زيوت محركات الاقتصاد في استهلاك الوقود: المنطق العلمي والخلافات

نظرا لأن جزءا كبيرا من خسائر الطاقة في محرك الاحتراق الداخلي يأتي من التبديد اللزج ، فقد تحول الاتجاه نحو الزيوت منخفضة اللزوجة من SAE 40 و 50 في ستينيات القرن العشرين-ثمانينيات القرن العشرين إلى SAE 20 الحالية ودرجات اللزوجة المنخفضة. يقلل استخدام زيوت المحركات منخفضة اللزوجة بشكل كبير من فقد الطاقة في أنظمة المحمل الرئيسي والمكبس / التجويف ، بينما قد تزداد الضغوط القبلية على مجموعة الصمامات - خاصة في المحركات ذات الحدبات المسطحة. هذا يجعل حجة قوية لنشر فئات جديدة من معدلات الاحتكاك والمواد المضافة المضادة للتآكل. ومع ذلك ، فإن تطوير صيغة متوازنة ليس واضحا كما يبدو ، وقد تواجه العديد من المزالق بسبب التفاعلات المضافة. مشكلة خطيرة أخرى هي أن تعريف "زيت المحرك الاقتصادي للوقود" غامض إلى حد ما ، لأنه يعتمد على اختيار الزيت المرجعي. في الوقت الحاضر ، يعتمد تقييم الاقتصاد في استهلاك الوقود على اختبارات Sequence VIE أو VIF باستخدام محرك بنزين GM V6 سعة 3.6 لتر 2012. ليس من غير المتوقع أن تكون نتائج هذا الاختبار مضللة إلى حد كبير عند استقراء المحركات الحديثة منخفضة الإزاحة المعززة بشكل كبير. وبالتالي ، توجد أيضا العديد من اختبارات الاقتصاد في استهلاك الوقود الخاصة بمصنعي المعدات الأصلية وغالبا ما تؤدي تصميمات المحركات المختلفة إلى نتائج مثيرة للجدل. علاوة على ذلك ، قد يتغير أداء "الاقتصاد في استهلاك الوقود" لنفس الزيت في نفس المحرك بشكل كبير اعتمادا على دورة القيادة. على سبيل المثال ، قد يعزز الزيت منخفض اللزوجة الاقتصاد في استهلاك الوقود عند السرعات المبحرة (السرعة العالية / حد الحمل المنخفض) ويقلل من الاقتصاد في استهلاك الوقود أثناء القيادة العدوانية في المدينة (السرعة المنخفضة / الحمل العالي).

يجب أخذ جميع الظروف المذكورة أعلاه في الاعتبار عند محاولة مواءمة مطالبات الأداء المعيارية مع توقعات العملاء.

مقدمة

معايير الاقتصاد في استهلاك الوقود الجديدة للسيارات التي وضعتها الحكومات في الاقتصادات الرئيسية لمجموعة العشرين والتغير في تفضيلات العملاء مدفوعا بارتفاع أسعار الوقود إلى جانب ضرائب الكربون مما زاد من الضغط على شركات صناعة السيارات. في الولايات المتحدة الأمريكية ، أصدرت الإدارة الوطنية لسلامة المرور على الطرق السريعة (NHTSA) ووكالة حماية البيئة (EPA) مؤخرا قاعدة المركبات الأكثر أمانا وبأسعار معقولة وكفاءة في استهلاك الوقود (SAFE) التي تحدد معايير صارمة للاقتصاد في استهلاك الوقود وثاني أكسيد الكربون. تنطبق هذه المعايير على سيارات الركاب والشاحنات الخفيفة وتحدد هدفا متحركا سيزداد بنسبة 1.5٪ في الصرامة كل عام من طراز 2021 حتى 2026. تجدر الإشارة إلى أنه مع الاعتراف بحقائق السوق ، تم تخفيض شريط التوقعات إلى 40.4 ميلا في الغالون متوسط إجمالي متوقع للاقتصاد في استهلاك الوقود في MY 2026 ، مقارنة بمتطلبات 46.7 ميلا في الغالون المتوقعة بموجب معايير 2012. كان الأخير مرة أخرى أقل من أهداف وكالة حماية البيئة الأولية لعام 2025 البالغة 62 ميلا في الغالون التي تم الإعلان عنها قبل عقد من الزمان - والتي تم تخفيضها بعد ذلك بوقت قصير إلى 56 ميلا في الغالون.

