Паливозберігаючі моторні масла: Наукове обґрунтування та суперечності

Abstract

Оскільки значна частина втрат енергії в двигуні внутрішнього згоряння припадає на в'язке розсіювання, тенденція змістилася в бік низьков'язких олив з SAE 40 і 50 в 1960-1980-х роках до нинішніх SAE 20 і нижчих класів в'язкості. Використання моторних олив з низькою в'язкістю значно зменшує втрати енергії в системах корінного підшипника та поршня/отвору, тоді як трибологічні навантаження на клапанний механізм, особливо в кулачкових двигунах з плоским штовхачем, можуть збільшитися. Це є вагомим аргументом на користь впровадження нових класів модифікаторів тертя та протизносних присадок. Однак розробка збалансованої рецептури не така проста, як здається, і через адитивні взаємодії можуть зіткнутися з численними підводними каменями. Ще одна серйозна проблема полягає в тому, що визначення «паливно-економічна моторна олива» є досить розпливчастим, оскільки залежить від вибору еталонної оливи. В даний час оцінка економії палива базується на тестах Sequence VIE або VIF з використанням бензинового двигуна GM V6 об'ємом 3,6 л 2012 року. Не дивно, що результати цього випробування виявляються значною мірою оманливими, якщо їх екстраполювати на сучасні сильно форсовані двигуни з низьким робочим об'ємом. Отже, існує також багато специфічних для OEM тестів економії палива, і різні конструкції двигунів часто дають суперечливі результати. Крім того, показники «економії палива» однієї і тієї ж оливи в одному двигуні можуть кардинально змінюватися залежно від циклу руху. Наприклад, олива з низькою в'язкістю може підвищити економію палива на крейсерських швидкостях (висока швидкість / низька межа навантаження) і погіршити економію палива під час агресивної їзди по місту (низька швидкість / високе навантаження).

Всі вищезазначені обставини слід враховувати при спробі узгодити нормативні вимоги щодо продуктивності з очікуваннями клієнтів.

Introduction

Нові стандарти економії палива для автомобілів, запроваджені урядами великих економік G20, і зміна вподобань споживачів, викликана високими цінами на паливо разом із податками на викиди вуглецю, посилюють тиск на автовиробників. У США Національна адміністрація безпеки дорожнього руху (NHTSA) та Агентство з охорони навколишнього середовища (EPA) нещодавно випустили Правило безпечних доступних транспортних засобів (SAFE), яке встановлює жорсткі стандарти економії палива та викидів вуглекислого газу. Ці стандарти застосовуються до легкових автомобілів і легких вантажівок і встановлюють рухому мету, суворість якої буде збільшуватися на 1,5% щороку з 2021 по 2026 модельні роки. Примітно, що визнаючи реалії ринку, планка очікувань була знижена до 40,4 миль на галон прогнозованої загальної середньої необхідної економії палива в галузі в 2026 році порівняно з 46,7 миль на галон за стандартами 2012 року. Останній знову був нижчим, ніж початкові цілі EPA на 2025 рік у 62 милі на галон, оголошені десять років тому, які незабаром після цього були знижені до 56 миль на галон.

Це свідчить про те, що прогрес є досить болючим, а надто амбітні цілі можуть бути не досягнуті без міцної технологічної основи та потужних фінансових стимулів для стимулювання змін.

Інші ринки дотримуються тієї ж тенденції, див. рис. 1.

Рис.1 Порівняння стандартів економії палива на ключових ринках транспортних засобів (Джерело: ICCT, вересень 2019 р.)

У Європі Європейський парламент та Рада прийняли Регламент (ЄС) 2019/631, який встановлює стандарти викидів CO2 для нових легкових автомобілів та нових фургонів на 2025 та 2030 роки. З 2021 року цільовий показник середніх викидів для нових автомобілів у всьому автопарку встановлено на рівні 95 г CO2/км. Це відповідає витраті палива близько 4,1 л/100 км (57,4 миль на галон) бензину або 3,6 л/100 км (65,3 миль на галон) дизельного палива. Сьогодні середні викиди CO2 для нових автомобілів, що продаються в ЄС, становлять близько 120 г CO2/км. Виробники автомобілів сплачують штраф у розмірі 95 євро за кожен г/км, що перевищує цільовий показник.

