Fuel Economy Engine Oils: Наукове обґрунтування та суперечки

Оскільки значна частина втрат енергії в двигуні внутрішнього згоряння відбувається через розсіювання в'язкості, тенденція змістилася в бік низьков'язких масел з SAE 40 і 50 в 1960-х-1980-х роках до сучасних марок в'язкості SAE 20 і нижче. Використання моторних масел з низькою в'язкістю значно знижує втрати енергії в корінних підшипниках і поршневих / прохідних системах, в той час як трибологічні навантаження на клапанну передачу - особливо в двигунах з плоским штовхачем - можуть збільшуватися. Це є вагомим аргументом для розгортання нових класів модифікаторів тертя та протизносних присадок. Однак розробка збалансованого складу не така проста, як здається, і через адитивні взаємодії можна зіткнутися з численними підводними каменями. Ще однією серйозною проблемою є те, що визначення поняття «моторне масло з економією палива» досить розпливчасте, оскільки залежить від вибору еталонного масла. В даний час оцінка економії палива заснована на тестах Sequence VIE або VIF з використанням бензинового двигуна 3.6L GM V6 2012 року. Не дивно, що результати цього тесту виявляться в значній мірі оманливими при екстраполяції на сучасні сильно посилені двигуни низького об'єму. Отже, існує багато специфічних для OEM тестів економії палива, і різні конструкції двигунів часто дають суперечливі результати. Крім того, характеристики «паливної економічності» одного і того ж масла в одному і тому ж двигуні можуть різко змінюватися в залежності від циклу водіння. Наприклад, масло низької в'язкості може підвищити економію палива на крейсерських швидкостях (обмеження високої швидкості / низького навантаження) і погіршити економію палива під час агресивної їзди по місту (низька швидкість / високе навантаження).

Всі вищезазначені обставини повинні враховуватися при спробі гармонізувати нормативні вимоги щодо продуктивності з очікуваннями клієнтів.

Introduction

Нові стандарти економії палива для автомобілів, встановлені урядами великих економік G20, і зміна переваг клієнтів, обумовлена високими цінами на паливо разом з податками на викиди вуглецю, посилюють тиск на автовиробників. У США Національне управління безпеки дорожнього руху (NHTSA) і Агентство з охорони навколишнього середовища (EPA) нещодавно випустили правило про безпечніші доступні паливні засоби (SAFE), яке встановлює жорсткі стандарти економії палива і вуглекислого газу. Ці стандарти застосовуються до легкових автомобілів і легких вантажівок і встановлюють рухому мету, яка 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 на галон за прогнозованою загальною середньою необхідною економією палива в 2026 МР порівняно з 46,7 миль на галон на галон за стандартами 2012 року. Останній знову був нижчим, ніж початкові цілі EPA на 2025 рік у 62 миль на галлон, оголошені десять років тому, які незабаром були зменшені до 56 миль на галлон.

Це показує, що прогрес є досить болючим, і надмірно амбітні цілі не можуть бути досягнуті без міцної технологічної основи та потужних фінансових стимулів для стимулювання змін.

Інші ринки слідують тій же тенденції, див. рис. 1.

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

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 викидів нових автомобілів по всьому автопарку ЄС встановлений на рівні 95 г CO2/км. Це відповідає витраті палива близько 4,1 л/100 км (57,4 миль на галлон) бензину або 3,6 л/100 км (65,3 миль на галлон) дизельного палива. Сьогодні середній рівень викидів CO2 для нових автомобілів, що продаються в ЄС, становить близько 120 г CO2/км. Виробники автомобілів платять штраф у розмірі 95 євро за кожну г/км понад заплановану мету.

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

Ці політичні та економічні фактори інтенсифікують науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи, що вживаються великими виробниками в їх прагненні до кращої паливної ефективності. Окрім узгоджених зусиль з електрифікації силових агрегатів та використання альтернативних джерел енергії для скорочення викидів парникових газів (ПГ), великий акцент робиться на розумінні трибологічних аспектів втрат енергії в силових агрегатах та використанні сучасних досягнень у мастильній техніці та покриттях для мінімізації цих втрат. Щоб заохотити 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, виробникам надаються «суперкредити» за виведення на ринок автомобілів з нульовим і низьким рівнем викидів (BEV, PHEV), що викидають менше 50 г CO2/км.

Витрати на розробку, матеріальні витрати і виробничі витрати 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.