Экономичные моторные масла: Научное обоснование и противоречия

Abstract

Поскольку значительная часть потерь энергии в двигателе внутреннего сгорания происходит из-за диссипации вязкости, тенденция сместилась в сторону маловязких масел с SAE 40 и 50 в 1960-1980-х годах к нынешним классам вязкости SAE 20 и ниже. Использование маловязких моторных масел значительно снижает потери энергии в системах коренных подшипников и поршней/отверстий, в то время как трибологические нагрузки на клапанный механизм, особенно в двигателях с плоским толкателем, могут возрасти. Это является веским аргументом в пользу внедрения новых классов модификаторов трения и противоизносных присадок. Однако разработка сбалансированной рецептуры не так проста, как кажется, и из-за аддитивных взаимодействий можно столкнуться с многочисленными подводными камнями. Еще одна серьезная проблема заключается в том, что определение «экономичное моторное масло» довольно расплывчато, так как зависит от выбора эталонного масла. В настоящее время оценка экономии топлива основана на тестах Sequence VIE или VIF с использованием бензинового двигателя GM V6 3,6 л 2012 года. Нет ничего удивительного в том, что результаты этого испытания оказываются в значительной степени обманчивыми, если экстраполировать их на современные двигатели с большим наддувом и малым рабочим объемом. Следовательно, существует множество тестов на экономию топлива, специфичных для OEM-производителей, и различные конструкции двигателей часто дают противоречивые результаты. Кроме того, показатели «топливной экономичности» одного и того же масла в одном и том же двигателе могут резко меняться в зависимости от цикла движения. Например, масло с низкой вязкостью может повысить экономию топлива на крейсерских скоростях (высокая скорость / низкий предел нагрузки) и ухудшить экономию топлива при агрессивном движении по городу (низкая скорость / высокая нагрузка).

Все вышеупомянутые обстоятельства должны быть приняты во внимание при попытке согласовать нормативные требования к эксплуатационным характеристикам с ожиданиями клиентов.

Введение

Новые стандарты экономии топлива для автомобилей, установленные правительствами крупнейших экономик G20, и изменение потребительских предпочтений, вызванное высокими ценами на топливо и налогами на выбросы углерода, оказывают повышенное давление на автопроизводителей. В США Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA) и Агентство по охране окружающей среды (EPA) недавно выпустили Правило о более безопасных, доступных и экономичных транспортных средствах (SAFE), которое устанавливает жесткие стандарты экономии топлива и выбросов углекислого газа. Эти стандарты применяются к легковым автомобилям и легким грузовикам и устанавливают движущуюся цель, которая будет увеличиваться на 1,5% каждый год с 2021 по 2026 модельный год. Следует отметить, что, признавая реалии рынка, планка ожиданий была снижена до 40,4 миль на галлон, прогнозируемой общей средней по отрасли требуемой экономии топлива в 2026 модельном году, по сравнению с прогнозируемой потребностью в 46,7 миль на галлон в соответствии со стандартами 2012 года. Последний снова был ниже, чем первоначальные цели EPA на 2025 год в 62 мили на галлон, объявленные десять лет назад, которые вскоре после этого были снижены до 56 миль на галлон.

Это показывает, что прогресс довольно болезненный, и чрезмерно амбициозные цели не могут быть достигнуты без прочной технологической основы и мощных финансовых стимулов, способствующих изменениям.

Другие рынки следуют той же тенденции, см. рис. 1.

Рис.1 Сравнение стандартов экономии топлива на ключевых автомобильных рынках (Источник: ICCT, сентябрь 2019 г.)

В Европе Европейский парламент и Совет приняли Регламент (ЕС) 2019/631, который устанавливает стандарты выбросов CO2 для новых легковых автомобилей и новых фургонов на 2025 и 2030 годы. С 2021 года средний целевой показатель выбросов для новых автомобилей в ЕС установлен на уровне 95 г CO2/км. Это соответствует расходу топлива около 4,1 л/100 км (57,4 миль на галлон) бензина или 3,6 л/100 км (65,3 миль на галлон) дизельного топлива. Сегодня средний уровень выбросов CO2 для новых автомобилей, продаваемых в ЕС, составляет около 120 г CO2/км. Автопроизводители платят штраф в размере 95 евро за каждый г/км сверх плана.