Нові стандарти економії палива в Японії, опубліковані рік тому, встановлюють мету до 2030 року середньої економії палива в еквіваленті бензину на рівні 25,4 кілометра на літр (59,8 миль на галон), що приблизно на 30% краще в порівнянні з сьогоднішнім середнім показником автопарку.

Ці політичні та економічні фактори інтенсифікують науково-дослідні та дослідно-конструкторські зусилля великих виробників оригінального обладнання в їхньому прагненні до кращої паливної ефективності. Окрім узгоджених зусиль з електрифікації силових агрегатів та використання альтернативних джерел енергії для скорочення викидів парникових газів (ПГ), велика увага приділяється розумінню трибологічних аспектів втрат енергії в силових агрегатах та використанню сучасних досягнень у галузі мастильних матеріалів та покриттів для мінімізації цих втрат. Щоб заохочувати такі екологічні інновації, виробникам надаються «кредити на викиди» для впровадження інноваційних технологій, які повинні – на основі незалежно перевірених даних – призвести до скорочення викидів CO2, навіть якщо процедура випробувань, що використовується для затвердження типу транспортного засобу, не демонструє жодного ефекту. Крім того, виробники отримують «суперкредити» за випуск на ринок автомобілів з нульовим і низьким рівнем викидів (BEV, PHEV), що викидають менше 50 г CO2/км.

Витрати на розробку, матеріальні витрати і витрати на виробництво завжди є важливими факторами при оцінці ринкового потенціалу того чи іншого підходу.

Приблизно третина витрат палива в автомобілях припадає на втрати на тертя [1], причому тертя силового агрегату є одним з головних винуватців, див. рис. 2.

Рис.2 Втрати енергії в легкових вагонах (Джерело: www.fueleconomy.gov)

Тому розвиток силових агрегатів з низьким коефіцієнтом тертя розглядається як важлива мета [1-3].

Роль моторної оливи в розвитку силових агрегатів з низьким коефіцієнтом тертя

Вважається, що автомобільні двигуни працюють переважно в гідродинамічному режимі [4-6]. Тому, зменшуючи в'язкість мастильного матеріалу, можна зменшити тертя двигуна та покращити економію палива автомобіля. 3 пояснює, як працює ця стратегія: на лівій стороні показана фактична крива крутного моменту типового серійного двигуна GDI об'ємом 1,6 л, а з правого боку показана крива крутного моменту тертя для того ж двигуна, виміряна за допомогою моторної установки. Тертя «з'їдає» близько 1/10 корисного крутного моменту, який може видати двигун. Той факт, що момент тертя збільшується зі збільшенням оборотів двигуна, доводить гідродинамічний режим змащення. Таким чином, перехід на мастило з меншою в'язкістю допомагає зменшити момент тертя на високих обертах.

Рис.3 Крива крутного моменту (l.h.s.) і крива моменту тертя (r.h.s.) для серійного двигуна i4 GDI об'ємом 1,6 л. Також показані основні інженерні стратегії зниження тертя.

Протягом останніх двох десятиліть спостерігається стійка тенденція до використання мастильних матеріалів з нижчою в'язкістю, див. рис. Таким чином, стандарт SAE J300 був переглянутий у 2015 році, щоб включити три нові легші класи в'язкості: SAE 16, 12 і 8. Більш важкі марки PCMO SAE xW-40, xW-50 і xW-60 стають нішевими продуктами. Специфікація ILSAC GF-6 навіть не включає в'язкість понад SAE 30. Автомобільні трансмісійні мастила наслідують цей приклад: Стандарт SAE J306 був переглянутий у 2019 році, додавши класи в'язкості SAE 75, 70 і 65.

Для легкових автомобілів перехід від застарілого класу SAE 10W-40 до 0W-20 приносить в середньому 5% поліпшення економії палива в умовах випробувань WLTP, а подальший перехід на 0W-8 може принести додаткові 5% за умови, що обладнання двигуна може безпечно впоратися з такою низькою в'язкістю. Для великовантажних автомобілів ефект набагато менший: перейшовши зі старого SAE 15W-40 на 5W-20, можна заощадити не більше 2% в умовах ESC, і ще менше в умовах ETC. Багато старих конструкцій HDDE не здатні працювати з оливою з низькою в'язкістю.

