Yanacaq İqtisadiyyat Mühərrik yağları: Elmi rasionallıq və mübahisələr

Abstract

Daxili yanma mühərrikində enerji itkilərinin əhəmiyyətli hissəsi viskous dissipasiyadan gəlir, 1960-1980-ci illərdə SAE 40 və 50-ci illərdə az viskozity yağlarına doğru dəyişib indiki SAE 20 və daha aşağı viskozity qiymətləri. Aşağı viskozity mühərrik yağlarının istifadəsi əsas daşıma və piston/bore sistemlərində enerji itkilərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır, valvetrain üzərindəki triboloji gərginliklər isə - xüsusilə də yastı-tappet cammed mühərriklərində - arta bilər. Bu, sürtünmə dəyişdiricilərinin və anti paltar əlavələrinin yeni siniflərinin yerləşdirilməsi üçün güclü dəlildir. Lakin tarazlı formulunun inkişafı göründüyü kimi açıq deyil və çoxsaylı tələlər additativ qarşılıqlı təsirlər nəticəsində qarşılaşa bilər. Digər bir ciddi problem isə "yanacaq-iqtisadi mühərrik yağı"nın tərifinin daha çox qeyri-müəyyən olması, belə ki, istinad neftinin seçimindən asılıdır. Hal-hazırda yanacaq iqtisadiyyatının qiymətləndirilməsi 2012-ci il 3.6L GM V6 benzin mühərrikinin köməyi ilə "Sequence VIE" və ya "VIF" testlərinə əsaslanır. Bu testin nəticələrinin müasir ağır yüklənmiş aşağı distribsiya mühərriklərinə ekstrapolyasiya edildikdə əsas etibarilə aldadıcı olması gözlənilməz deyil. Beləliklə, bir çox OEM-spesifik yanacaq iqtisadiyyatı testləri də mövcuddur və müxtəlif mühərrik dizaynları çox vaxt mübahisəli nəticələr verir. Bundan başqa, eyni mühərrikdə eyni yağın "yanacaq iqtisadiyyatı" performansı sürücülük dövründən asılı olaraq kəskin dəyişə bilər. Məsələn, aşağı viskozity neft kruising sürəti (yüksək sürət / aşağı yük limiti) yanacaq iqtisadiyyatını artıra bilər və aqressiv şəhər sükan (low speed / high load) zamanı yanacaq iqtisadiyyatını deqradasiya edə bilər.

Həlbətli icra iddialarını müştərilərin gözləntiləri ilə uyğunlaşdırmağa çalışarkən yuxarıda qeyd olunan hallar nəzərə alınmalıdır.

İntroduction

G20 əsas iqtisadiyyatlarında hökumətlər tərəfindən ucaldılmış avtomobillər üçün yanacaq iqtisadiyyatı standartları və yüksək yanacaq qiymətləri ilə yanaşı, yüksək yanacaq qiymətləri ilə müşayiət olunan müştəri üstünlüklərinin dəyişməsi avtomobil istehsalçılarına təzyiqin artmasına səbəb olur. ABŞ-da Milli Yol Nəqliyyatı Təhlükəsizliyi İdarəsi (NHTSA) və Ətraf Mühitin Mühafizəsi Agentliyi (EPA) bu yaxınlarda sərt yanacaq iqtisadiyyatını və karbon qazı standartlarını müəyyən edən Təhlükəsiz Əlverişli Yanacaq-Səmərəli (SAFE) Avtomobillər Qaydasını çıxarıblar. Bu standartlar sərnişin maşınlarına və yüngül yük maşınlarına aiddir və 2021-ci ildən 2026-cı ilə qədər hər il stringency-də 1,5% artacaq hərəkət hədəfini təyin edir. Qeyd edək ki, bazarın reallıqlarını nəzərə alaraq, gözləntilər barı 2012-ci ilin standartları üzrə 46,7 mpg layihələndirilmiş tələblə müqayisədə MY 2026-da ümumi sənaye orta tələb olunan yanacaq iqtisadiyyatı üzrə 40,4 mpg-yə endirilib. 2025-ci ildə 62 mpg-nin 62 mpg-yə endirilmiş hədəfləri ilə müqayisədə daha aşağı idi.

Bu onu göstərir ki, inkişaf olduqca ağrılıdır və dəyişikliyi hərəkətə gətirmək üçün möhkəm texnoloji əsas və güclü maliyyə təşviqi olmadan həddən artıq hədəflərə nail olmaq mümkün deyil.

Other marketlər eyni trendi izləyir, bax: Fig. 1.

Fig.1 Əsas nəqliyyat bazarlarında yanacaq iqtisadiyyatı standartlarının müqayisəsi (Mənbə: ICCT, September 2019)

Avropa, Avropa Parlamenti və Şurası 2025 və 2030-cu il üçün yeni sərnişin maşınları və yeni vaqonlar üçün CO2 emissiya performans standartlarını müəyyən edən Nizamlama (EU) 2019/631 qəbul etdi. 2021-ci ildən avropa birliyi tərəfindən yeni maşınlar üçün orta emissiya hədəfi 95 g CO2/km olaraq təyin edilir. Bu, yanacaq sərfiyyatına 4,1 l/100 km (57,4 mpg) benzin və ya 3,6 l/100 km dizel sərfiyyatına uyğundur. Bu gün AB-də satılan yeni maşınlar üçün orta hesabla CO2 emissiyası 120 g CO2/km civarındadır. Avtomobil istehsalçıları cəriməni hədəfdən artıq olan hər g/km üçün € 95 ödəyirlər.

