Den konventionelle visdom siger, at motorolier, der øger brændstoføkonomien, giver mindre friktion og forlænger motorens levetid. Formålet med denne artikel er at udfordre den konventionelle visdom, især vedrørende moderne (GF-3 ILSAC/API Starburst) motorolier.
Brændstoføkonomi:
Først må vi se i øjnene, at den amerikanske forbruger typisk ikke bekymrer sig om brændstoføkonomi, undtagen i vanskelige økonomiske tider. Den mest solgte personbil er Ford F-Series Pickup. Fem af de 10 mest solgte køretøjer er lastbiler, og lastbiler sælger flere biler end biler.
En del af lastbilerne kaldes sport-utility vehicles, også kendt som SUV’er, fordi deres ejere ikke ønsker at indrømme, at de er lastbiler. Massen (størrelse, vægt) af disse køretøjer er ikke befordrende for en god brændstoføkonomi.
Figur 1. Lejeslid
Dertil kommer, at man skal overveje, hvordan de fleste køretøjer køres. Enhver, der accelererer langsomt eller kører ved hastighedsgrænsen for at spare på energien, er en fare for sig selv og andre bilister, der har meget mere travlt.
Autoproducenterne er på den anden side bekymrede for brændstoføkonomien. Producenten risikerer store bøder, hvis den bilpark, den producerer, ikke lever op til CAFE-kravene (Corporate Average Fuel Economy), som den føderale regering har pålagt dem.
Marchet til tyndere olier
Tyndere olier anvendes i disse dage af tre grunde: De sparer brændstof i testmotorer, viskositetsreglerne er ændret, og producenterne anbefaler tyndere kvaliteter.
Sekvens VI-B er den test, der anvendes til at vurdere brændstoføkonomien for GF-3-specifikationen. VI-B-testmotoren er udstyret med en rullenumre, hvor den gamle Sequence VI-test anvendte en sliderenumre. Den gamle Sequence VI-test reagerede godt på friktionsmodifikatorer, men Sequence VI-B reagerer på tyndere olier.
Testoliens brændstofeffektivitet sammenlignes med brændstofeffektiviteten for en referenceolie i Sequence VI-B-testen. For at bestå skal testolien forbedre brændstoføkonomien med en til to procent, afhængigt af viskositetsklassen. SAE 5W-20 skal give en højere relativ brændstofeffektivitet end SAE 5W-30.
Det er interessant at bemærke, at referenceolien er en fuldt PAO-syntetisk SAE 5W-30. For at kvalificere sig til GF-3 Starburst skulle almindelige mineralolier slå brændstoføkonomien i forhold til den fuldsyntetiske referenceolie. (Det ser ud til, at der er mere til brændstoføkonomi end en magisk basisolie.)
En anden faktor i brændstoføkonomien er den midlertidige polymerafskæring. Disse polymerer er tilsætningsstoffer, der er kendt som viskositetsindeksforbedringsmidler (eller modificatorer). Polymerer er plast, der er opløst i olie for at give multiviskositetsegenskaber. Ligesom nogle plastmaterialer er hårdere, mere skøre eller mere varmebestandige end andre, har forskellige polymerer forskellige egenskaber.
Polymerer er enorme molekyler med mange forgreninger. Når de opvarmes, ruller de sig af og spreder sig ud. Forgreningerne vikler sig ind i andre polymermolekyler og fanger og kontrollerer mange små oliemolekyler. Derfor kan en forholdsvis lille mængde polymer have en enorm effekt på oliens viskositet.
Når olien tvinges mellem et leje og en lejetap, har mange polymerer en tendens til at flugte med hinanden, lidt ligesom nesting skeer. Når dette sker, falder viskositeten. Når olien derefter bevæger sig gennem lejet, vikler polymermolekylerne sig ind i hinanden igen, og viskositeten vender tilbage til det normale. Dette fænomen kaldes midlertidig forskydning.
Da sekvens VI-B-testen reagerer på nedsættelse af viskositeten, er olieformulatorer afhængige af polymerforskydning for at bestå testen. En shear-stabil polymer gør det meget vanskeligere at bestå GF-3-prøven for brændstoføkonomi.