Рис.4 Триваюча тенденція до зниження в'язкості та зниження в'язкості мастильних матеріалів SAPS

Однак існує основна перешкода для подальшого зниження в'язкості мастильних матеріалів: це знос [7-11]. Товщина гідродинамічної мастильної плівки прямо пропорційна в'язкості мастила. Тому для підтримки режиму гідродинамічного змащення доведеться змінювати технічні характеристики обробки поверхні та модернізувати масляний насос і систему фільтрації масла [7]. Без цього ризик надмірного зносу є реальним, і його не можна ігнорувати, див. 5-6

Рис.5 Змодельовані карти здоров'я ΔBSFC та підшипників для сучасного двигуна легкових автомобілів (за D.E. Sander et al. [8])

На рис. 5 показана змодельована карта ΔBSFC для двигуна сучасного легкового автомобіля і змодельована карта здоров'я підшипника для того ж самого. Посередині показана зміна BSFC при переході з SAE 0W-20 (ліва сторона) на 0W-8 (посередині), зелена зона відповідає покращенню економії палива, червона зона – погіршенню економії палива. Можливе зниження BSFC до 20%. На жаль, максимальний ефект обмежений неправильною частиною карти: середніми та високими оборотами двигуна та низьким навантаженням. Такі умови стосуються двигуна, що набирає обертів на холостих обертах. Близький до «солодкої точки» двигуна вплив на BSFC знижується до 10%. Однак найбільш неприємним спостереженням є червона зона на низьких оборотах і високому навантаженні на двигун, оскільки це означає не тільки погіршення економії палива, але і підвищений ризик зносу [5,7-12]. Це підтверджується симуляцією здоров'я головного підшипника.

Аналогічні тенденції спостерігаються і для дизельних двигунів великої вантажопідйомності, див. Насправді, невідповідність у цьому випадку ще більш очевидна, оскільки максимальний ефект економії палива досягається при низькому навантаженні та високих оборотах, тоді як найбільший знос відбувається при високому навантаженні та низьких обертах, близьких до найкращої точки двигуна. Для багатьох двигунів проблеми починаються вже при переході з застарілого API CJ-4 або його зворотно сумісного наступника API CK-4 на більш легке моторне масло FA-4. У той же час деякі нові двигуни, наприклад, від Scania і DAF, можуть безпечно використовувати такі легкі масла, як 5W-20 і навіть 0W-16.

Рис.6 Потенційні проблеми зносу при наднизькій в'язкості HDEO (за P. Klejwegt et al. [9])

Наведені вище приклади показують, що саме в умовах низької швидкості - високого навантаження мастильна плівка може вийти з ладу. Проблеми на високій швидкості в основному пов'язані з недостатньою продуктивністю масляного насоса і можуть бути вирішені за допомогою змінних насосів. При високих оборотах двигуна підвищену роль відіграють також інерційні сили, що діють на зворотно-поступальну групу, і кавітаційні ефекти. Це може спричинити проблеми з маленьким кінцем інтерфейсу шатунного/зап'ястного штифта та підшипниками. Загалом, мастильні матеріали з нижчою в'язкістю, як правило, менш схильні до кавітації.

Оскільки гідродинамічна плівка руйнується при відсутності відносного руху між поверхнями, що труться, проблеми зносу, пов'язані з введенням мастильних матеріалів низької в'язкості, ще більше посилюються за рахунок технології автоматичного старт-стоп [13,14]. Використання електричних масляних насосів і роликових підшипників для розподільного валу та балансирного валу допомагає пом'якшити проблему. Колінчасті вали з опорою на роликові підшипники також були випробувані, але визнані непрактичними.

Формули мастильних матеріалів картера можуть бути точно налаштовані для оптимальної роботи в певних умовах. Наприклад, моторна олива може бути розроблена для найкращої роботи на високих обертах двигуна та при високій температурі, як у випадку з гоночними оливами. Однак гоночне масло не буде хорошим вибором для дорожніх автомобілів у міському трафіку з зупинками. Навпаки, можна розробити моторну оливу, яка найкраще працюватиме в міському трафіку, але тоді вона може не заробити свого ресурсозберігаючого «Пончика».