Japan-ın bir il əvvəl çıxardığı yeni yanacaq iqtisadiyyatı standartları 2030-cu ilə qədər orta hesabla donanma benzin ekvivalenti yanacaq iqtisadiyyatı üçün 25,4 kilometr (59,8 mpg) səviyyəsində hədəf müəyyənləşdirdi. Bu, bugünkü donanma orta hesabla təxminən 30% yaxşılaşma idi.

Siyasi və iqtisadi amillər əsas OEM-lərin yanacaq effektivliyini daha yaxşı təmin etmək məqsədilə apardıqları tədqiqat və inkişaf səylərini daha da gücləndirir. Powertrain elektrifikasiyası və istilik enerjisi (GHG) emissiyasının azaldılması üçün alternativ enerji mənbələrindən istifadə üzrə birgə səylərdən başqa, powertrain-də enerji itkilərinin triboloji aspektlərini anlamağa və həmin itkilərin minimuma endirilməsi üçün yağlama mühəndisliyi və örtüklərində cari irəliləyişlərdən istifadə edilməsinə böyük diqqət yetirilir. Bu cür eko-innovasiyaları təşviq etmək üçün istehsalçılara innovativ texnologiyaların işə salınması üçün "emissiya kreditləri" verilir ki, bu da - müstəqil yoxlanılmış məlumatlara əsaslanaraq - nəqliyyat vasitələrinin tipinin təsdiq edilməsi üçün istifadə olunan test proseduru heç bir effekt nümayiş etdirə bilməsə də, CO2 emissiyasının azalmasına gətirib çıxarmış olur. Bundan başqa, istehsalçılara bazarda sıfır- və aşağı emissiyalı maşınların (BEV, PHEV) 50 g CO2/km-dən az emal edən maşınlar (BEV, PHEV) emal etdiyi 50 g CO2/km.

2>Devellopment xərcləri, material xərcləri və istehsal xərcləri bazar sıfır- və aşağı emissiyalı maşınların (BEV, PHEV) emal etdiyinə görə "super kreditlər" verilir. Bir və ya digər yanaşmanın bazar potensialının qiymətləndirilməsi zamanı hər zaman vacib amillərdir.

Maşınlarda yanacaq istehlakının təqribən üçdə biri sürtünmə itkiləri [1] ilə bağlıdır. Powertrain sürtünmə baş günahkarlardan biridir, bax Fig. 2.

Fig.2 Sərnişin maşınlarında enerji itkiləri (Mənbə: www.fueleconomy.gov)

Bu səbəbdən aşağı sürtünmə gücləndiricilərinin inkişafı mühüm məqsəd kimi qiymətləndirilir [1-3].

Aşağı sürtünmə elektrik cərəyanının inkişafında motor yağının rolu

Avtomot mühərriklərin əsasən hidrodinemik rejimdə işləməsinə inanılır [4-6]. Buna görə də, lubrikant viskozitesini azaltmaqla mühərrik sürtünməsini azaltmaq və nəqliyyat vasitələrinin yanacaq iqtisadiyyatını yaxşılaşdırmaq mümkündür. Fig. 3 bu strategiyanın necə işlədiyini izah edir: sol tərəfdə tipik istehsal 1.6L GDI mühərrikinin faktiki tork döngəsi göstərilir. Sağ tərəfdə isə motorlu rig istifadə etməklə ölçülən eyni mühərrik üçün sürtünmə tork döngəsi göstərilir. Sürtünmə mühərrikin istehsal edə biləcəyi faydalı torkun 1/10-unun ətrafında "yeyir". Sürtünmə torkunun mühərrik sürəti ilə artması hidrodinemik yağlama rejimini sübut edir. Buna görə də, aşağı viskozity lubricanta dəyişmək yüksək rpm.

Fig.3 Tork döngəsi (l.h.s.) və sürtünmə tork döngəsi (r.h.s.) istehsal 1.6L i4 GDI mühərriki üçün. Sürtünmənin azaldılması üzrə əsas mühəndis strategiyaları da göstərilir.

Ösk iyirmi il ərzində aşağı viskozity lubricants istiqamətində sabit tendensiya var, bax: Fig. 4. Beləliklə, SAE J300 standartına 2015-ci ildə yenidən baxılmış və 3 yeni yüngül viskozity qiyməti, SAE 16, 12 və 8 daxil edilmişdir. Ağır PCMO qiymətləri SAE xW-40, xW-50 və xW-60 niche məhsullarına çevrilir. İlSAC GF-6 spesifikasiyasına SAE 30 üzərində viskozlar belə daxil deyil. Automotive gear lubricants də belə izləyir: SAE J306 standartına 2019-cu ildə SAE 75, 70 və 65 viskozity qiymətləri əlavə edilib.