هذا يدل على أن التقدم مؤلم إلى حد ما وأن الأهداف المفرطة في الطموح قد لا تتحقق دون أساس تكنولوجي متين وحوافز مالية قوية لدفع التغيير.

الأسواق الأخرى تتبع نفس الاتجاه، انظر الشكل 1.

الشكل 1 مقارنة معايير الاقتصاد في استهلاك الوقود في أسواق السيارات الرئيسية (المصدر: ICCT ، سبتمبر 2019)

في أوروبا ، اعتمد البرلمان الأوروبي والمجلس اللائحة (الاتحاد الأوروبي) 2019/631 التي تحدد معايير أداء انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لسيارات الركاب الجديدة والشاحنات الجديدة لعامي 2025 و 2030. اعتبارا من عام 2021 ، تم تحديد متوسط الانبعاثات المستهدفة على مستوى أسطول الاتحاد الأوروبي للسيارات الجديدة عند 95 جم من ثاني أكسيد الكربون / كم. هذا يتوافق مع استهلاك وقود يبلغ حوالي 4.1 لتر / 100 كم (57.4 ميلا في الغالون) من البنزين أو 3.6 لتر / 100 كم (65.3 ميلا في الغالون) من الديزل. يبلغ متوسط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون اليوم للسيارات الجديدة المباعة في الاتحاد الأوروبي حوالي 120 جم من ثاني أكسيد الكربون / كم. يدفع مصنعو السيارات غرامة قدرها 95 يورو لكل جم / كم يزيد عن الهدف.

حددت معايير الاقتصاد في استهلاك الوقود الجديدة في اليابان الصادرة قبل عام هدفا لمتوسط الاقتصاد في استهلاك الوقود المكافئ للبنزين في الأسطول عند 25.4 كيلومترا لكل لتر (59.8 ميلا في الغالون) بحلول عام 2030 ، أي حوالي 30٪ من متوسط الأسطول اليوم.

هذه العوامل السياسية والاقتصادية تكثف جهود البحث والتطوير التي يتخذها مصنعو المعدات الأصلية الرئيسيون في سعيهم لتحسين كفاءة استهلاك الوقود. بصرف النظر عن الجهود المتضافرة بشأن كهربة مجموعة نقل الحركة واستخدام مصادر الطاقة البديلة لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (GHG) ، يتم التركيز بشكل كبير على فهم الجوانب القبلية لفقدان الطاقة في مجموعة نقل الحركة واستخدام التطورات الحالية في هندسة التشحيم والطلاء لتقليل تلك الخسائر. لتشجيع مثل هذا الابتكار البيئي ، يتم منح المصنعين "أرصدة انبعاثات" لنشر التقنيات المبتكرة التي يجب أن تؤدي - بناء على بيانات تم التحقق منها بشكل مستقل - إلى انخفاض انبعاثات CO2 على الرغم من أن إجراء الاختبار المستخدم للموافقة على نوع السيارة فشل في إثبات أي تأثير. إلى جانب ذلك ، يتم منح الشركات المصنعة "ائتمانات فائقة" لطرح السيارات ذات الانبعاثات الصفرية والمنخفضة (BEV ، PHEV) التي تنبعث منها أقل من 50 جم من ثاني أكسيد الكربون / km.

تكاليف التطوير وتكاليف المواد وتكاليف الإنتاج هي دائما عوامل مهمة عند تقييم إمكانات السوق لنهج أو آخر.

يرجع ما يقرب من ثلث استهلاك الوقود في السيارات إلى خسائر الاحتكاك [1] مع كون احتكاك مجموعة نقل الحركة أحد الأسباب الرئيسية ، انظر الشكل 2.