На відміну від гоночних мастильних мастильних матеріалів, основні мастильні матеріали розроблені таким чином, щоб збалансувати велику кількість різних властивостей, свого роду свідому і неминучу зміну парадигми від «бути кращим у чомусь» до «бути досить хорошим у всьому». Оскільки паливна економічність розглядається як надзвичайно важливий аспект продуктивності – насправді, багато схвалень OEM прямо вимагають цього – перехід до нижчої в'язкості триватиме. Однак слід визнати, що паливозберігаючі оливи не мають особливого економічного сенсу для кінцевого споживача – ми говоримо про економію палива в розмірі 100 євро або близько того порівняно з ризиком у 1000 євро, якщо олива занадто рідка і спричиняє надмірний знос двигуна. Однак користь від цих масел припадає на виробників автомобілів. Якщо їхні транспортні засоби можуть заощадити 1-2% палива, використовуючи спеціальне паливозберігаюче мастило, то OEM може значно зменшити суму штрафів, які їм, можливо, доведеться сплатити.

Використання модифікаторів тертя в картерних мастильних матеріалах

Підвищені вимоги до експлуатаційних характеристик мастильних матеріалів пояснюють постійне збільшення частки ринку синтетичних мастильних матеріалів протягом останніх двох десятиліть. Синтетичні базові оливи мають численні переваги: краща консистенція властивостей, вища стійкість до окислення, кращі властивості текучості при низькій температурі, низька летючість тощо, див. Рис. 7 У поєднанні з відповідними присадками синтетичні базові оливи можуть бути використані для виробництва мастильних матеріалів з видатними властивостями. Окремої згадки заслуговує один тип присадок, що стосуються моторних олив для економії палива: модифікатори тертя. Модифікатори тертя є незамінним інструментом для «розумної нафтової техніки», див<.

Рис.7 Міграція в бік економії палива повністю синтетичної моторної оливи

Модифікатори тертя можна умовно згрупувати у дві основні категорії: (1) тверді частини (PTFE, графіт, графен, MoS2, WS2, IF-WS2, наноборна кислота, наночастинки олеату міді/міді тощо); (2) адсорбційні системи утворення шару, які, в свою чергу, можуть бути мономолекулярними (гліцерин моноолеат, сорбітанмоноолеат, жирні тригліцериди, складні ефіри гідроксикарбонових кислот, фосфатні ефіри, боратні ефіри, жирні кислоти, жирні аміди, жирні аміни, сірчані жири тощо) та полімерними (метакрилати, поліефіри, поліефіри, поліаміди, полімеризовані рослинні олії тощо). Основна перевага сажових систем полягає в їх відносно високій хімічній стабільності, в той час як їх головним недоліком є схильність до розшарування. Сажові системи, як правило, роблять формулу мастила непрозорою на вигляд, що не завжди прийнятно. Система модифікації тертя твердих частинок застосовується, наприклад, в пакеті присадок до моторного масла Lubrizol 21307. Системи формування адсорбційного шару численні: на ринку представлені сотні комерційних продуктів.

Головною відмінністю між мономолекулярними і полімерними модифікаторами тертя є компактність адсорбованих шарів. У той час як мономолекулярні ОФМ, як правило, утворюють щільні «щіткоподібні» молекулярні шари, полімерні ОФМ утворюють «гелеподібні» адсорбційні шари. Ці шари викликають відштовхування між поверхнями – так само, як це роблять полімерні диспергатори – сприяючи так званому ефекту «надзмащувальної здатності»: вони мають тенденцію зміщувати криву Стрібека вліво, розширюючи діапазон повноплівкового змащення в бік більш високих навантажень [2,16]. Однак вони не обов'язково зменшують тертя в режимі повноплівкового змащення.

Щільно упаковані щіткоподібні структури, здається, забезпечують найкращий ефект зменшення тертя в лабораторних випробуваннях, таких як HFRR, pin-on-disk, Cameron-Plint, MTM тощо. З іншого боку, вони більш схильні до витіснення інших поверхневих активних видів через конкурентну адсорбцію. Наприклад, гліцерилмоноолеат може ефективно витісняти молібденфосфоротіоат з поверхні. З цієї ж причини молібденові присадки втрачають ефективність при застосуванні в поєднанні з деякими ефірними базовими маслами.