Ser maşınları üçün leqal SAE 10W-40 sinfindən 0W-20-yə qədər olan dəyişiklik WLTP sınaq şərtləri altında yanacaq iqtisadiyyatında orta hesabla 5% yaxşılaşma gətirir. Sonrakı miqrasiya 0W-8 əlavə 5% gətirə bilər, bu şərtlə ki, mühərrik avadanlığı belə aşağı viskoziyaya təhlükəsiz şəkildə tab gətirə bilər. Ağır yük maşınları üçün effekt daha kiçikdir: irsi SAE 15W-40-dan 5W-20-yə keçməklə, biri ESC şərtləri altında 2%-dən çox, hətta ETC şərtləri altında daha az qənaət edir. Bir çox köhnə HDDE dizaynları aşağı viskozity yağı ilə işləmək iqtidarında deyil.

Fig.4 Aşağı viskoz və aşağı SAPS yağlayıcılarına doğru davam edən tendensiya

Bu halda, yağlayıcı viskoziteti daha da aşağı salmaq üçün əsas maneə var: o taxılır [7-11]. Hidrodinamik yağlama film qalınlığı birbaşa yağlayıcı viskoz ilə mütənasibdir. Buna görə də, hidrodinemik yağlama rejimini qorumaq üçün, bir nəfər səthi bitiş spesifikasiyalarını dəyişməli, neft nasosu və yağ filtrasiya sistemini yeniləməli olacaqdır[7]. Bunsuz, həddindən artıq geyinmək riski realdır və buna əhəmiyyət verməmək olmaz, bax Figs. 5-6

Fig.5 Simulated ΔBSFC və müasir sərnişin avtomobil mühərriki üçün sağlamlıq xəritələri daşıyır (D.E.-dan sonra). Sander et al. [8])

Fig. 5 müasir sərnişin avtomobil mühərriki üçün simulyasiya edilmiş ΔBSFC xəritəsi göstərir və eyni üçün simulated bearing sağlamlıq xəritəsi. Ortalıqda SAE 0W-20 (sol əl) -dən 0W-8 (ortada) dəyişənə dair BSFC-də dəyişiklik göstərilir, yanacaq iqtisadiyyatının yaxşılaşdırılmasına müvafiq yaşıl sahə, qırmızı sahə – deqradasiya olunmuş yanacaq iqtisadiyyatına. BSFC-də 20% azalma mümkündür. Təəssüf ki, maksimal effekt xəritənin yanlış hissəsi ilə məhdudlaşdırılır: orta-yüksək mühərrik sürəti və aşağı yük. Bu cür şərait boş vaxtlarda mühərrikin revvinqinə aiddir. Mühərrik "şirin spot"a yaxın, BSFC-yə təsiri 10%-ə endirilir. Lakin ən narahat müşahidə aşağı rpm və yüksək mühərrik yükündə olan qırmızı sahədir, belə ki, bu nəinki aşınmış yanacaq iqtisadiyyatını, hətta aşınma riskini də göstərir [5,7-12]. Bunu əsas daşıma sağlamlığı simulyasiyası təsdiq edir.

Similar trendləri ağır tonnajlı dizel mühərrikləri üçün müşahidə edilmişdir, bax: Fig. 6. Əslində, uyğunsuzluq bu halda daha da aydın görünür, belə ki, maksimum yanacaq qənaət effekti aşağı yük və yüksək rpm-də gəlir, ən çox taxma isə yüksək yük və aşağı sürətlə, mühərrikin şirin yerinə yaxın baş verir. Bir çox mühərriklər üçün, legacy API CJ-4 və ya onun geriyə uyğun xələfI API CK-4-dən daha yüngül FA-4 mühərrik yağına dəyişərkən artıq problemlər başlayır. Eyni zamanda, bəzi yeni mühərriklər – məsələn, Scania və DAF-dan – 5W-20 və hətta 0W-16.

Fig.6 Ultralow viscosity HDEO ilə potensial taxma məsələləri (P. Klejwegt et al. [9])

Yuxarıdakı nümunələr onun aşağı sürət altında olduğunu göstərir - yüksək yük şərtləri ki, lubricant film uğursuz ola bilər. Yüksək sürətdə yaranan problemlər əsasən neft nasoslarının kifayət qədər olmaması ilə bağlıdır və dəyişkən nasoslardan istifadə etməklə həll oluna bilər. Yüksək mühərrik sürətlərində qarşılaşdırma qrupu və kavitasiya effektləri üzərində hərəkət edən inertial qüvvələr də artan rol oynayırlar. Bu, bağlayıcı dəyənək/bilək pini interfeysinin və çapıqların kiçik ucunda problemlər yarada bilər. Ümumiyyətlə, aşağı viskozit yağlayıcıları daha az cavitasiyaya meylli olurlar.

Sürtgəc səthləri arasında nisbi hərəkət olmadığı halda hidrodinemik film çökür, aşağı viskozity yağlayıcıların təqdim edilməsi ilə bağlı wear problemləri avtomatik start-stop texnologiyasına görə daha da ağırlaşır [13,14]. Camshaft və balanslaşdırılmış şaftalı üçün elektrik yağ nasosları və roller daşıyıcılarının istifadə edilməsi bu məsələni azaltmağa kömək edir. 1990-cı ildə 1000-ə qədər insan sınansa da, bu, qeyri-etik idi.

