Grafiet is een specifieke kristallijne koolstofstructuur dewelke zowel in natuurlijke als in synthetische vorm bestaat.

       

Grafietplaatjes hebben een structuur zeer dicht bij die van diamant, vandaar hun bestendigheid tegen hoge temperaturen en zware lasten. De duizenden gladde plaatjes kunnen met zeer weinig wrijving over elkaar schuiven zoals een kaartenspel.

Dankzij deze eigenschappen kan men zeer lage wrijvingscoëfficiënten verkrijgen bij soms zeer hoge lasten. Het belangrijkste kenmerk van vaste smeermiddelen is echter dat ze juist in staat zijn om te smeren waar een olie (vet) een goede smering niet meer zou kunnen verzekeren. Bij schokken, overbelasting of te hoge temperaturen, kan de oliefilm doorbroken worden. Wanneer de oliefilm minder dan 1 micron gaat bedragen zullen de grafiet plaatjes zich tussen de bewegende delen voegen zodat metaal op metaal contact vermeden wordt, zo kunnen wrijving en slijtage tot een minimum beperkt blijven.

Deze situatie zal vooral in de volgende omstandigheden voorkomen :

• Koude start
• Hoge toerentallen en kleine belasting (trillingen)
• Te vloeibaar smeermiddel
• Hoge belasting op lage snelheid
• Schokkend en bruusk rijgedrag
• Motor die lang zonder belasting op stationair toerental draait

Maar grafiet biedt vooral ook een bescherming voor bepaalde onderdelen die in alle omstandigheden moeilijk te smeren zijn, zoals bijvoorbeeld de distributie.

• De nokkenas, draait op een relatief lage snelheid draait ( 1/2 motortoerental) en oefent zeer hoge drukken uit op de klepstoters of tuimelaars wat de oorzaak zal zijn van zeer hevige slijtage. Moderne motoroliën bevatten wel efficiënte EP additieven, maar deze zorgen enkel voor een gecontroleerde slijtage en niet voor een vermindering van de wrijving zoals grafiet het doet.
• Het grootste aandeel van de interne wrijvingen is te wijten aan de wrijving tussen zuiger/segmenten en de cilinder. Om voor een correcte hydrodynamische smering te zorgen is een minimale relatieve snelheid tussen de onderdelen vereist, en daar bevindt zich juist het probleem. Bij elk bovenste en onderste dode punt van de zuiger valt de snelheid van deze laatste tot nul. Het meest kritische moment is het bovenste dode punt, de temperaturen zijn er zeer hoog en de verbrandingsgassen in volle expansie duwen de zuigerveren tegen de cilinder wand aan. Bestendig tegen temperaturen tot 3500 °C en drukken tot 3000 N/mm², zal het grafiet daar een uitstekende bescherming tegen slijtage bieden.

Het stadsverkeer

De bedrijfsomstandigheden voor een motor bij stadsverkeer zijn ver van ideaal: herhaaldelijk optrekken en afremmen, bruusk rijgedrag, hoge temperaturen enz…

Meer en meer wagens leggen de meerderheid van de kilometers af in het stadsverkeer. Aangezien de voordelen van grafiet het meest uitgesproken zijn in deze moeilijke omstandigheden is het gebruik ervan des te meer aan te raden gezien de toestand van het wegverkeer.

Inrijden met Grafiet

Een met het blote oog zichtbaar glad metaaloppervlak ziet er op microscopisch vlak eigenlijk uit als een berglandschap. Bij het monteren van twee onderdelen zal het contactvlak eigenlijk maar een klein deel zijn van het effectieve oppervlak. Het doel van de inrijperiode van een nieuw mechanisme is ; door slijtage de best mogelijke wederzijdse aanpassing van de onderdelen te verkrijgen. Dit om de draagvlakken te optimaliseren zodat wrijving en slijtage minimaal blijven.

Bij het in beweging zetten van nieuwe onderdelen zal er een werkelijke afschuring van de microbergtopjes ontstaan waarbij een gedeelte van het metaal gaat vloeien. De hoeveelheid gevloeid metaal is echter niet voldoende om de hoeveelheid afgerukt metaal te compenseren, zodat de onderdelen een onderlinge speling hebben groter dan de ideale speling.

De Taak van het smeermiddel

De ruwheid van het metaaloppervlak varieert tussen 2 en 4 micron terwijl de dikte van de oliemoleculen slechts 0.0004 à 0.01 micron bedraagt. Het is dus duidelijk dat zelfs een smeerolie van zeer hoge kwaliteit de slijtage tijdens het inrijden niet zal kunnen tegengaan aangezien de ruwheid moet worden weggewerkt door afschuring. Een oplossing voor dit probleem is het gedeeltelijk opvullen van de ruwheden met grafiet zodat de slijtage beperkt blijft.