Змішані системи можуть поєднувати надзмащувальну здатність з граничною змащувальною здатністю. Наприклад, полімеризована рослинна олія зазвичай містить невелику кількість жирних кислот і часткові ефіри гліцерину. Полімерні молекули забезпечують стеричне відштовхування між поверхнями, що труться, тоді як жирні кислоти та часткові ефіри гліцерину підвищують граничну змащувальну здатність [17]. Багато комерційних OFM-систем демонструють таку ж властивість (наприклад, Perfad 3000 від Croda). Цей тип поведінки можна легко змоделювати в лабораторних дослідженнях, поєднуючи поширені поліпшувачі VI, такі як PIB або полістирол, з моноолеатом гліцерину або моноолеатом сорбітану.

Поверхневі гелеутворюючі ОФМ з меншою ймовірністю беруть участь у конкурентній адсорбції, оскільки мають менше «якорів» на одиницю площі. Це дозволяє розробляти рецептури, що поєднують сприятливі протизадирні властивості з ефектом «суперзмащення»; див., наприклад, рис.8 [18].

Подібний ефект суперзмащення можна відчути під час прогулянки по слизьких скелях морського узбережжя. Слиз водоростей, що росте на скелях, утримує досить товстий шар води, який діє як мастило між вашими ногами та поверхнею скелі. Без цього слизу міцності плівки води було б недостатньо, щоб підтримувати ваші ноги. Адсорбційні шари, утворені такими поверхнево-гелеутворюючими надзмащувальними присадками, є в'язкопружними (або псевдопластичними) і мають благотворний трибологічний ефект, оскільки зменшують тертя і зношування, а також пов'язане з цим розсіювання енергії і шумове збудження. Вони також допомагають розчиняти тверді частинки, діючи як полімерні диспергатори. Сила роз'єднання між двома поверхнями в присутності таких добавок може бути безпосередньо виміряна за допомогою атомно-силової мікроскопії, рис.9 [13]

Рис.8 Синергетична система модифікаторів тертя, що містить полімерний модифікатор тертя та молієву присадку [18]

Рис.9 Вимірювання AFM, що показують силу відштовхування, зумовлену поверхневим шаром гелю, утвореним поверхнево-активною добавкою суперзмащувальної здатності блок-сополімеру [13]

Маслорозчинні неорганічні модифікатори тертя, такі як молібденові ди(2-етилгексил) фосфородітіоати, жирні аміди молібденової та вольфрамової кислот, Сурм'янистий діалкілфосфородітіоат, боратні ефіри можуть діяти двома різними способами: По-перше, вони діють шляхом адсорбції – і їх спорідненість з металевими поверхнями зазвичай вище, ніж у ОФМ. По-друге, вони можуть піддаватися трибомутації в умовах екстремального тиску та/або зсуву, осідаючи тверді шари мастила на поверхнях, що труться, що контактують. Так, похідні молібдену перетворюються на MoS2, вольфрам – на WS2, борат – на борну кислоту тощо. При цьому неорганічні модифікатори тертя відіграють важливу роль у процесі обкатки [19]. Ця властивість також служить основою для механохімічної обробки поверхні [20] і призводить до зменшення тертя і зносу, див. Рис.10.

Рис.10 Вплив модифікаторів ZDDP та неорганічного тертя на тертя клапанного механізму (за Ashworth et al. [21])

Вплив моторної оливи на тертя двигуна для різних конструкцій двигунів

Як уже зазначалося у вступі, перехід на мастило з меншою в'язкістю допомагає зменшити тертя двигуна. Найкращим способом проілюструвати це є використання моторних установок [4,13]. 11-13 показані дані про момент тертя для двох різних бензинових двигунів. Для будівництва бурових установок використовувалися вживані, але функціональні серійні двигуни 2L i4. Бурові установки працювали без тиску, використовуючи зовнішній безімпульсний електричний масляний насос для подачі нафти. Також важкий маховик використовувався для зменшення шуму даних. Головною відмінністю між двигунами була поверхня отвору циліндра: відточений чавун проти термічного напилення, а також тип клапанного механізму: механічний ківш прямої дії (DAMB) проти роликового пальцевого повторювача (RFF).