Crankcase lubricant formulları konkret şərtlər altında optimal performans üçün yaxşı sazlana bilər. Məsələn, motor yağı, yarış yağlarında olduğu kimi, yüksək mühərrik sürəti və temperaturda ən yaxşı performans göstərmək üçün nəzərdə tutula bilər. Bununla belə, yarış yağı dayanma-durma şəhər nəqliyyatında yolda olan maşınlar üçün yaxşı seçim olmazdı. Əksinə, motor yağını stop-go şəhər nəqliyyatında ən yaxşı performans göstərmək üçün dizayn edə bilər, lakin sonra o, öz resurs-konservinq "Donut" qazana bilməz.

Unlike yarış yağları, əsas yağlayıcılar çox sayda müxtəlif xüsusiyyətləri balanslaşdırmaq üçün hazırlanır. Bu bir növ şüurlu və çıxılmaz paradiqma "bir şeydə ən yaxşı olmaq"dan "hər şeydə kifayət qədər yaxşı olmaq"a doğru dəyişir. Yanacaq effektivliyi son dərəcə vacib performans aspekti kimi qiymətləndirildiyi üçün – əslində, bir çox OEM-in razılıqları bunu açıq şəkildə tələb edir - daha aşağı viskozlara keçid davam edəcək. Lakin qəbul edilməlidir ki, yanacaq iqtisadiyyatı yağları son istehlakçı üçün çox iqtisadi məntiqə malik deyil – əgər yağ həddindən artıq nazikdirsə və mühərrikin həddindən artıq soyunmalarına səbəb olarsa, 1000 Avro və ya daha çox yanacaq qənaəti ilə müqayisədə danışırıq. Lakin bu yağların faydası avtomobil istehsalçılarına da sira edir. Əgər onların avtomobilləri xüsusi yanacaq iqtisadiyyatı yağlayıcıdan istifadə etməklə 1-2% yanacağa qənaət edə bilirsə, o zaman OEM ödəməli olduqları cərimələrin miqdarını kəskin şəkildə azalda bilər.

Increased lubricantlardakı sürtünmə modifikatorlarının istifadəsi

Increased lubricant performance requirements son iyirmi il ərzində sintetik yağlayıcıların bazar payının sabit artmasını izah edir. Sintetik baza yağları bir çox üstünlüklərə malikdir: daha yaxşı mülkiyyət ardıcıllığı, daha yüksək oksidləşmə sabitliyi, aşağı temperaturda daha yaxşı axıcılıq xüsusiyyətləri, aşağı volatillik və s. Bax Fig. 7 Düzgün qatqılarla kombinə edilmiş sintetik baza yağları görkəmli xüsusiyyətlərə malik yağlayıcıların istehsalında istifadə oluna bilər. Bir növ addit xüsusi qeyd etməyə layiqdir, çünki yanacaq iqtisadiyyatı mühərrik yağları narahatdır: sürtünmə modifikatorları. Sürtünmə modifikatorları "ağıllı neft mühəndisliyi" üçün əvəzolunmaz vasitədir, bax Fig. 3.

Fig.7 Yanacaq qənaət tam sintetik motor yağına doğru miqrasiya

Friction modifikatorları kobud şəkildə iki əsas kateqoriyaya qruplana bilər: 1) partikulat sistemləri (PTFE, qrafit, qrafen, MoS2, WS2, IF-WS2, nanoborik turşu, mis/mis oleat nanopartikaları və s.); 2) adsorbsiya qatının əmələ gəlməsi sistemləri, hansılar ki, öz növbəsində monomolekul (qliserol mono-oleat, sorbitan mono-oleat, yağlı triqliseridlər, esterlər hidroksikarboksilik turşuları, fosfat esterləri, borat esterləri, yağ turşuları, yağ amidləri, yağlı amidlər, yağlı aminlər, sulfidli yağlar və s.) və polimerlər (metakrilatlar, poliesterlər, poliesterlər, polieritlər, polieritlər, poliamidlər, polimerləşdirilmiş bitki yağları və s.) və polimerlər (metakrilatlar, poliesterlər, poliellər, poliamidlər, polimerləşdirilmiş bitki yağları və s.) və s. Partikulasiya sistemlərinin əsas üstünlüyü onların nisbətən yüksək kimyəvi stabilliyində, onların başlıca əlverişsizliyi isə ayrılma meylləridir. Partikulat sistemləri xarici görünüşdə yağlayıcı formulopak etməyə meyllidir, bu isə heç də həmişə məqbul olmur. Lübrizol 21307 mühərrik yağı əlavəsi paketində bir partikulat sürtünmə modifikasiyası sistemi istifadə olunur. Adsorbtion layer forminq sistemləri çoxsaylıdır: bazarda yüzlərlə ticarət məhsulu var.

Monomolekul və polimer sürtünmə modifikatorları arasında baş fərq adsorbsiya qatlarının kompaktlığıdır. Monomolekulyar OFM-lər sıx "fırçaabənzər" molekulyar təbəqələr əmələ gətirirsə, polimer OFM-lər "gel-like" adsorbsiya qatlarını əmələ gətirir. Bu təbəqələr səthlər arasında repulsiyaya səbəb olur – polimer dispersantların etdiyi kimi - "superlubriklik" adlanan effektə səbəb olur: onlar tam film yağlama aralığını daha yüksək yüklərə doğru uzatmaqla Stribek döngəsini sola doğru tərs tərs döndərməyə meyllidirlər [2,16]. Lakin onlar tam film yağlama rejimində sürtünməni qətiyyən azaltmırlar.

