Fuel Economy Engine Oils: Vedecké zdôvodnenie a kontroverzie

Keďže významná časť energetických strát spaľovacieho motora pochádza z viskózneho rozptylu, trend sa posunul smerom k olejom s nízkou viskozitou zo SAE 40 a 50 v rokoch 1960-1980 na súčasné triedy SAE 20 a nižšie viskozity. Používanie motorových olejov s nízkou viskozitou výrazne znižuje energetické straty v hlavnom ložiskovom systéme a v systéme piest/vŕtaní, zatiaľ čo tribologické namáhanie ventilového ústrojenstva – najmä v motoroch s plochým odbočovačom – sa môže zvýšiť. To je silný argument pre nasadenie nových tried modifikátorov trenia a prísad proti opotrebeniu. Vývoj vyváženej formulácie však nie je taký priamočiary, ako sa zdá, a v dôsledku aditívnych interakcií sa môžu vyskytnúť početné úskalia. Ďalším vážnym problémom je, že definícia "motorového oleja s nízkou spotrebou paliva" je dosť vágna, pretože závisí od výberu referenčného oleja. V súčasnosti je hodnotenie spotreby paliva založené na testoch Sequence VIE alebo VIF s použitím benzínového motora 3.6L GM V6 z roku 2012. Nie je neočakávané, že výsledky tohto testu budú do značnej miery zavádzajúce, keď sa extrapolujú na moderné motory s nízkym zdvihovým objemom so silným posilnením. Preto existuje aj mnoho testov spotreby paliva špecifických pre výrobcov OEM a rôzne konštrukcie motorov často prinášajú kontroverzné výsledky. Okrem toho sa výkon toho istého oleja v tom istom motore pri "spotrebe paliva" môže dramaticky meniť v závislosti od jazdného cyklu. Napríklad olej s nízkou viskozitou môže zvýšiť spotrebu paliva pri cestovnej rýchlosti (vysoká rýchlosť / nízky limit zaťaženia) a znížiť spotrebu paliva počas agresívnej jazdy v meste (nízka rýchlosť / vysoké zaťaženie).

Všetky vyššie uvedené okolnosti je potrebné vziať do úvahy pri pokuse o zosúladenie normatívnych výkonnostných tvrdení s očakávaniami zákazníkov.

Úvod

Nové normy spotreby paliva pre automobily postavené vládami v hlavných ekonomikách G20 a zmena preferencií zákazníkov spôsobená vysokými cenami pohonných hmôt spolu s uhlíkovými daňami vyvíjajú zvýšený tlak na výrobcov automobilov. V USA Národná správa bezpečnosti cestnej premávky (NHTSA) a Agentúra na ochranu životného prostredia (EPA) nedávno vydali pravidlo bezpečnejších cenovo dostupných palivovo úsporných vozidiel (SAFE), ktoré stanovuje prísne normy spotreby paliva a oxidu uhličitého. Tieto normy sa vzťahujú na osobné automobily a ľahké nákladné vozidlá a stanovujú pohyblivý cieľ, ktorý sa od modelových rokov 2021 do roku 2026 každoročne zvýši o 1,5 %. Pozoruhodné, uznávajúc realitu trhu, latka očakávaní bola znížená na 40.4 mpg predpokladanej celkovej priemernej požadovanej spotreby paliva v priemysle v MY 2026 v porovnaní s predpokladanou požiadavkou 46.7 mpg podľa noriem z roku 2012. Ten bol opäť nižší ako pôvodné ciele EPA do roku 2025 vo výške 62 mpg oznámené pred desiatimi rokmi - ktoré boli čoskoro potom znížené na 56 mpg.

To ukazuje, že pokrok je dosť bolestivý a príliš ambiciózne ciele sa nemusia dosiahnuť bez pevného technologického základu a silných finančných stimulov na podporu zmeny.

Ostatné trhy sledujú rovnaký trend, pozri obr. 1.

Obr.1 Porovnanie noriem spotreby paliva na kľúčových trhoch s vozidlami (Zdroj: ICCT, september 2019)

V Európe Európsky parlament a Rada prijali nariadenie (EÚ) 2019/631, ktorým sa stanovujú emisné normy CO2 pre nové osobné automobily a nové dodávky na roky 2025 a 2030. Od roku 2021 je cieľ priemerných emisií pre celý vozový park EÚ pre nové automobily stanovený na 95 g CO2/km. To zodpovedá spotrebe paliva približne 4,1 l/100 km (57,4 mpg) benzínu alebo 3,6 l/100 km (65,3 mpg) nafty. Dnešné priemerné emisie CO2 z nových automobilov predávaných v EÚ sú približne 120 g CO2/km. Výrobcovia automobilov platia pokutu vo výške 95 EUR za každý g/km presahujúci cieľovú hodnotu.

Nové japonské normy spotreby paliva vydané pred rokom stanovili cieľ priemernej spotreby paliva ekvivalentnej benzínu flotily na 25,4 kilometra na liter (59,8 mpg) do roku 2030, čo je približne 30% zlepšenie oproti dnešnému priemeru vozového parku.

Tieto politické a ekonomické faktory zintenzívňujú výskumné a vývojové úsilie hlavných výrobcov OEM v ich snahe o lepšiu palivovú účinnosť. Okrem spoločného úsilia o elektrifikáciu pohonných jednotiek a využívanie alternatívnych zdrojov energie na zníženie emisií skleníkových plynov (GHG) sa kladie veľký dôraz na pochopenie tribologických aspektov energetických strát v hnacom ústrojenstve a využitie súčasného pokroku v mazacom inžinierstve a náteroch na minimalizáciu týchto strát. Na podporu takýchto ekologických inovácií sa výrobcom udeľujú "emisné kredity" za zavádzanie inovačných technológií, ktoré by na základe nezávisle overených údajov mali viesť k zníženiu emisií CO2, aj keď skúšobný postup použitý na typové schvaľovanie vozidiel nepreukázal žiadny účinok. Okrem toho sa výrobcom poskytujú "superkredity" za uvedenie automobilov s nulovými a nízkymi emisiami (BEV, PHEV) na trh, ktoré vypúšťajú menej ako 50 g CO2/km.

Náklady na vývoj, materiálové náklady a výrobné náklady sú vždy dôležitými faktormi pri posudzovaní trhového potenciálu toho či onoho prístupu.

Približne jedna tretina spotreby paliva v automobiloch je spôsobená stratami trením [1], pričom trenie hnacieho ústrojenstva je jedným z hlavných vinníkov, pozri obr. 2.