Новые стандарты экономии топлива в Японии, выпущенные год назад, устанавливают цель к 2030 году снизить расход топлива в среднем на бензиновый эквивалент до 25,4 километра на литр (59,8 миль на галлон), что примерно на 30% лучше, чем в среднем по сегодняшнему автопарку.

Эти политические и экономические факторы активизируют научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, предпринимаемые крупными OEM-производителями в их стремлении к повышению топливной эффективности. Помимо согласованных усилий по электрификации силовых агрегатов и использованию альтернативных источников энергии для сокращения выбросов парниковых газов (ПГ), большое внимание уделяется пониманию трибологических аспектов потерь энергии в силовых агрегатах и использованию современных достижений в области смазочных материалов и покрытий для минимизации этих потерь. Чтобы поощрить такие эко-инновации, производителям предоставляются «кредиты на выбросы» для внедрения инновационных технологий, которые, основываясь на данных независимой проверки, должны привести к сокращению выбросов CO2, даже если процедура испытаний, используемая для утверждения типа транспортного средства, не демонстрирует никакого эффекта. Кроме того, производителям предоставляются «суперкредиты» за вывод на рынок автомобилей с нулевым и низким уровнем выбросов (BEV, PHEV), выбрасывающих менее 50 г CO2/км.

Затраты на разработку, материальные затраты и производственные затраты всегда являются важными факторами при оценке рыночного потенциала того или иного подхода.

Примерно одна треть расхода топлива в автомобилях происходит из-за потерь на трение [1], причем трение в силовом агрегате является одним из главных виновников, см<. рис.

Рис.2 Потери энергии в легковых автомобилях (Источник: www.fueleconomy.gov)

Поэтому разработка силовых агрегатов с низким коэффициентом трения рассматривается как важная цель [1-3].

Роль моторного масла в разработке силовых агрегатов с низким коэффициентом трения

Считается, что автомобильные двигатели работают преимущественно в гидродинамическом режиме [4-6]. Таким образом, уменьшая вязкость смазочного материала, можно уменьшить трение в двигателе и повысить топливную экономичность автомобиля. На рисунке 3 показано, как работает эта стратегия: в левой части показана фактическая кривая крутящего момента типичного серийного двигателя GDI объемом 1,6 л, а в правой части показана кривая крутящего момента трения для того же двигателя, измеренная с помощью моторизованной установки. Трение «съедает» около 1/10 полезного крутящего момента, который может выдать двигатель. Тот факт, что момент трения увеличивается с частотой вращения коленчатого вала двигателя, доказывает гидродинамический режим смазки. Таким образом, переход на смазочный материал с более низкой вязкостью помогает снизить момент трения на высоких оборотах.

Рис.3 Кривая крутящего момента (l.h.s.) и кривая крутящего момента трения (r.h.s.) для серийного двигателя 1.6L i4 GDI. Также показаны основные инженерные стратегии снижения трения.

За последние два десятилетия наметилась устойчивая тенденция к использованию смазочных материалов с более низкой вязкостью, см. рис. Так, в 2015 году стандарт SAE J300 был пересмотрен и включает в себя три новых более легких класса вязкости: SAE 16, 12 и 8. Более тяжелые марки PCMO SAE xW-40, xW-50 и xW-60 становятся нишевыми продуктами. Спецификация ILSAC GF-6 даже не включает вязкость выше SAE 30. Автомобильные трансмиссионные масла следуют этому примеру: Стандарт SAE J306 был пересмотрен в 2019 году, добавив классы вязкости SAE 75, 70 и 65.

Для легковых автомобилей переход с устаревшего класса SAE 10W-40 на 0W-20 приводит к повышению топливной экономичности в среднем на 5% в условиях испытаний WLTP, а последующий переход на 0W-8 может принести дополнительные 5% при условии, что оборудование двигателя может безопасно работать с такой низкой вязкостью. Для большегрузных автомобилей эффект гораздо меньше: при переходе с устаревшего SAE 15W-40 на 5W-20 экономия не более 2% в условиях ESC и того меньше в условиях ETC. Многие старые конструкции HDDE не способны работать с маслом с низкой вязкостью.