Densely packed fırçaya bənzər strukturlar laboratoriya rig testlərində ən yaxşı sürtünmə azaltma effekti verir. Məsələn, HFRR, pin-on-disk, Cameron-Plint, MTM və s. Digər tərəfdən, onlar rəqabətli adsorbsiya səbəbindən digər səthi aktiv növlərin yerdəyişməsinə daha meyllidirlər. Məsələn, qliseril mono-oleat molibden fosfolotioatı səthdən məharətlə qopara bilər. Eyni səbəbdən molibdenli addit müəyyən ester baza yağları ilə birləşərək işə salındıqda effektivliyini itirir.

Mixed sistemlər superblüstrliyi sərhəd yağlayıcılığı ilə birləşdirə bilər. Məsələn, polimerləşdirilmiş bitki yağında adətən az miqdarda yağ turşuları və qismən qliserol esterləri olur. Polimer molekulları sürtgəc səthləri arasında sterik repulsiyanı təmin edir, yağ turşuları və qismən qlikerol esterləri isə sərhəd yağlanmasını artırır[17]. Bir çox kommersiya OFMs sistemləri eyni mülkü sərgiləyir (məsələn, Krodadan Perfad 3000). Bu tip davranışlar laboratoriya testlərində asanlıqla simulyasiya edilə bilər. Pİb və ya polistiren kimi ümumi VI improvatorları qliserol mono-oleat və ya sorbitan mono-oleat ilə birləşdirmək olar.

Surface gel forming OFM-lərin rəqabətli adsorbsiya ilə məşğul olma ehtimalı daha azdır, çünki onların hər bir unit sahəsi üzrə "anchor"ları azdır. Bu, əlverişli ifrat təzyiq xassələrini "superlübriklik" effekti ilə birləşdirən formullar hazırlamağa imkan verir; bax: Fig. 8 [18].

Dəniz sahilinin sürüşkən qayalarında gəzərkən oxşar superlübriklik effekti baş verə bilər. Qayaların üzərində bitən alaq lüləsi kifayət qədər qalın su təbəqəsini saxlayır ki, bu da ayaqlarla qaya səthi arasında yağlayıcı rolunu yerinə gətirir. Bu slime olmasaydı, su filminin gücü ayaqlarınızı dəstəkləmək üçün kifayət etməzdi. Bu cür səthi-gel əmələ gətirmiş superlübriklik additləri ilə əmələ gəlmiş adsorbsiya qatları viskoelastik (və ya psevdoplastik) olur və sürtünməni və aşınmanı azaltdıqca faydalı triboloji effektə, eləcə də onunla əlaqəli enerji dissipasiya və səs-küy excitasiyasına malikdir. Onlar həmçinin polimerik dispersantlar kimi fəaliyyət göstərməklə, partikulat maddələrini solubilizasiya etməyə kömək edirlər. Belə additlərin mövcudluğunda iki səth arasındakı parçalanma qüvvəsi atom qüvvələrinin mikroskopiya üsulu ilə birbaşa ölçülə bilər, Fig. 9 [13]

Fig.8 Polimer sürtünmə modifikatoru və moly additive ehtiva edən sinerjik sürtünmə modifikator sistemi [18]

Fig.9 AFM ölçüləri səth gel qatına görə repulsiv qüvvəni göstərir səthi-aktiv blok-kopolimer superlübölümlülülük additivinin səthi-aktiv blok-kopolimer superlüblürlük additivi [13]

Oil solu qeyri-üzvi sürtünmə modifikatorları ilə əmələ gəlmiş, məsələn, molibden di(2-etilhexil) fosforodithioates, molibdik və tungstic acids amid amidləri, antimony dialkyl fosphorodithioate, borate esters iki müxtəlif cür işləyə bilər: İlk növbədə, onlar adsorbsiya ilə hərəkət edirlər və metal səthlərə olan yaxınlığı adətən OFM-lərə nisbətən daha yüksəkdir. İkincisi, onlar kəskin təzyiq altında və/və ya dibsiz şəraitdə tribomutasiyaya məruz qala bilər, kontaktda olan sürtmə səthlərinə bərk yağlayıcı qatlar yatıra bilərlər. Beləliklə, molibden derivativləri MoS2, tungsten – WS2, borat – bor turşusu və s. Bununla qeyri-üzvi sürtünmə modifikatorları qaçış prosesində zəruri rol oynayır[19]. Bu mülkiyyət də mechanochemical səthi başa [20] üçün əsas kimi xidmət edir və sürtünmə və aşınma azaldılması ilə nəticələnir, bax Fig.10.