Nye regler, der definerer kravene til SAE-viskositetsklassers koldstrømning (SAE J300), trådte i kraft i juni 2001. Bilfabrikanterne var bange for, at moderne indsprøjtningssystemer kunne gøre det muligt for motoren at starte ved lavere temperaturer, end olien kunne flyde ind i oliepumpen. Derfor havde de nye regler en fortyndingseffekt på olien.
Autoproducenterne anbefaler nu tyndere olier til deres køretøjer end tidligere. For år tilbage var SAE 10W-40 den mest almindeligt anbefalede viskositetsklasse, som senere overgik til SAE 10W-30. SAE 5W-30 er mest populær nu, men Ford og Honda anbefaler SAE 5W-20. Det er sandsynligt, at der kan ske en mere udbredt indførelse af SAE 5W-20 og andre tynde olier for at hjælpe med at overholde CAFE-kravene.
På grund af ændringen i koldstrømskravene og brændstoføkonomitesten, der skubber formulatorerne mod bunden af viskositetsklassen, ligner nutidens SAE 10W-30-olier mere gårsdagens (GF-1 spec) SAE 5W-30-olier. Dertil kommer, at der er en tendens til, at bilfabrikanterne anbefaler tyndere kvaliteter. Dette virker latterligt. SUV’er og lastbiler med deres iboende mindre effektive firehjulstræk og aerodynamik som murstensvægge har brug for kraftige, benzinslugende motorer til at flytte deres masse i en fart. Som reaktion herpå anbefaler bilproducenterne at bruge tynde olier for at spare brændstof. Utroligt!
Viskositet og slid
Tyndere olier har mindre modstandskraft og dermed mindre friktion og slid. Ikke sandt? Måske i testmotoren eller i motorer, der oplever normal drift. Men noget tykkere olier kan give mere beskyttelse ved mere hård drift, f.eks. ved kørsel gennem bjerge, trækning af en båd, støvede forhold, korte ture, høje omdrejninger, overbelastning, overophedning og overkøling.
Figur 2. Ringslid
Alle slibende partikler, der er lige så store som eller større end oliefilmtykkelsen, vil forårsage slid. Filtre er nødvendige for at holde forurenende stoffer små. Den anden side af ligningen er oliefilmtykkelsen. Tykkere oliefilm kan rumme større forureninger.
Temperaturen har stor betydning for viskositeten og filmtykkelsen. Som et referencepunkt er det nødvendigt med en stigning i viskositeten på én SAE-klasse for at overvinde påvirkningen fra en stigning i motortemperaturen på 20°F. Ved et givet referencepunkt er der ca. en forskel på 20°F mellem viskositetsklasserne SAE 30, 40 og 50. SAE 20 ligger noget tættere på 30 end de andre spring, fordi SAE 30 skal være 30°F højere end SAE 20 for at være nogenlunde tilsvarende viskositet.
Med andre ord er en SAE 20 ved 190°F omtrent samme kinematiske viskositet som en SAE 30 ved 220°F, som er omtrent samme viskositet som en SAE 40 ved 240°F. Denne tilnærmelse fungerer godt i temperaturområdet fra 190°F til 260°F. Man vil måske blive overrasket over den lille forskel mellem almindelig viskositet og multiviskositetsolier med samme bagnummer (f.eks. SAE 30, SAE 5W-30 og SAE 10W-30).
Hvis en SAE 50-olie ved 260°F er lige så tynd som en SAE 20-olie ved 190°F, så forestil dig, hvor tynd oliefilmen bliver, når du bruger en SAE 5W-20, og din motor overophedes. Når en motor overophedes, bliver oliefilmen faretruende tynd og kan gå i stykker.
Ford støder på sine CAFE-krav og anbefaler SAE 5W-20-olie til de fleste af sine motorer i USA. Det hævder, at SAE 5W-20 er optimal med hensyn til brændstofeffektivitet og slid.
For at fastslå, om SAE 5W-20-olier giver samme beskyttelsesniveau som SAE 5W-30-olier, blev Dagenham Motors i England, en af de største Ford-forhandlere i Europa, konsulteret. SAE 5W-30 er påkrævet af garantihensyn i England, og SAE 5W-20 er ikke engang tilgængelig. Hvis SAE 5W-20 var bedre både med hensyn til brændstoføkonomi og slid, hvorfor ville Ford så ikke anbefale den til de samme motorer i Europa?