Рис.4 Продолжающаяся тенденция к снижению вязкости и снижению SAPS смазочных материалов

Однако существует основное препятствие для дальнейшего снижения вязкости смазочного материала: это износ [7-11]. Толщина гидродинамической смазочной пленки прямо пропорциональна вязкости смазочного материала. Таким образом, для поддержания режима гидродинамической смазки необходимо изменить характеристики шероховатости поверхности, модернизировать масляный насос и систему фильтрации масла [7]. Без этого риск чрезмерного износа реален, и его нельзя игнорировать, см. рис. 5-6

Рис.5 Смоделированные карты состояния ΔBSFC и пеленга для двигателя современного легкового автомобиля (после D.E. Sander et al. [8])

Рис. 5 показана смоделированная карта ΔBSFC для двигателя современного легкового автомобиля и смоделированная карта состояния подшипника для него. Посередине показано изменение BSFC при переходе с SAE 0W-20 (левая сторона) на 0W-8 (посередине), зеленая область соответствует улучшенной экономии топлива, красная область – ухудшенной экономии топлива. Возможно сокращение BSFC до 20%. К сожалению, максимальный эффект ограничен не той частью карты: средние и высокие обороты двигателя и низкая нагрузка. Такие условия относятся к двигателю, набирающему обороты на холостом ходу. Вблизи «золотой середины» двигателя влияние на BSFC снижается до 10%. Однако наиболее тревожным наблюдением является красная зона на низких оборотах и высокой нагрузке на двигатель, поскольку это означает не только ухудшение экономии топлива, но и повышенный риск износа [5,7-12]. Это подтверждается симуляцией состояния главного подшипника.

Аналогичные тенденции наблюдаются и для дизельных двигателей большой мощности, см. рис. На самом деле, в этом случае несоответствие еще более очевидно, поскольку максимальный эффект экономии топлива достигается при низкой нагрузке и высоких оборотах, в то время как наибольший износ происходит при высокой нагрузке и низких оборотах, близком к «золотой середине» двигателя. Для многих двигателей проблемы начинаются уже при переходе с устаревшего API CJ-4 или его обратно совместимого преемника API CK-4 на более легкое моторное масло FA-4. В то же время некоторые новые двигатели, например, Scania и DAF, могут безопасно использовать масла такого легкого типа, как 5W-20 и даже 0W-16.

Рис.6 Потенциальные проблемы износа при сверхнизкой вязкости HDEO (по P. Klejwegt et al. [9])

Приведенные выше примеры показывают, что именно в условиях низкой скорости - высокой нагрузки смазочная пленка может разрушиться. Проблемы на высоких оборотах в основном связаны с недостаточной производительностью масляного насоса и могут быть решены с помощью регулируемых насосов. При высоких оборотах двигателя инерционные силы, действующие на возвратно-поступательную группу, и кавитационные эффекты также играют повышенную роль. Это может привести к проблемам с малым концом интерфейса шатуна/пальца запястья и подшипниками. Как правило, смазочные материалы с более низкой вязкостью, как правило, менее склонны к кавитации.

Поскольку гидродинамическая пленка разрушается при отсутствии относительного движения между трущимися поверхностями, проблемы износа, связанные с введением низковязких смазочных материалов, еще больше усугубляются из-за технологии автоматического старт-стоп [13,14]. Использование электрических масляных насосов и роликовых подшипников для распределительного и балансирного валов помогает смягчить проблему. Коленчатые валы с опорой на роликовые подшипники также были опробованы, но они оказались непрактичными.

Составы картерных смазочных материалов могут быть точно настроены для достижения оптимальной производительности в определенных условиях. Например, моторное масло может быть разработано таким образом, чтобы лучше всего работать при высоких оборотах двигателя и температуре, как в случае с гоночными маслами. Тем не менее, гоночное масло не будет хорошим выбором для дорожных автомобилей в городском движении с остановками. Напротив, можно спроектировать моторное масло так, чтобы оно лучше всего работало в городском движении с остановками, но тогда оно может не заработать свой ресурсосберегающий «пончик».