Fig.10 ZDDP və qeyri-üzvi sürtünmə modifikatorlarının valvetrain sürtünməyə təsiri (Aşvort et al. [21])

>Mühərhərrik dizaynları üçün mühərrik sürtünməsində motor yağının təsiri

As artıq girişdə qeyd olunmuşdur, aşağı viskozity lubricanta dəyişmək mühərrik sürtünməni azaltmağa kömək edir. Bunu göstərmək üçün ən yaxşı üsul motorlu mühərrik riglərindən istifadə etməkdir [4,13]. Figs. 11-13 iki müxtəlif benzin mühərriki üçün sürtünmə tork məlumatlarını göstərir. İstifadə edilmiş, lakin funksional istehsal 2L i4 mühərrikləri riglərin tikintisi üçün istifadə olunurdu. Neftlə təmin etmək üçün xarici nanəsiz elektrik yağı nasosundan istifadə edərək, buruqlar basılmadan idarə olunurdu. Həmçinin məlumat səs-küyün azaldılması üçün ağır milçək çarxından istifadə edilmişdir. Mühərriklər arasında əsas fərq silindrin bor səthi idi: honed cast dəmir vs termal sprey, və val qatar növü: birbaşa hərəkət edən mexaniki vedrə (DAMB) vs roller barmaq follower (RFF).

Fig. 11-də yağ temperaturunun mühərrik sürtünmə təsiri göstərilir. Gözlənildiyi kimi, yağ temperaturunun aşağı olması daha yüksək sürtünmə ilə əlaqədardır. Köhnə mühərrik dizaynı üçün (Mühərrik A: Ford Duratec) ənənəvi cast dəmir silindir borları və daMB valvetrain istifadə edərək, aşağı rpm sonunda sürtünmə bir az artım var: bu, hidrodinemik lubricant film çökmə və valvetrain və reciprokating qrup həddindən artıq sərhəd sürtünmə səbəb ola bilər. Daha yeni mühərrik dizaynı üçün (Mühərrik B: Mercedes Benz M133) spreylə örtülən borlar və RFF valvetrain ilə sürtünmə torku, demək olar ki, mühərrik sürətindən xətti asılıdır. Bu göstərir ki, yeni dizayn sərhəd çəkişmələrinin qarşısını məharətlə kəsmə imkanı verir.

Fig. 12 90oC iş temperaturunda yağ viskozity grade təsirini göstərir. 10W-40-cı sinifdən 0W-16-ya keçmək yüksək rpm-də mühərrik sürtünmələrinin təxminən iki dəfə azaldılmasına imkan verir. Lakin, aşağı rpm-ə gedərkən effekt tədricən daha kiçik olur. Maraqlıdır ki, köhnə mühərrik üçün ən aşağı viskozity yağı aşağı rpm sonunda ən yüksək sürtünmə verir. Bu bir daha göstərir ki, hidrodinemik yağlama filminin dağılması əsl problem ola bilər.

Finally, Fig. 13 lubrikant formulda sürtünmə dəyişdiricisinin istifadə edilməsinə mühərrik sürtünmə reaksiyalarını göstərir. DaMB valvetrain və ənənəvi cast dəmir silindri borları olan mühərrikin sürtünmə dəyişdiricilərinin yerləşdirilməsindən RFF valvetrain və termik səpilmiş borları olan mühərrikdən daha çox fayda əldə etdiyini görmək olar. Bu onu göstərir ki, sürtünmə dəyişdiricilərinin yerləşdirilməsi yalnız ümumi enerji itkisində sərhəd sürtünməsinin əhəmiyyətli töhfəsi olduqda məntiqlidir.

Fig.11 Yağ temperaturunun mühərrik sürtünmə təsiri: l.h.s. - Mühərrik A, r.h.s. - Mühərrik B.

Fig.12 90oC-də yağ viskozity grade mühərrik sürtünmə təsiri: l.h.s. - Mühərrik A, r.h.s. - Mühərrik B.

Fig.13 Molibden sürtünmə modifikatorunun mühərrik sürtünmələrinə təsiri: l.h.s. - Mühərrik A, r.h.s. - Mühərrik B.{

Mühərrik B.Mühərrikin müxtəlif sürtünmə modifikatorlarının boş səth yerləri üçün bir-biri ilə rəqabət apara biləcəklərini anlamaq vacibdir. Bundan əlavə, onlar krankkaza yağlayıcı formullarında daim iştirak edən digər vacib sinif additlərlə də rəqabət apara bilərlər – detergentlər [22]. Nəticədə, tam eyni viskometrik xüsusiyyətlərə malik olan iki fərqli neft formulları hələ də fərqli yanacaq iqtisadiyyatına malik ola bilər, halbuki variasiyalar heç vaxt 1 faizdən çox deyil.

Hibrid powertrains ilə bağlı anlayışlar

Hybrid powertrains neft formulatorları üçün yeni çətinliklər gətirir: çünki ICE mühərriki avtomobil istifadəsi zamanı daimi atəş açmaq deyil, o, iş temperate çata bilməz. Bu isə elektrik silindri divarlarında su kondensasiyası, daha sonra krankkazada su yığılması üçün şərait yaradır. OFM-lər səthi aktiv olduğundan suyu solubilizasiya etməyə və krankkadan uzaqlaşdırmağa kömək edir. Powertrain idarəetmə elektronikası nefti qızdırmaq və artıq suyu buxarlamaq üçün İCE-ni fasilələrlə cəlb etməlidir.

