / ( hmotnost oleje kg/ [mm S] při 15°C )

Viskozitní index udává závislost změny kinematické viskozity na teplotě. Čím je toto číslo větší, tím olej při vyšších teplotách méně řídne. Touto vlastností vynikají polysyntetické a především syntetické polyglykolové oleje. Výhody jsou zřejmé. Při nižších teplotách je palivo méně viskózní, což přispívá k udržení spolehlivého volnoběhu motorů a jejich přechodů, při plném výkonu je palivo mnohem více viskózní než s ricinovým olejem, a tím je motor i lépe mazán. Na druhé straně viskozita paliva při plném výkonu motoru ovlivňuje i jeho hydrodynamický odpor, a tím maximální otáčky.

Viskozita namíchaného paliva je jednoznačně funkcí viskozity oleje zředěného v používané koncentraci metylalkoholem. Při určení základní koncentrace oleje v palivu vycházíme z naprosto ověřených minimálních viskozit paliva při užívání ricinového oleje univerzálně v poměru 1:5, to je 16,6% oleje. Rozhodujícími viskozitami pro výpočet jsou viskozity při teplotách 100° C a 150° C, které nejvíce odpovídají provozním teplotám motorů.

Z tabulky viskozity paliv v dané koncentraci je zřetelné, že díky vysokému viskozitnímu indexu je palivo se syntetickými oleji viskóznější i při mnohem menších koncentracích oleje.

Dalšími hodnotami korigujícími základní koncentrace oleje v palivu podle viskozit jsou základní chemicko-fyzikální a mechanické rozbory a zkoušky olejů. K objektivnímu měření viskozit chemicko-fyzikálním rozborům i mechanickým zkouškám je nutná profesionálně vybavena laboratoř a zkušebna se zaškoleným personálem.

Jen pro zajímavost uvádím výpočet vlastností, které se těmito zkouškami zjišťují: Bod vzplanutí; teplota hoření; neutralizační číslo; číslo celkové alkality TBN; test na opatření FZG; popel po spálení.

Laikovi asi něco řeknou výsledky poslední jmenované zkoušky. Popel po spálení je zbytek po dokonalém spálení oleje vyjádřený jako procentuální poměr spálených zbytků k původnímu objemu. Po zhlédnutí výsledků tohoto testu v tabulce jasně vyniknou přednosti použití syntetických olejů vůči ricinu či polosyntetickýcm olejům z hlediska zanesení motoru spálenými zbytky. Proto syntetické oleje nemusejí obsahovat detergentní aditiva.

Po uskutečnění všech vyjmenovaných zkoušek byly zjištěny tyto skutečnosti: K zachování a udržení mazací vrstvy oleje při provozu modelářských motorů nelze použít u jakékoliv oleje v metylalkoholu v
menší provozní koncentraci než 5%. U polysyntetických olejů je nutné provozními zkouškami ověřit mazací schopnosti paliva podle opotřebování motorů, protože základní viskozity paliva při vyšších teplotách jsou nízké a zkušební metoda neumožňuje určit přesně vzrůst viskozity paliva vlivem odporu metylalkoholu.

Pro provozní a letové zkoušky byly určeny tyto koncentrace:

Testy byly realizovány s motory o zdvihovém objemu 0,8 cm (John) až 25 cm (Roto). Byly zkoušeny motory celé řady MVVS i jiných značek, ale i čtyřdobý OS. Ke zkouškám byly použity jednak motory již běhané s ricinovým palivem, jednak na každá testovaný olej minimálně jeden nový motor. Zkoušky byly dlouhodobé, s dobou provozu každého oleje alespoň 10h s novým motorem a několik hodin s běhanými motory.

 

VYHODNOCENÍ

SPORT R - 5% koncentrace umožňuje špičkový provoz motoru. U motorů menších než 5 cm ale dochází ke zvětšenému opotřebování motoru. Zvýšení koncentrace na 7% umožňuje i o těchto motorů zachovat stejnou životnost jako s ricinovým palivem. Aplikace přípravků na bázi syntetických hydrokarbonů do motoru umožňuje i při těchto koncentracích odstranit problémy s mezním mazáním a životností motoru

ROKTAN S - 8% koncentrace je vyhovující pro motory od zdvihového objemu 10 cm a výše nebo čtyřdobých motorů. Pro motory nižších objemů a vysokootáčkové motory je třeba koncentraci zvýšit na 9,5% až 10%. Životnost motorů je větší než při provozu s ricinovým palivem.