В отличие от гоночных масел, основные смазочные материалы разработаны таким образом, чтобы сбалансировать большое количество различных свойств, своего рода сознательный и неизбежный сдвиг парадигмы от «быть лучшим в чем-то» к «быть достаточно хорошим во всем». Поскольку топливная экономичность рассматривается как чрезвычайно важный аспект эксплуатационных характеристик (на самом деле, многие OEM-сертификаты прямо требуют этого), переход к более низкой вязкости будет продолжаться. Однако следует признать, что экономичные масла не имеют большого экономического смысла для конечного потребителя – мы говорим об экономии топлива в размере 100 евро или около того по сравнению с риском в 1000 евро, если масло слишком жидкое и вызывает чрезмерный износ двигателя. Тем не менее, выгода от этих масел достается автопроизводителям. Если их автомобили могут сэкономить 1-2% топлива за счет использования специального смазочного материала для экономии топлива, то OEM-производитель может значительно сократить сумму штрафов, которые им, возможно, придется заплатить.

Использование модификаторов трения в картерных маслах

Возросшие требования к эксплуатационным характеристикам смазочных материалов объясняют неуклонное увеличение доли рынка синтетических смазочных материалов в течение последних двух десятилетий. Синтетические базовые масла имеют множество преимуществ: лучшая консистенция свойств, более высокая устойчивость к окислению, лучшие свойства текучести при низких температурах, низкая летучесть и т. д., см. рис. 7 В сочетании с соответствующими присадками синтетические базовые масла можно использовать для производства смазочных материалов с выдающимися свойствами. Один тип присадок заслуживает особого упоминания, когда речь идет об экономичных моторных маслах: модификаторы трения. Модификаторы трения являются незаменимым инструментом для «умного нефтяного инжиниринга», см. рис. 3.

Рис.7 Переход к экономии топлива полностью синтетического моторного масла

Модификаторы трения можно условно разделить на две основные категории: (1) системы с твердыми частицами (ПТФЭ, графит, графен, MoS2, WS2, IF-WS2, наноборная кислота, наночастицы меди/олеата меди и т. Д.); (2) системы формирования адсорбционного слоя, которые, в свою очередь, могут быть мономолекулярными (моноолеат глицерина, моноолеат сорбитана, жирные триглицериды, сложные эфиры гидроксикарбоновых кислот, фосфатные эфиры, боратные эфиры, жирные кислоты, жирные амиды, жирные амины, сернистые жиры и др.) и полимерные (метакрилаты, полиэфиры, полиэфиры, полиамиды, полимеризованные растительные масла и др.). Основное преимущество систем с твердыми частицами заключается в их относительно высокой химической стабильности, в то время как их главным недостатком является склонность к разделению. Системы с твердыми частицами, как правило, делают состав смазочного материала непрозрачным на вид, что не всегда приемлемо. Система модификации трения твердыми частицами используется, например, в пакете присадок к моторному маслу Lubrizol 21307. Системы формирования адсорбционного слоя многочисленны: на рынке представлены сотни коммерческих продуктов.

Основное различие между мономолекулярными и полимерными модификаторами трения заключается в компактности адсорбированных слоев. В то время как мономолекулярные OFM имеют тенденцию образовывать плотные «щеточные» молекулярные слои, полимерные OFM производят «гелеобразные» адсорбционные слои. Эти слои вызывают отталкивание между поверхностями – так же, как и полимерные диспергаторы, – способствуя так называемому эффекту «сверхсмазываемости»: они имеют тенденцию смещать кривую Стрибека влево, расширяя диапазон полнопленочного смазывания в сторону более высоких нагрузок [2,16]. Однако они не обязательно снижают трение в режиме полнопленочной смазки.

Плотно упакованные щеточные структуры, по-видимому, обеспечивают наилучший эффект снижения трения в лабораторных испытаниях, таких как HFRR, штифт на диске, Кэмерон-Плинт, MTM и т. д. С другой стороны, они более склонны вытеснять другие поверхностно-активные вещества из-за конкурентной адсорбции. Например, глицерилмоноолеат может эффективно вытеснять фосфоротиоат молибдена с поверхности. По этой же причине молибденовые присадки теряют эффективность при применении в сочетании с некоторыми эфирными базовыми маслами.