OFM-lərin hibrid maşınlar üçün motor yağları üçün bu qədər əhəmiyyətli olmasının digər vacib tərəfləri isə əlavə yanacaq qənaətidir. Hibridlər aşağı və ultraloz viskozity yağlayıcılarından istifadə etməyə meyllidirlər: 0W-20-dən (Volvo, Mercedes) aşağıdan 0W-8-ə qədər (Honda). Neft viskozluğu yüksək sürət aşağı yük həddində yanacaq iqtisadiyyatına dominant təsir göstərir. Lakin bu iş rejimi real həyatda nisbətən əhəmiyyətsizdir. Digər tərəfdən OFM-lər mühərrikin şirin yerinə daha yaxın olan və praktiki nöqteyi-nəzərdən ən maraqlı olan aşağı sürət yüksək yük həddində yanacaq iqtisadiyyatını yaxşılaşdırmağa kömək edir. Bundan başqa, OFM-lər tükənməyə nəzarət avadanlıqları üçün zərərli ola biləcək qeyri-üzvi sürtünmə modifikatorlarından asılılığı minimuma endirməyə kömək edir. Fig. 14 göstərir ki, üzvi sürtünmə modifikatorları sürtünmənin azaldılması effekti baxımından MoDTC ilə uğurla rəqabət apara bilərlər.

Fig.14 MTM test məlumatları PAO baza neftində moDTC ilə iki kommersiya üzvi sürtünmə modifikatoru müqayisə edir. Aşağıdakı imtahan şərtlərindən istifadə edilmişdir: SRR 50%, yük 36N, temperatur 100oC.

Last, lakin ən azı: polimer OFM-lər çox vaxt ultralolo viskozity yağlayıcılarında (0W-8 və 0W-12 qiymətləri) istifadə olunan yağ soluble polyether (OSP) və ester baza yağları ilə birləşərək gözəl işləyir. Bu halda molibdenli additlərin daha az keyfiyyətli olduğu ortaya çıxır.

Yaponiyada SAE 0W-20 neftinə köçürmə artıq 1980-ci ilə yaxın başladı və ilk SAE 0W-16 tipli məhsul (həmin dövrdə sub SAE 20 viskozity qiymətləri üçün J300-lərin adlandırılması yox idi) 2010-cu ildə təqdim edildi. Hal-hazırda Honda və Toyota SAE 0W-20 üzərindən yanacaq iqtisadiyyatında orta hesabla 3-4% irəliləyiş gətirən SAE 0W-8 texnologiyasını aktiv şəkildə təbliğ edir. Yeni JASO Yanacaq İqtisadiyyatı Testi hazırlanıb və ehtimal ki, gələcəkdə ILSAC GF-7 spesifikasiyası üzrə mövcud Sekresiya VIF-i əvəz edəcək. Yeni standartın – JASO M364:2019 adı ilə tanınan və neft spesifikasiyası – JASO GLV-1 - yeni standartın hazırlanması 2019-cu ildə başa çatıb [23]. Yanacaq iqtisadiyyatı sınağı üçün ya toyota 2ZR-FXE 1.8L mühərriki, ya da motorlu Nissan MR20DD 2.0L mühərriki istifadə edilə bilər. Yeni JASO GLV-1 spesifikasiyası üçün təklif olunan yanacaq iqtisadiyyatı limitləri SAE 0W-16 referent yağı ilə müqayisədə 1,1% (atəş açma) və >2,0% (motorlu) >. ILSAC GF-7 2025-dən əvvəl gəlmə ehtimalı yoxdur - əgər o, ümumiyyətlə gəlirsə, bütün maneələri, gecikmələri, qadağanedici xərcləri və ILSAC GF-6 kateqoriyasının məhdud faydalılığını nəzərə alaraq.

Konkludlama sözlər

Motor yağı aşağı sürtünmə güclərinin inkişafında mühüm elementdir. Aşağı viskozity motor yağına keçmək daxili yanma mühərriklərində sürtünmə itkilərini azaltmaq üçün effektiv üsuldur. Lakin, aşağı viskozity yağı, crankcase lubricant formullarında sürtünmə modifikatorları və antiwear additlərin göndərilməsini zəruri edən paltar qoruması ilə uzlaşmağa meyllidir. Sintetik baza yağlarının daha geniş mənimsənilməsi ilə birlikdə sürtünmə modifikatorlarının gələcəkdə getdikcə daha mühüm rol oynayacağı gözlənilir.

Müəyyən maraq dairəsi

Müəlliflər bəyan edirlər ki, tədqiqat maraqların potensial münaqişəsi kimi qəbul edilə biləcək hər hansı kommersiya və ya maliyyə münasibətləri olmadıqda aparılmışdır.

Müəllif töhfələri

Boris Zhmud ümumi məqalə ideyasının və tədqiqat məlumatlarının arxasında dayanır. Artur Coen və Karima Zitouni müxtəlif sinif sürtünmə modifikatorlarının istifadəsi haqqında bölməyə öz töhfələrini vermişlər.

Acknowledgements

Robert İan Teylor motorlu mühərrik sürtünmə testləri ilə bağlı ilhamlandırıcı müzakirə və şərhlərə görə təşəkkür edilir. Peter Klejwegt ağır vəzifə tətbiqləri üçün yanacaq iqtisadiyyatı mühərrik yağı ilə təcrübəsini bölüşdüyünə görə təşəkkür edilir.