На рис. 11 показано вплив температури масла на тертя двигуна. Як і очікувалося, більш низька температура масла пов'язана з більш високим тертям. Для старої конструкції двигуна (двигун A: Ford Duratec) при використанні звичайних чавунних отворів циліндрів і клапанного механізму DAMB спостерігається незначне збільшення тертя в кінці низьких оборотів: це можна пояснити гідродинамічним руйнуванням плівки мастила і надмірним граничним тертям в клапанному механізмі і поршневої групі. Для новішої конструкції двигуна (двигун B: Mercedes Benz M133) з отворами з розпилювальним покриттям і клапанним механізмом RFF, момент тертя майже лінійно залежить від частоти обертання двигуна. Це свідчить про те, що нова конструкція дозволяє ефективно запобігати граничному тертю.

На рис. 12 показаний вплив класу в'язкості масла при робочій температурі 90оС. Перехід від застарілої марки SAE 10W-40 до 0W-16 дозволяє майже вдвічі зменшити тертя двигуна на високих обертах. Однак ефект поступово зменшується при переході на більш низькі обороти. Цікаво, що для старого двигуна масло з найнижчою в'язкістю дає найвище тертя на низьких оборотах. Це ще раз показує, що гідродинамічний колапс мастильної плівки може бути справжньою проблемою.

Нарешті, на рис. 13 показано, як тертя двигуна реагує на використання модифікатора тертя в складі мастила. Можна побачити, що двигун з клапанним механізмом DAMB і звичайними чавунними циліндровими отворами отримує більше користі від розгортання модифікаторів тертя, ніж двигун з клапанним механізмом RFF і отворами з термічним напиленням. Це показує, що застосування модифікаторів тертя має сенс лише тоді, коли існує значний внесок граничного тертя в загальну втрату енергії.

Рис.11 Вплив температури масла на тертя двигуна: l.h.s. - Двигун A, r.h.s. - Двигун B.

Рис.12 Вплив класу в'язкості масла на тертя двигуна при 90oC: l.h.s. - Двигун A, r.h.s. - Двигун B.

Рис.13 Вплив модифікатора тертя молібдену на тертя двигуна: l.h.s. - Двигун A, r.h.s. - Двигун B.

Важливо розуміти, що різні модифікатори тертя можуть конкурувати між собою за вільні ділянки поверхні, а також вони можуть конкурувати з іншим важливим класом присадок, незмінно присутніх у рецептурах мастильних матеріалів картерів – миючими засобами [22]. В результаті, дві різні формуляції оливи, що мають однакові віскометричні властивості, все ще можуть мати різну економію палива, хоча коливання рідко коли-небудь перевищують 1 відсоток.

Деякі ідеї щодо гібридних силових агрегатів

Гібридні силові агрегати створюють нові виклики для виробників олив: оскільки двигун з ДВЗ не працює постійно під час використання автомобіля, він може не досягти робочого помірного рівня. Це створює умови для конденсації води на стінках силового циліндра з подальшим скупченням води в картері. Оскільки OFM є поверхнево активними, вони допомагають розчиняти воду та відганяти її від картера. Електроніка управління силовим агрегатом повинна періодично включати ДВС для нагрівання масла і випаровування зайвої води.

Ще одним важливим аспектом, чому OFM настільки важливі для моторних олив для гібридних автомобілів, є додаткова економія палива. Гібриди, як правило, використовують мастила низької та наднизької в'язкості: від 0W-20 (Volvo, Mercedes) до 0W-8 (Honda). В'язкість масла має домінуючий вплив на економію палива в межах високої швидкості-низького навантаження. Однак у реальному житті цей режим роботи відносно неважливий. З іншого боку, OFM допомагають покращити економію палива в межах низької швидкості-високого навантаження, яка лежить ближче до найкращої точки двигуна і є найцікавішою з практичної точки зору. Крім того, OFM допомагають мінімізувати залежність від неорганічних модифікаторів тертя, які можуть бути потенційно шкідливими для обладнання управління вихлопними газами. 14 показано, що модифікатори органічного тертя можуть успішно конкурувати з MoDTC за ефектом зменшення тертя.

Рис.14 Дані випробувань MTM, що порівнюють два комерційні модифікатори органічного тертя з MoDTC в базовій олії PAO. Були використані наступні умови випробувань: SRR 50%, навантаження 36 Н, температура 100oC.