Смешанные системы могут сочетать в себе сверхсмазывающую способность с граничной смазывающей способностью. Например, полимеризованное растительное масло обычно содержит небольшое количество жирных кислот и частичные эфиры глицерина. Полимерные молекулы обеспечивают стерическое отталкивание между трущимися поверхностями, в то время как жирные кислоты и частичные эфиры глицерина повышают граничную смазывающую способность [17]. Многие коммерческие системы OFM обладают тем же свойством (например, Perfad 3000 от Croda). Этот тип поведения можно легко смоделировать в лабораторных тестах, комбинируя обычные улучшители VI, такие как PIB или полистирол, с моноолеатом глицерина или моноолеатом сорбитана.

Поверхностные гелеобразующие OFM с меньшей вероятностью участвуют в конкурентной адсорбции, поскольку у них меньше «якорей» на единицу площади. Это позволяет разрабатывать рецептуры, сочетающие благоприятные противозадирные свойства с эффектом «сверхсмазывающей» способности; см., например, рис.8 [18].

Подобный эффект сверхсмазывающей способности можно испытать при ходьбе по скользким камням морского берега. Растущая на камнях слизь водорослей удерживает достаточно толстый слой воды, которая действует как смазка между вашими ногами и поверхностью скалы. Без этой слизи прочность водной пленки была бы недостаточной для поддержки ваших ног. Адсорбционные слои, образованные такими поверхностно-гелеобразующими сверхсмазывающими добавками, являются вязкоупругими (или псевдопластичными) и оказывают благотворное трибологическое действие, поскольку уменьшают трение и износ, а также связанные с ними рассеивание энергии и шумовое возбуждение. Они также помогают растворять твердые частицы, действуя как полимерные диспергаторы. Сила разъединения между двумя поверхностями в присутствии таких добавок может быть непосредственно измерена с помощью атомно-силовой микроскопии, рис. 9 [13]

Рис.8 Синергетическая система модификаторов трения, содержащая полимерный модификатор трения и молибденовую добавку [18]

Рис.9 Измерения АСМ, показывающие силу отталкивания за счет поверхностного слоя геля, образованного поверхностно-активной добавкой сверхсмазывающей способности блок-сополимера [13]

Маслорастворимые неорганические модификаторы трения, такие как ди(2-этилгексил) фосфордитиоат молибдена, жирные амиды молибдиновой и вольфрамовой кислот, Диалкилфосфоритиоат сурьмы, сложные эфиры боратов могут работать двумя разными способами: Во-первых, они действуют за счет адсорбции, и их сродство к металлическим поверхностям обычно выше, чем у OFM. Во-вторых, они могут подвергаться трибомутации в условиях экстремального давления и/или сдвига, осаждая твердые слои смазки на трущихся поверхностях, находящихся в контакте. Так, производные молибдена превращаются в MoS2, вольфрам – в WS2, борат – в борную кислоту и т.д. При этом неорганические модификаторы трения играют существенную роль в процессе обкатки [19]. Это свойство также служит основой для механохимической обработки поверхности [20] и приводит к уменьшению трения и износа, см. рис.10.

Рис.10 Влияние ZDDP и неорганических модификаторов трения на трение клапанного механизма (по Ashworth et al. [21])

Влияние моторного масла на трение двигателя для различных конструкций двигателей

Как уже упоминалось во введении, переход на смазку с более низкой вязкостью помогает уменьшить трение двигателя. Лучший способ проиллюстрировать это — использовать установки с моторизованными двигателями [4,13]. На рисунках 11-13 показаны данные о крутящем моменте трения для двух разных бензиновых двигателей. Для постройки буровых установок использовались бывшие, но функциональные серийные двигатели 2L i4. Буровые установки работали без давления, с использованием внешнего безимпульсного электрического масляного насоса для подачи масла. Кроме того, для снижения шума данных был использован тяжелый маховик. Основное различие между двигателями заключалось в поверхности отверстия цилиндра: хонгованный чугун против термического напыления, и тип клапанного механизма: механический ковш прямого действия (DAMB) против роликового толкателя (RFF).