Referensiyalar

1. K. Holmberq, P. Andersson, A. Erdemir. Qlobal enerji istehlakı sərnişin maşınlarında sürtünmə səbəbindən baş verir. Bakı, 2012, 221 səh.
2. B. Zhmud, Avtomobil tətbiqi üçün enerji səmərəli yağlayıcı və örtüklər inkişaf etdirmək, Tribologiya və Yağlama Texnologiyası 67(9) (2011) 42.
3. B. Zhmud, Daha yaxşı yanacaq iqtisadiyyatı üçün Pursuit: Mühərrik sürtünmələrinin azaldılması hər qallonda kilometrləri maxing etməyə kömək edir, The Vehicle Component 5 (2012) 18.
4. R.İ. Taylor, N. Morgan, R. Mainwaring, T. Davenport, Bir mühərrikdə nə qədər qarışıq/sərhəd sürtünmə var - və haradadır? Proc IMechE Hissəsi J: Bakı, 2004, 234 səh., 1563.
5. B. Bakı, 2019, 154 səh.
6. R.İ. Teylor, R.C. Coy, lubricant dizayn ilə təkmilləşdirilmiş yanacaq səmərəliliyi: Bir baxış, Proc. İnstin. Mex. Eng. 214 (1999) 1.
7. B. Tatievski, B. Zhmud, "Yanacaq iqtisadiyyatı mühərrik yağları: Elmi-nəzəri və elmi-nəzəri və elmi-tədqiqat və elmi-tədqiqat elmi-tədqiqat. 20th International Colloquium Tribology, Ştutqart, Almaniya, 12-14 yanvar, 2016.
8. D.E. Sander, H. Allmaier, C. Knauder, F. Strömstedt, Potentials and risks of friction with future ultra-low-viscosity engine oils. Bakı, 2018, 21 səh.
9. P. Kleijwegt, R. ter Rele, M. Sabater Ferret, R. van den Bulk, "Global heavy-duty engine oil specifications and their impact on current and next generation lubricants" Benelux Smeermiddelen Congres, Retie, Belçika, 26 Sep 2019.
10. G. Lechner, A. Knafl, D. Assanis, S. Tseregounis, M. McMillan, S. Tung, P. Mulawa, E. Bardasz, S. Cowling, Mühərrik yağ effektləri yüngül-tonnajlı sürtünmə və emala, 2.2L direct-injection dizel mühərriki, Part 1 - Mühərrik test nəticələri. Bakı, 2002-01-2681.
11. S. Tung, M. McMillan, G. Hong, E. Bardasz, Motor yağ sürtünmə və wear istifadə edərək, bench test üçün 2.2L birbaşa injection dizel mühərrik komponentləri, Part 2: Tribologiya skamyasının test nəticələri və səthi analizləri. Bakı, 2004-01-2005.
12. B. Zhmud, E. Tomanik, "Piston/bore tribologiyasının optimallaşdırılması: Səthi spesifikasiyaların, halqaların paket və yağlayıcıların rolu". International Colloquium Tribology, Esslingen, Almaniya, 28-30 yanvar 2020-ci il.
13. B. Zhmud, B. Tatievski "ILSAC GF-6-ya hazırlıq: Yanacaq iqtisadiyyatının artırılması üçün tam sintetik motor yağlarının üstünlükləri". Dünya Tribologiya Konqresi, Pekin, Çin, Sep. 17-22, 2017.
14. B. Zhmud, "Krankkaz yağlayıcılarında cari nailiyyətlər". Avropa Baza Neft &Lubricants Summit, Rotterdam, The Netherlands, Nov. 20-21, 2019.
15. H. Spayklar, Friction modifier additives, Trib. Lett. 60 (2015) 5.
16. B. Zhmud, M. Roegiers, New baza yağları solubility və yağlama üçün çətinlik yaradır, Tribologiya və yağlama texnologiyası 65(7) (2009) 34.
17. M. Bakı, "Elm" nəşriyyatı, 2009, 169 s.
18. M.C. Southby, H. Gao, C. Chen, C.A. Çin, B.L. Bakı, 2015, 2015193395 23 s.
19. S. Li, R. Zhang, Y. Jin, Y. Wang, S. Tung, Lubricated piston ring/cylinder bore sliding contact və onun sürtünmə və taxma ilə əlaqəsində sintetik mühərrik yağının Tribokarbonisation. Bakı, 2003, 203 s.
20. B. Zhmud, "In-manufacture running-in of engine components using the Triboconditioning® process", in M. Abdel Wahab (Ed.): Bakı, 2018, s.671-681.
21. S. Aşvort, K. Mistry, A. Morina, A. Neville, Single cam tribometer for evaluating tribological parameters and tribochemistry of DLC coated valve train follower. Tribologiya - Materiallar, Səthlər &İnterfaces, 6 (2012) 31.
22. S. Li, R. Zhang, Y. Jin, Y. Wang, S. Tung, Lubricated breaking-in şəraitində piston ring/cylinder liner komponentləri ilə kritik additlərin rəqabətli səth qarşılıqlı təsiri. Bakı, 2003, 200 səh.
23. S. Yoşida, K. Yamamori, S. Hirano, T. Sagava, et al., The development of JASO GLV-1 next generation low viscosity automotive gasoline engine oils specification. SAE Texniki Kağız 2020-01-1426