І останнє, але не менш важливе: полімерні OFM добре працюють у поєднанні з маслорозчинними поліефірними (OSP) та ефірними базовими оливами, які часто використовуються в мастильних матеріалах з наднизькою в'язкістю (марки 0W-8 та 0W-12), тоді як молібденові присадки виявляються менш ефективними в цьому випадку.

В Японії перехід на оливу SAE 0W-20 почався приблизно в 1980 році, а перший продукт, подібний до SAE 0W-16 (на той час не існувало позначень J300 для класів в'язкості нижче SAE 20) був представлений у 2010 році. В даний час Honda і Toyota активно просувають технологію SAE 0W-8, яка забезпечує в середньому 3-4% поліпшення економії палива в порівнянні з SAE 0W-20. Був розроблений новий тест на економію палива JASO, який, можливо, замінить існуючу Sequence VIF у майбутній специфікації ILSAC GF-7. У 2019 році було завершено розробку нового стандарту, відомого як JASO M364:2019, та специфікації оливи JASO GLV-1 [23]. Для перевірки економії палива може використовуватися або двигун Toyota 2ZR-FXE 1.8L, або моторний двигун Nissan MR20DD 2.0L. Запропоновані обмеження економії палива для нової специфікації JASO GLV-1 становлять >1,1% (стрільба) і >2,0% (мотор) порівняно з еталонною оливою SAE 0W-16. ILSAC GF-7 навряд чи з'явиться раніше 2025 року - якщо взагалі з'явиться, враховуючи всі перешкоди, затримки, непомірну вартість і обмежену корисність категорії ILSAC GF-6.

Заключні зауваження

Моторна олива є важливим елементом у розробці силових агрегатів з низьким коефіцієнтом тертя. Перехід на моторне масло з низькою в'язкістю є ефективним способом зниження втрат на тертя в двигунах внутрішнього згоряння. Однак олива з низькою в'язкістю, як правило, погіршує захист від зносу, що вимагає застосування модифікаторів тертя та протизносних присадок у мастильних матеріалах картерних газів. Очікується, що разом із ширшим впровадженням синтетичних базових олив модифікатори тертя відіграватимуть дедалі важливішу роль у майбутньому.

Конфлікт інтересів

Автори заявляють, що дослідження проводилося за відсутності будь-яких комерційних чи фінансових відносин, які можна було б витлумачити як потенційний конфлікт інтересів.

Авторський внесок

Борис Жмуд стоїть за загальною ідеєю статті та даними досліджень. Артур Коен (Arthur Coen) і Каріма Зітуні (Karima Zitouni) зробили свій внесок у розділ про використання різних класів модифікаторів тертя.

Подяки

Роберт Ян Тейлор висловлює подяку за надихаючу дискусію та коментарі щодо випробувань на тертя двигуна з двигуном. Ми вдячні Петеру Клейвегту за те, що він поділився своїм досвідом використання паливозберігаючої моторної оливи для важких умов експлуатації.