Рис. 11 показано влияние температуры масла на трение двигателя. Как и ожидалось, более низкая температура масла связана с более высоким трением. Для более старой конструкции двигателя (двигатель А: Ford Duratec) при использовании обычных чугунных отверстий цилиндров и клапанного механизма DAMB наблюдается небольшое увеличение трения на низких оборотах: это может быть связано с гидродинамическим разрушением смазочной пленки и чрезмерным граничным трением в клапанном механизме и поршневой группе. Для новой конструкции двигателя (двигатель B: Mercedes Benz M133) с отверстиями с напылением и клапанным механизмом RFF, крутящий момент трения почти линейно зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Это показывает, что новая конструкция позволяет эффективно предотвращать граничное трение.

Рис. 12 показано влияние степени вязкости масла при рабочей температуре 90oC. Переход от устаревшего класса SAE 10W-40 к 0W-16 позволяет почти в два раза снизить трение двигателя на высоких оборотах. Тем не менее, эффект постепенно уменьшается при переходе на более низкие обороты. Интересно, что для более старого двигателя масло с самой низкой вязкостью дает самое высокое трение на низких оборотах. Это еще раз показывает, что разрушение гидродинамической смазочной пленки может быть реальной проблемой.

Наконец, на рисунке 13 показано, как трение двигателя реагирует на использование модификатора трения в рецептуре смазочного материала. Видно, что двигатель с клапанным механизмом DAMB и обычными чугунными отверстиями цилиндров получает больше преимуществ от применения модификаторов трения, чем двигатель с клапанным механизмом RFF и отверстиями с термическим напылением. Это показывает, что использование модификаторов трения имеет смысл только в том случае, если существует существенный вклад граничного трения в общие потери энергии.

Рис.11 Влияние температуры масла на трение двигателя: l.h.s. - двигатель A, r.h.s. - двигатель B.

Рис.12 Влияние степени вязкости масла на трение двигателя при 90°С: л.ч.с. - двигатель А, р.л.с. - двигатель В.

Рис.13 Влияние модификатора трения молибдена на трение двигателя: l.h.s. - двигатель A, r.h.s. - двигатель B.

Важно понимать, что различные модификаторы трения могут конкурировать друг с другом за свободные участки поверхности, а также могут конкурировать с другим важным классом присадок, неизменно присутствующих в рецептурах картерных масел – моющими средствами [22]. В результате, два разных состава масла, обладающие абсолютно одинаковыми вязкостными свойствами, могут по-прежнему иметь разную экономию топлива, хотя отклонения едва ли когда-либо превышают 1 процент.

Некоторые сведения о гибридных силовых агрегатах

Гибридные силовые агрегаты создают новые проблемы для разработчиков рецептур масел: поскольку двигатель с ДВС не работает постоянно во время эксплуатации автомобиля, он может не достичь рабочей температуры. Это создает условия для конденсации воды на стенках силовых цилиндров с последующим накоплением воды в картере. Поскольку OFM являются поверхностно активными, они помогают растворять воду и отводить ее от картера. Электроника управления трансмиссией должна периодически включать ДВС, чтобы нагреть масло и испарить лишнюю воду.

Еще одним важным аспектом, почему OFM так важны для моторных масел для гибридных автомобилей, является дополнительная экономия топлива. Гибриды, как правило, используют смазочные материалы с низкой и сверхнизкой вязкостью: от 0W-20 (Volvo, Mercedes) до 0W-8 (Honda). Вязкость масла оказывает доминирующее влияние на экономию топлива в диапазоне высоких оборотов и низкой нагрузки. Однако в реальной жизни этот режим работы относительно неважен. С другой стороны, OFM помогают улучшить топливную экономичность на низких оборотах и высоком пределе нагрузки, который находится ближе к зоне наилучшего восприятия двигателя и является наиболее интересным с практической точки зрения. Кроме того, OFM помогают свести к минимуму зависимость от неорганических модификаторов трения, которые могут быть потенциально вредны для оборудования контроля выхлопных газов. На рисунке 14 показано, что органические модификаторы трения могут успешно конкурировать с MoDTC по эффекту снижения трения.

