Olieleidingen, Druk en Flow

Olieleidingen, Druk en Flow

Om de motor optimaal te laten functioneren moet het oliesysteem, onder de meest uiteenlopende omstandigheden, in staat zijn om voldoende olie te leveren.
Het systeem moet ook voldoende druk hebben om de olie te krijgen daar waar het nodig is. Kritische punten zijn de lagers, nokkenas en kleppentrein.

De sleutel tot elke performance motor is de oliepomp. Of deze nu wetsump, drysump, of wat dan ook is, de functie is dezelfde: Olie opzuigen uit een reservoir, door het oliefilter en kanalen persen, en de motor smeren.

Zelfs de beste oliepomp is waardeloos als die wordt gebruikt in combinatie met de verkeerde onderdelen of een slecht ontworpen oliesysteem.

VUISTREGEL

• Een oliepomp moet in staat zijn om ten minste 10psi druk bij stationair te leveren en te behouden. 
• Een oliepomp moet in staat zijn om bij elke 1,000rpm toename een extra druk van 10psi te leveren en te behouden.

Er zijn een aantal factoren die in belangrijke mate meespelen in de totale performance van de oliepomp:

• Lagerspeling (grote lagerspeling geeft een lagere oliedruk)
• Viscositeit (een hoge viscositeit vraagt meer vermogen om te worden rondgepompt)

bijvoorbeeld:

• Een 0W20 in combinatie met een grote lagerspeling vraagt een grote oliepomp om genoeg oliedruk te kunnen krijgen.
• Een 15W60 in combinatie met een kleine lagerspeling resulteert in een zeer hoge oliedruk en vermogensverlies door de oliepomp.

Een ander ding wat zeker niet vergeten mag worden is dat een standaard (OEM) oliepomp zo rond de 5,000rpm bijna geen extra druk meer zal geven. Dit komt door interne cavitatie, en de restrictie van de aanzuigbuis en zeef.

Een van de eerste fouten die wordt gemaakt is het monteren van een "te grote" oliepomp. De hoge druk zal veel eerder het bypass ventiel openen.
Kies altijd de juiste componenten voor de juiste applicatie.

Oliepan

Het is in veel gevallen aan te bevelen om een grotere oliepan te monteren. Het voordeel is dat er meer olie in kan. Dit heeft tot voordeel dat de olie koeler blijft en de pomp minder snel lucht zal aanzuigen.

Als temperatuur een kritisch factor is kan het nuttig zijn om een externe oliekoeler te monteren.

EN DAAR GAAT HET HEEL VAAK MIS!

↓

De reden is dat maar weinig motorbouwers/eigenaars zich verdiepen in vloeistof dynamica, en dan met name de relatie tussen Drukverschil, Diameter van de slang, Lengte van de slang, Pompopbrengst en de Dynamische Viscositeit van de olie. 

Voor een laminaire vloeistofstroming in een cilindrische buis[slang] met een straal r geldt, wanneer over de lengte l een drukverschil Δp bestaat, de wet van Hagen-Poiseuille: 

en de afgeleide formule om het drukverschil(verlies) te berekenen:

Het probleem is dat, met de beste bedoelingen, DEZELFDE diameter slang wordt gebruikt als dat er al op de motor zat. Daarnaast kan door ruimtegebrek de oliekoeler soms ver van de motor worden gemonteerd waardoor een grote afstand overbrugt moet worden. Dit, in combinatie met (haakse) bochten en koppelingen met een nog kleinere doorlaat, resulteert in grote drukverschillen, en dus drukverliezen.

LET OP!

De slang doorlaat kan dan misschien wel voldoende zijn, maar de koppelingen zijn vaak mm's in doorlaat kleiner! De doorlaat van de koppeling is bepalend voor het functioneren van het systeem, hoe groot de binnendiameter van de slang ook is.

VOORBEELD

Links is een dash6 slang met een binnendiameter van 8.73mm (59.8mm²). 

Rechts is een dash6 koppeling met een binnendiameter van 6.70mm (35.2mm²).

Een doorlaatreductie van 41% (en dan laten we de bochtverliezen nog buiten beschouwing) 

  

Als u dus een slang moet kiezen, kijk dan eerst naar de binnendiameter van de koppelingen en pas daar de slangmaat op aan. Wilt u bijvoorbeeld een minimum doorlaat van 15mm dan zult u een dash12 slang moeten nemen (ID 17.47mm). De drukverliezen per meter bedragen dan nog maar max 1.9 psi per meter. Wel zo veilig!

In het onderstaande schema, op basis van de bovenstaande formule, staat in de verticale linkerkolom de pompopbrengst in liter/min en in de horizontale rij de binnendiameter van de slang.

De gegeven waarden zijn de drukverliezen in psi per meter slang.

(Bochtverliezen komen hier nog extra bij)

VOORBEELD

Iemand heeft een motor met een standaard oliepomp (opbrengst ca 40 liter/min), en monteert een oliekoeler, vanwege ruimtegebrek, achter in de auto. Voor het gemak nemen we nu even aan dat de koppelingen dezelfde binnendiameter hebben als de slang. Hij gebruikt de volgende aansluitingen:

1. Een haakse koppeling de motor uit,
2. met dezelfde slangen als dat hij al had (ID 9.5mm) 1.5 meter naar achteren,
3. via een haakse koppeling de oliekoeler in,
4. dan via een haakse koppeling de oliekoeler uit, 
5. en weer 1.5 meter naar voren,
6. en via een haakse koppeling de motor weer in.

Het sommetje wordt dan als volgt:

Het overeenkomstige Flow-verlies is 14.73 liter/min. Dit is een vermindering van 41%!!

Misschien lijken de keuze van de slangen en koppelingen, ongeloofwaardig, maar neemt u gerust aan: dit is (helaas) een praktijkvoorbeeld!!!

Opmerking

Het is belangrijk waar de oliedruk gemeten wordt en wat op dat moment het volumebehoefte van de motor is. Het kan zijn dat de consumptie dusdanig laag is dat er ondanks de verliezen toch enige druk opgebouwd kan worden. Echter, zodra de oliebehoefte toeneemt zullen de drukverliezen zich weer direct manifesteren. 

41% minder flow kan deze oliebehoefte onmogelijk compenseren... 

Waar het ook vaak mis gaat is de keuze van de materialen (slangen en koppelingen). Enkelen uitgezonderd laten bij een bedrijf in hydrauliek hun slangen maken/persen/krimpen. 

Op zich niets mis mee maar men vergeet bijna altijd te vermelden dat het om een FLOWleiding ZONDER DRUK gaat, en niet een DRUKleiding ZONDER FLOW.

Juist dat laatste is wat de hydrauliekman automatisch aanneemt en voor u maakt. 

U krijgt dus een slang die bij wijze van spreke een druk van 1000 bar kan weerstaan met een veel te kleine doorlaat.

Vraag dus altijd een FLOW leiding met een grote doorlaat (12.7-22.0mm). Het drukverhaal is niet eens interessant. De maximale druk in een systeem is zelden meer dan 80psi (5.44 bar).

Een standaard, niets bijzonders-olieslang heeft een rating van 60 bar, dat is ruim 10 keer zo veel als de maximale werkdruk.