GLYCOLUBE AERO S 220 - 6% koncentrace vyhovuje pro motory o zdvihovém objemu 7,0 cm a výše. Pro motory menších objemů je třeba koncentraci zvýšit na 7,5%. Životnost motoru je větší než při provozu s ricinovým palivem.

GLYCOLUBE AERO S 460 - 5% koncentrace vyhovuje pro dlouhozdvihové, nízkootáčkové motory s velkým kroutícím momentem, což jsou motory vyšších zdvihových objemů. Viskozita paliva je již zbytečně velká. Vyhovující základní viskozita VG 350 při 40 C, která byla odzkoušena jako optimální, byla získána smícháním olejů Glycolube Aero S 220 a Glycelube Aero S 460 ve vypočítaném poměru anebo použitím oleje Glycelube Aero S 320.

Při zkouškách bylo zjištěno, že i při původních koncentracích (doporučených pro velké motory) se motory nezadřou nebo jinak opotřebí. Nedostatek oleje se projeví kolísáním maximálních otáček motoru po zahřátí, případně zastavením motoru.

 

Viskozita paliva v dané koncentraci

Označení oleje

Poměr k metylu

% konc. metylu

VcSt 40° C

[mm2 /S]

VcSt 100° C [mm2 /S]

VcSt 150° C [mm2/S]

Ricinový olej

1:5

16,6

25,3

2,0

0,55

Roktan S

1:12

15,3

15,8

2,2

0,64

Glycolube Aero S 220

1:15

6,2

14,8

2,2

0,75

Glycolube Aero S 460

1:19

5,0

26,0

3,6

0,94

 

ZÁVĚREM

Chci vyvrátit přežívající mylné návyky z provozu motorů na ricinové palivo. Mnozí provozovatelé motorů po přechodu na syntetické oleje v menších používaných koncentracích mají obavy, že motory nejsou dostatečně mazány. Názor, že motor je dostatečně mazán, pokud z něj při provozu všude stříká olej, je překonán. O tom, že motory jsou dostatečně mazány při menších koncentracích se syntetickými oleji, se lze snadno přesvědčit za chodu motoru přiložením dlaně ruky k tlumiči motoru.

Nakonec uvedu dva příklady praktických zkušeností s provozem na polysyntetický olej Sport R a syntetický olej Glycolube Aero S 220 v motorech MVVS.

Motory MVVS v provedení ABC jsou dodávány tak, že u nových motorů píst ve vložce, která má svou definovanou kuželovitost asi 2 mm od horní úvratě pístu, při protáčení lehce zadrhne. Někteří uživatelé motorů MVVS si toho možná ani nevšimli, ale stačí odšroubovat žhavící svíčku a motorem pomalu protáčet. Tento stupeň lícování výbrusu je naprosto v pořádku a motor se postupně zaběhne do optimálního stavu.

Sledování doby chodu motoru do dosažení optimálního lícování výbrusu motorů s používaným olejem a metylalkoholem může sloužit k posouzení vlivu oleje na opotřebování motoru. Motory i ve stavu těsnosti výbrusu byly provozovány na maximální otázky. Všechny motory ošetřují po 0,5 h chodu přípravkem syntetických hydrokarbonů.

Motor MVVS 3,5 GRS/R ABC RC s� vrtulí 220/100

byl a je stále běhán na palivo s 5% Sport R. Optimální lícování výbrusu dosaženo po 3 h chodu. Naběháno zatím 11 h bez jakýhkoliv známek opotřebování.

Motor MVVS 6,5 GFS ABC RC vrtulí 260/140

palivo se 7,5 Glycolube Aero S 220. S motorem naběháno dosud 10,5 h. Výbrus stále v takovém stavu, v jakém byl motor dodán, stejně jako ostatní vůle v motoru.

Petr Čermák

 

 

Již mnoho let jezdím vytrvalostní závody s rychlostními modely RC lodí různých obsahů motorů a plně využívám poznatky pana Čermáka. Mohu říci, že motory mají dlouhou životnost, minimálně jsou zakarbonované a dobře se seřizuje chod motoru.

Používám olej ADDINOL RS 220A. Nejlépe se osvědčila směs s RICINEM v poměru 1:1 při minimálním obsahu 12% v palivu. Jedná se o palivo s 30% NITROMETANU kdy motor o obsahu 15 ccm pracuje neustále v maximálním
výkonu při 20 tis. ot./min po dobu minimálně 30 min.

Pro motory s nižším obsahem přidám více RICINU až na obsah oleje 16%.

Luděk Mátl MaCo