Рис.14 Данные испытаний MTM, сравнивающие два коммерческих органических модификатора трения с MoDTC в базовом масле PAO. Использовались следующие условия испытаний: SRR 50%, нагрузка 36Н, температура 100oC.

И последнее, но не менее важное: полимерные OFM хорошо работают в сочетании с маслорастворимыми полиэфирными (OSP) и эфирными базовыми маслами, которые часто используются в смазочных материалах со сверхнизкой вязкостью (марки 0W-8 и 0W-12), в то время как молибденовые присадки в этом случае оказываются менее эффективными.

В Японии переход на нефть SAE 0W-20 начался уже в 1980 году, а в 2010 году был представлен первый продукт, похожий на SAE 0W-16 (в то время не существовало обозначений J300 для классов вязкости ниже SAE 20). В настоящее время Honda и Toyota активно продвигают технологию SAE 0W-8, которая обеспечивает экономию топлива в среднем на 3-4% по сравнению с SAE 0W-20. Был разработан новый тест на экономию топлива JASO, который, возможно, заменит существующий Sequence VIF в будущей спецификации ILSAC GF-7. В 2019 году была завершена разработка нового стандарта, известного как JASO M364:2019, и спецификации масла – JASO GLV-1 [23]. Для теста на экономию топлива можно использовать либо двигатель Toyota 2ZR-FXE 1,8 л, либо моторный двигатель Nissan MR20DD 2,0 л. Предлагаемые пределы экономии топлива для новой спецификации JASO GLV-1 составляют >1,1% (при сжигании) и >2,0% (на двигателе) по сравнению с эталонным маслом SAE 0W-16. ILSAC GF-7 вряд ли появится раньше 2025 года, если вообще появится, принимая во внимание все препятствия, задержки, непомерно высокую стоимость и ограниченную полезность категории ILSAC GF-6.

Заключительные замечания

Моторное масло является важным элементом при разработке силовых агрегатов с низким коэффициентом трения. Переход на моторное масло с низкой вязкостью является эффективным способом снижения потерь на трение в двигателях внутреннего сгорания. Однако масло с низкой вязкостью, как правило, нарушает защиту от износа, что требует использования модификаторов трения и противоизносных присадок в составах картерных смазочных материалов. Ожидается, что наряду с более широким внедрением синтетических базовых масел модификаторы трения будут играть все более важную роль в будущем.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Вклад автора

Борис Жмуд стоит за общей идеей статьи и данными исследования. Артур Коэн (Arthur Coen) и Карима Зитуни (Karima Zitouni) внесли свой вклад в раздел об использовании различных классов модификаторов трения.

Благодарности

Роберт Иэн Тейлор (Robert Ian Taylor) благодарит за вдохновляющие дискуссии и комментарии относительно испытаний двигателя на трение. Петер Клейвегт (Peter Klejwegt) благодарит за то, что он поделился своим опытом работы с экономичными моторными маслами для тяжелых условий эксплуатации.