References

1.  K. Хольмберг, П. Андерссон, А. Ердемір. Глобальне споживання енергії через тертя в легкових автомобілях. Міжнародна трибологія, 47 (2012) 221.
2. B. Жмуд, Розробка енергоефективних мастильних матеріалів і покриттів для автомобільного застосування, Трибологія та технологія змащування 67(9) (2011) 42.
3. B. Жмуд, Гонитва за кращою економією палива: Зменшення тертя двигуна допомагає збільшити кількість миль на галон, The Vehicle Component 5 (2012) 18.
4. Р.І. Тейлор, Н. Морган, Р. Мейнворінг, Т. Девенпорт, Скільки змішаного/граничного тертя в двигуні - і де воно знаходиться? Proc IMechE Частина J: J. Інженерна трибологія 234 (2020) 1563.
5. B. Жмуд, Трибологія двигуна: тернистий шлях від лабораторії до поля, Мастило 154 (2019) 20.
6. Р.І. Тейлор, Р.К. Coy, Покращена паливна економічність завдяки конструкції мастильних матеріалів: Рецензія, проц. Ін-т Механіка. З англ. 214 (1999) 1.
7. B. Татієвський, Б. Жмуд, «Паливозберігаючі моторні масла: Наукове обґрунтування та суперечки», у проц. 20-й Міжнародний колоквіум з трибології, Штутгарт, Німеччина, 12-14 січня 2016 року.
8. Д.Е. Сандер, Х. Аллмаєр, К. Кнаудер, Ф. Штрьомштедт, Потенціали та ризики зменшення тертя з майбутніми моторними оливами з наднизькою в'язкістю. МТЗ Всесвіт 79 (2018) 21.
9. P. Kleijwegt, R. ter Rele, M. Sabater Ferret, R. van den Bulk, "Глобальні специфікації моторних олив для важких умов експлуатації та їх вплив на мастильні матеріали поточного та наступного покоління" Benelux Smeermiddelen Congres, Retie, Бельгія, 26 вересня 2019 р.
10. Г. Лехнер, А. Кнафл, Д. Ассаніс, С. Церегуніс, М. Макміллан, С. Тунг, П. Мулава, Е. Бардаш, С. Каулінг, Вплив моторного масла на тертя та викиди легкого дизельного двигуна з прямим упорскуванням 2,2 л, Частина 1 - Результати випробувань двигуна. Технічні документи SAE 2002-01-2681.
11. S. Тунг, М. Макміллан, Г. Хонг, Е. Бардаш, Вплив моторного масла на тертя та знос за допомогою компонентів дизельного двигуна з безпосереднім упорскуванням 2,2 л для стендових випробувань, частина 2: Результати трибологічних стендових випробувань та поверхневих аналізів. Технічні документи SAE 2004-01-2005.
12. B. Жмуд, Е. Томанік, "Оптимізація трибології поршня/каналу ствола: Роль технічних характеристик поверхні, кільцевої упаковки та мастила». Міжнародний колоквіум з трибології, Есслінген, Німеччина, 28-30 січня 2020 р.
13. B. Жмуд, Б. Татієвський, «Підготовка до ILSAC GF-6: Переваги повністю синтетичних моторних олив для підвищення економії палива». Всесвітній конгрес трибологів, Пекін, Китай, вересень 17-22, 2017.
14. B. Жмуд, «Сучасні досягнення в області мастильних матеріалів для картерів». Європейський саміт з базових олив і мастильних матеріалів, Роттердам, Нідерланди, 20-21 листопада 2019 р.
15. H. Шипи, Присадки-модифікатори тертя, Trib. Летт. 60 (2015) 5.
16. B. Жмуд, М. Рег'є, Нові базові оливи створюють проблему для розчинності та змащувальної здатності, Трибологія та технологія змащування 65 (7) (2009) 34.
17. M. Рег'є, Б. Жмуд, Трибологічні характеристики іонізованих рослинних олій як змащувальних і жирних олійних добавок у мастильних матеріалах і паливі, Наука про мастила 21 (2009) 169.
18. M.C. Саутбі, Х. Гао, Ч. Чен, К. А. Чін, Б.Л. Parke, Мастильний склад, Патент WO 2015193395, 23 грудня 2015 р.
19. S. Лі, Р. Чжан, Ю. Цзінь, Ю. Ван, С. Тунг, Трибокарбонізація синтетичного моторного масла в змащеному контакті ковзання поршневого кільця/отвору циліндра та її зв'язок із тертям та зносом. Журнал синтетичного змащення 20 (2003) 203.
20. B. Жмуд, «Внутрішньовиробнича обкатка компонентів двигуна за допомогою процесу трибокондиціонування®», в М. Абдель Вахаб (ред.): FFW 2018, LNME, с. 671–681, 2019.
21. S. Ешворт, К. Містрі, А. Моріна, А. Невілл, Однокулачковий трибометр для оцінки трибологічних параметрів і трибохімії послідовника клапанного механізму з покриттям DLC. Трибологія - матеріали, поверхні та інтерфейси, 6 (2012) 31.
22. S. Лі, Р. Чжан, Ю. Цзінь, Ю. Ван, С. Тунг, Конкурентна поверхнева взаємодія критичних присадок з компонентами поршневого кільця/гільзи циліндра в умовах змащення. Трибологічні транзакції 46 (2003) 200.
23. S. Йошіда, К. Ямаморі, С. Хірано, Т. Сагава та ін., Розробка специфікації автомобільних бензинових моторних олив нового покоління JASO GLV-1 з низькою в'язкістю. Технічний документ SAE 2020-01-1426