Ændringer i antislitageegenskaber
En anden ændring, der er sket i personbilsmotorolier med GF-2 og GF-3, er en strengere grænse for fosfor, som er en del af zinkphosphat (ZDDP) antislitagetilsætningsstoffet. Bilfabrikanterne er bekymrede for, at fosfor vil aflejre sig på katalysatorens overflader og forkorte dens levetid.
Dette er et kompliceret spørgsmål, og aflejringerne afhænger af den specifikke ZDDP-kemi og den færdige olieformulering. Det er ikke lykkedes industrien at udvikle en motortest for en olies tendens til at danne aflejringer i katalysatoren. Derfor har bilfabrikanterne fastsat en vilkårlig grænse for motorolie på 0,1 procent fosfor.
Anti-slidtilsætningsstoffer er vigtige i mangel af en hydrodynamisk film, f.eks. i ventiltrækket. Anti-slidtilsætningsstofferne aktiveres af friktionsvarme, som får dem til at reagere med den varme overflade og danne en kemisk barriere mod slid.
Mekanismen, hvorved der dannes fosforaflejringer på katalysatoroverflader, er ikke fuldt ud forstået. Den korrelerer ikke direkte med olievolatilitet eller olieforbrug. På den anden side, hvis motorslitage medfører, at olieforbruget stiger, vil risikoen for dannelse af fosforaflejringer i katalysatoren stige dramatisk. Det ser ud til, at forebyggelse af slid og olieforbrug bør være en prioritet.
Tidligere kunne olieformulatorer fremstille et premiumprodukt ved blot at tilsætte mere ZDDP. Et lignende tiltag i dag ville resultere i en olieformulering, der ikke ville understøtte garantierne for nye biler.
Kortsigtet tænkning
Da sliddet øges, falder motorens effektivitet. Slid på ventiltrækket ændrer ventilenes timing og bevægelse en smule. Slid af ringe og foringer påvirker kompressionen. Slidet skader brændstofeffektiviteten og effektudbyttet med et umærkeligt beløb i begyndelsen, men derefter er forskellen i brændstoføkonomi mellem en SAE 10W-30 og SAE 5W-20 næppe mærkbar. Effektiviteten fortsætter med at falde, efterhånden som slidet skrider frem. Måske er optimering af slidbeskyttelsen vejen til at reducere brændstofforbruget i løbet af motorens levetid.
Sikkert er det, at motorer, der har oplevet betydeligt slid på ringe og liner, har gavn af tykkere olier. Brug af tykkere olie resulterer i øget kompression, forbedret ydeevne og reduceret olieforbrug.
High-mileage-olier er en relativt ny kategori af motorolier til personbiler. Disse produkter indeholder typisk flere detergent/dispergeringsmiddel og anti-slidtilsætningsstoffer end nye bilolier. De indeholder typisk et middel til opsvulmning af forsegling og fås i tykkere viskositetsklasser, end de fleste nye biler anbefaler. “Høj kilometertal” synes at være defineret ved “så snart din bil er ude af garantien.”
Hvad skal du bruge
Og selv om tyndere olier med mindre anti-slidtilsætningsstof klarer sig bedre end mere robuste produkter i 96-timers brændstoføkonomitesten, er det ikke klart, at sådanne produkter sparer brændstof i løbet af motorens levetid.
Alle væsker er et kompromis. De olier, der anbefales af bilfabrikanterne, synes at gå på kompromis med beskyttelsen mod slid under svære forhold for at opnå brændstoføkonomi og katalysatorens holdbarhed. Det er vigtigt at erkende, at hvis du bruger et produkt, der giver mere beskyttelse mod slid, vil det højst sandsynligt gå ud over din garanti. Tykkere olier kompromitterer også flowet ved kolde temperaturer, hvilket kan være et problem afhængigt af klima og årstid.
Den bedste beskyttelse mod slid er sandsynligvis et produkt, der er lidt tykkere (f.eks. SAE 10W-30 eller 15W-40) og har flere anti-slidtilsætningsstoffer end de olier, der understøtter garantien. Den bedste olie til dit køretøj afhænger af dine kørselsvaner, motorens alder og det klima, du kører i, men det er ikke nødvendigvis den olietype, der er angivet i instruktionsbogen eller stemplet på målepinden.
