Motorna olja z ekonomičnostjo porabe goriva: Znanstvena utemeljitev in polemike

Ker znaten del izgub energije v motorju z notranjim zgorevanjem izvira iz viskoznega razprševanja, se je trend preusmeril v olja z nizko viskoznostjo iz SAE 40 in 50 v 1960-ih do 1980-ih na sedanje SAE 20 in nižje viskoznosti. Uporaba motornih olj z nizko viskoznostjo znatno zmanjša izgube energije v glavnih ležajih in batnih/izvrtinskih sistemih, medtem ko se lahko tribološke obremenitve ventilskega vlaka - zlasti pri motorjih s ploščatimi odtoki - povečajo. To je močan argument za uvedbo novih razredov modifikatorjev trenja in dodatkov proti obrabi. Vendar pa razvoj uravnotežene formulacije ni tako preprost, kot se zdi, in zaradi aditivnih interakcij se lahko pojavijo številne pasti. Druga resna težava je, da je opredelitev "motornega olja z ekonomičnostjo porabe goriva" precej nejasna, saj je odvisna od izbire referenčnega olja. Danes ocena ekonomičnosti porabe goriva temelji na preskusih zaporedja VIE ali VIF z bencinskim motorjem 3.6L GM V6 2012. Ni nepričakovano, da bodo rezultati tega preskusa v veliki meri zavajajoči, če jih ekstrapoliramo na sodobne motorje z nizko prostornino z močno ojačano prostornino. Zato obstajajo tudi številni preskusi ekonomičnosti porabe goriva, specifični za proizvajalce originalne opreme, različni modeli motorjev pa pogosto dajejo sporne rezultate. Poleg tega se lahko zmogljivost "ekonomičnosti porabe goriva" istega olja v istem motorju dramatično spremeni glede na vozni cikel. Na primer, olje z nizko viskoznostjo lahko poveča ekonomičnost porabe goriva pri potovalnih hitrostih (visoka hitrost / nizka omejitev obremenitve) in poslabša ekonomičnost porabe goriva med agresivno mestno vožnjo (nizka hitrost / visoka obremenitev).

Vse zgoraj navedene okoliščine je treba upoštevati pri poskusu uskladitve normativnih trditev o uspešnosti s pričakovanji kupcev.

Introduction

Novi standardi ekonomičnosti porabe goriva za avtomobile, ki so jih postavile vlade v večjih gospodarstvih skupine G20, in spremembe preferenc kupcev zaradi visokih cen goriva skupaj z davki na ogljikov dioksid povečujejo pritisk na proizvajalce avtomobilov. V ZDA sta Nacionalna uprava za varnost v cestnem prometu (NHTSA) in Agencija za varstvo okolja (EPA) nedavno izdali pravilo o varnejših cenovno dostopnih vozilih z učinkovito porabo goriva (SAFE), ki določa stroge standarde ekonomičnosti porabe goriva in ogljikovega dioksida. Ti standardi veljajo za osebne avtomobile in lahke tovornjake ter določajo premični cilj, ki se bo od modelnih let 2021 do leta 2026 vsako leto povečal za 1,5%. Omeniti velja, da je bila ob upoštevanju realnosti trga črta pričakovanj znižana na 40,4 mpg, predvideno skupno povprečje zahtevane porabe goriva v industriji v mojem letu 2026, v primerjavi s predvidenimi zahtevami 46,7 mpg v skladu s standardi iz leta 2012. Slednji je bil ponovno nižji od prvotnih ciljev EPA za leto 2025, ki so znašali 62 mpg, napovedanih pred desetletjem - ki so se kmalu zatem zmanjšali na 56 mpg.

To kaže, da je napredek precej boleč in da preveč ambicioznih ciljev morda ne bo mogoče doseči brez trdnih tehnoloških temeljev in močnih finančnih spodbud za spodbujanje sprememb.

Drugi trgi sledijo istemu trendu, glej sliko 1.

Slika 1 Primerjava standardov ekonomičnosti porabe goriva na ključnih trgih vozil (Vir: ICCT, september 2019)

V Evropi sta Evropski parlament in Svet sprejela Uredbo (EU) 2019/631, ki določa standarde emisijskih vrednosti CO2 za nove osebne avtomobile in nova kombinirana vozila za leti 2025 in 2030. Od leta 2021 je povprečni cilj emisij za celotni vozni park EU za nove avtomobile določen na 95 g CO2/km. To ustreza porabi goriva približno 4,1 l/100 km (57,4 mpg) bencina ali 3,6 l/100 km (65,3 mpg) dizelskega goriva. Današnje povprečne emisije CO2 za nove avtomobile, prodane v EU, znašajo približno 120 g CO2/km. Proizvajalci avtomobilov plačajo kazen v višini 95 evrov za vsak g/km, ki presega cilj.

Novi japonski standardi ekonomičnosti porabe goriva, izdani pred enim letom, so določili cilj povprečne ekvivalentne porabe goriva v voznem parku na 25,4 kilometra na liter (59,8 mpg) do leta 2030, kar je približno 30% več od današnjega povprečja voznega parka.

Ti politični in gospodarski dejavniki krepijo raziskovalna in razvojna prizadevanja glavnih proizvajalcev originalne opreme v prizadevanjih za boljšo učinkovitost porabe goriva. Poleg usklajenih prizadevanj za elektrifikacijo pogonskih sklopov in uporabo alternativnih virov energije za zmanjšanje emisij toplogrednih plinov (TGP) je velik poudarek na razumevanju triboloških vidikov izgub energije v pogonskem sistemu in uporabi trenutnega napredka v inženiringu mazanja in premazih za zmanjšanje teh izgub. Za spodbujanje takšnih ekoloških inovacij se proizvajalcem dodelijo "emisijski dobropisi" za uvedbo inovativnih tehnologij, ki bi morale – na podlagi neodvisno preverjenih podatkov – privesti do zmanjšanja emisij CO2, čeprav preskusni postopek, ki se uporablja za homologacijo vozil, ne kaže nobenega učinka. Poleg tega se proizvajalcem dodelijo "superkrediti" za dajanje na trg brezemisijskih in nizkoemisijskih avtomobilov (BEV, PHEV), ki izpuščajo manj kot 50 g CO2/km.

Stroški razvoja, materialni stroški in proizvodni stroški so vedno pomembni dejavniki pri ocenjevanju tržnega potenciala enega ali drugega pristopa.

Približno tretjina porabe goriva v avtomobilih je posledica izgub trenja [1], pri čemer je trenje pogonskega sklopa eden glavnih krivcev, glej sliko 2.