References

1.  K. Хольмберг,. Андерссон, А. Эрдемир. Глобальное потребление энергии из-за трения в легковых автомобилях. Международная трибология, 47 (2012) 221.
2. B. Жмуд, Разработка энергоэффективных смазочных материалов и покрытий для автомобильной промышленности, Трибология и технология смазки 67(9) (2011) 42.
3. B. Жмудь, В погоне за лучшей экономией топлива: Снижение трения в двигателе помогает максимально увеличить пробег на галлон, The Vehicle Component 5 (2012) 18.
4. R.I. Тейлор, Н. Морган, Р. Мэнвэринг, Т. Дэвенпорт, Сколько смешанного/граничного трения в двигателе и где оно находится? Proc IMechE Часть J: J. Инженерная трибология 234 (2020) 1563.
5. B. Жмудь, Трибология двигателей: тернистый путь от лаборатории к месторождению, Lube 154 (2019) 20.
6. R.I. Тейлор, Р.К. Застенчивый, Повышенная топливная экономичность за счет конструкции смазочного материала: Обзор, Proc. Инст. Мех. Англ. 214 (1999) 1.
7. B. Татиевский, Б. Жмудь, «Топливная экономичность моторных масел: Научное обоснование и противоречия», в Proc. 20-й Международный коллоквиум по трибологии, Штутгарт, Германия, 12-14 января 2016 г.
8. D.E. Зандер, Х. Альмайер, К. Кнаудер, Ф. Стрёмстедт, Возможности и риски снижения трения с будущими моторными маслами со сверхнизкой вязкостью. MTZ Worldwide 79 (2018) 21.
9. P. Kleijwegt, R. ter Rele, M. Sabater Ferret, R. van den Bulk, «Глобальные спецификации моторных масел для тяжелых условий эксплуатации и их влияние на смазочные материалы текущего и следующего поколения» Конгресс стран Бенилюкса, Ретие, Бельгия, 26 сентября 2019 г.
10. G. Лехнер, А. Кнафль, Д. Ассанис, С. Церегунис, М. Макмиллан, С. Тунг,. Мулава, Э. Бардаш, С. Коулинг, Влияние моторного масла на трение и выбросы малотоннажного дизельного двигателя объемом 2,2 л с непосредственным впрыском, часть 1 - Результаты испытаний двигателя. Техническая документация SAE 2002-01-2681.
11. S. Тунг, М. Макмиллан, Г. Хонг, Э. Бардаш, Влияние моторного масла на трение и износ с использованием компонентов дизельного двигателя с непосредственным впрыском 2,2 л для стендовых испытаний, часть 2: Результаты стендовых испытаний в трибологии и поверхностных анализов. Технические документы SAE 2004-01-2005.
12. B. Жмуд, Е. Томаник, "Оптимизация трибологии поршень/отверстие: Роль спецификаций поверхности, пакета колец и смазочного материала». Международный коллоквиум по трибологии, Эсслинген, Германия, 28-30 января 2020 г.
13. B. Жмуд, Б. Татиевский, "Подготовка к ILSAC GF-6: Преимущества полностью синтетических моторных масел для повышения топливной экономичности». Всемирный конгресс трибологов, Пекин, Китай, сентябрь 17-22, 2017.
14. B. Жмудь, «Современные достижения в области картерных смазочных материалов». Европейский саммит по базовым маслам и смазочным материалам, Роттердам, Нидерланды, 20-21 ноября 2019 г.
15. H. Шипы, Добавки-модификаторы трения, Trib. Латыш. 60 (2015) 5.
16. B. Жмуд, М. Регирс, Новые базовые масла представляют собой проблему растворимости и смазывающей способности, Трибология и технология смазки 65(7) (2009) 34.
17. M. Регье, Б. Жмудь, Трибологические характеристики ионизированных растительных масел в качестве смазывающих и жирных маслянистых присадок в смазочных материалах и топливах, Смазочная наука 21 (2009) 169.
18. M.C. Саутби, Х. Гао, К. Чен, К.А. Чин, Б.Л. Parke, Смазочный состав, патент WO 2015193395, 23 декабря 2015 г.
19. S. Ли, Р. Чжан, Ю. Цзинь, Ю. Ван, С. Тунг, Трибокарбонизация синтетического моторного масла в контакте скольжения поршневого кольца/отверстия цилиндра со смазкой и ее связь с трением и износом. Журнал синтетической смазки 20 (2003) 203.
20. B. Жмуд, «Производственная обкатка компонентов двигателя с использованием процесса трибокондиционирования®», М. Абдель Вахаб (ред.): FFW 2018, LNME, стр. 671–681, 2019.
21. S. Эшворт, К. Мистри, А. Морина, А. Невилл, Однокулачковый трибометр для оценки трибологических параметров и трибохимии толкателя клапанного механизма с DLC-покрытием. Трибология - материалы, поверхности и интерфейсы, 6 (2012) 31.
22. S. Ли, Р. Чжан, Ю. Цзинь, Ю. Ван, С. Тунг, Конкурентные поверхностные взаимодействия критических присадок с компонентами поршневого кольца/гильзы цилиндра в условиях обкатки со смазкой. Трибологические труды 46 (2003) 200.
23. S. Йошида, К. Ямамори, С. Хирано, Т. Сагава и др., Разработка спецификации низковязких автомобильных моторных масел нового поколения JASO GLV-1. Техническая документация SAE 2020-01-1426