Vakiintuneen käsityksen mukaan polttoainetaloudellisuutta lisäävät moottoriöljyt vähentävät kitkaa ja pidentävät moottorin käyttöikää. Tämän artikkelin tarkoituksena on kyseenalaistaa perinteinen viisaus erityisesti nykyaikaisten (GF-3 ILSAC/API Starburst) moottoriöljyjen osalta.
Polttoainetaloudellisuus:
Ensiksi meidän on kohdattava se tosiasia, että amerikkalainen kuluttaja ei yleensä välitä polttoainetaloudesta kuin vaikeina taloudellisina aikoina. Myydyin henkilöauto numero 1 on Fordin F-sarjan pickup. Viisi kymmenestä myydyimmästä autosta on kuorma-autoja, ja kuorma-autot myyvät enemmän kuin henkilöautot.
Joitakin kuorma-autoja kutsutaan urheilullisiksi hyötyajoneuvoiksi, joita muuten kutsutaan maastureiksi, koska niiden omistajat eivät halua myöntää, että ne ovat kuorma-autoja. Näiden ajoneuvojen massa (koko, paino) ei edistä suurta polttoainetaloutta.
Kuva 1. Laakerien kuluminen
Lisäksi on otettava huomioon, miten useimpia ajoneuvoja ajetaan. Jokainen, joka kiihdyttää hitaasti tai ajaa nopeusrajoitusta säästääkseen energiaa, on vaaraksi itselleen ja muille kuljettajille, joilla on paljon suurempi kiire.
Autojen valmistajat ovat toisaalta huolissaan polttoainetaloudesta. Valmistajia uhkaavat suuret sakot, jos niiden valmistama autokanta ei täytä liittovaltion niille asettamia CAFE-vaatimuksia (Corporate Average Fuel Economy).
Marssi ohuempiin öljyihin
Ohuempia öljyjä käytetään nykyään kolmesta syystä: Ne säästävät polttoainetta testimoottoreissa, viskositeettisäännöt ovat muuttuneet ja valmistajat suosittelevat ohuempia laatuja.
Sequence VI-B on testi, jota käytetään polttoainetaloudellisuuden arvioinnissa GF-3-spesifikaatiota varten. VI-B-testimoottorissa on rullanokka, kun vanhassa Sequence VI -testissä käytettiin liukunokkia. Vanha Sequence VI -testi reagoi hyvin kitkanmuokkausaineisiin, mutta Sequence VI-B reagoi ohuempiin öljyihin.
Testiöljyn polttoainetaloudellisuutta verrataan referenssiöljyn polttoainetaloudellisuuteen Sequence VI-B -testissä. Jotta testiöljy läpäisee testin, sen on parannettava polttoainetaloutta yhdestä kahteen prosenttia viskositeettiluokasta riippuen. SAE 5W-20:n on tuotettava korkeampi suhteellinen polttoainetehokkuus kuin SAE 5W-30:n.
On mielenkiintoista huomata, että vertailuöljy on täysin PAO-synteettinen SAE 5W-30. Saadakseen GF-3 Starburst -luokituksen tavallisten mineraaliöljyjen oli voitettava täyssynteettisen vertailuöljyn polttoainetaloudellisuus. (Näyttää siltä, että polttoainetaloudessa on muutakin kuin maaginen perusöljy.)
Toinen polttoainetalouteen vaikuttava tekijä on väliaikainen polymeerin leikkaus. Nämä polymeerit ovat lisäaineita, joita kutsutaan viskositeetti-indeksin parantajiksi (tai modifioijiksi). Polymeerit ovat öljyyn liuotettuja muoveja, joilla saadaan aikaan moniviskositeettiset ominaisuudet. Aivan kuten jotkut muovit ovat kovempia, hauraampia tai lämmönkestävämpiä kuin toiset, eri polymeereillä on erilaisia ominaisuuksia.
Polymeerit ovat valtavia molekyylejä, joilla on monia haaroja. Kun niitä kuumennetaan, ne purkautuvat ja leviävät. Oksat kietoutuvat toisten polymeerimolekyylien haaroihin ja vangitsevat ja ohjaavat monia pieniä öljymolekyylejä. Siksi suhteellisen pienellä määrällä polymeeriä voi olla valtava vaikutus öljyn viskositeettiin.
Kun öljy pakotetaan laakerin ja akselin väliin, monilla polymeereillä on taipumus asettua toistensa kanssa samalle viivalle, vähän niin kuin pesälusikat. Kun näin tapahtuu, viskositeetti laskee. Sitten kun öljy etenee laakerin läpi, polymeerimolekyylit sotkeutuvat uudelleen ja viskositeetti palautuu normaaliksi. Tätä ilmiötä kutsutaan tilapäiseksi leikkautumiseksi.
Koska Sequence VI-B -testi reagoi viskositeetin alenemiseen, öljynvalmistajat luottavat polymeerien leikkautumiseen testin läpäisemiseksi. Shear-stabiili polymeeri tekee GF-3-polttoainetaloustestin läpäisemisestä paljon haastavampaa.
Uudet säännöt, jotka määrittelevät SAE:n viskositeettiluokkien kylmävirtausvaatimukset (SAE J300), tulivat voimaan kesäkuussa 2001. Autonvalmistajat pelkäsivät, että nykyaikaiset ruiskutusjärjestelmät saattaisivat sallia moottorin käynnistymisen alhaisemmissa lämpötiloissa kuin öljyn virtaaminen öljypumppuun. Näin ollen uusilla säännöillä oli öljyä ohentava vaikutus.
Autovalmistajat suosittelevat nyt ajoneuvoihinsa aiempaa ohuempia öljyjä. Vuosia sitten SAE 10W-40 oli yleisimmin suositeltu viskositeettiluokka, joka siirtyi myöhemmin SAE 10W-30:een. SAE 5W-30 on nyt suosituin, mutta Ford ja Honda suosittelevat SAE 5W-20. On todennäköistä, että SAE 5W-20 ja muut ohuet öljyt yleistyvät, jotta CAFE-vaatimukset täyttyvät.
Kylmävirtausvaatimusten muuttumisen ja polttoainetaloudellisuustestien vuoksi, jotka painavat formuloijat viskositeettiluokkien alapäähän, nykyiset SAE 10W-30 -öljyt muistuttavat enemmänkin eilisiä (GF-1-speksejä) SAE 5W-30 -öljyjä. Tämän lisäksi autonvalmistajat suosittelevat yhä useammin ohuempia öljyjä. Tämä vaikuttaa naurettavalta. Maasturit ja kuorma-autot, joissa on luonnostaan tehottomampi neliveto ja tiiliseinäinen aerodynamiikka, tarvitsevat tehokkaita, bensaa ahmivia moottoreita liikuttaakseen massaansa nopeasti. Tämän vuoksi autonvalmistajat suosittelevat ohuiden öljyjen käyttöä polttoaineen säästämiseksi. Uskomatonta!
Viskositeetti ja kuluminen
Ohuemmissa öljyissä on vähemmän vastusta ja siten vähemmän kitkaa ja kulumista. Eikö niin? Ehkä testimoottorissa tai moottoreissa, jotka kokevat normaalin käytön. Mutta jonkin verran paksummat öljyt saattavat tarjota enemmän suojaa ankarammassa käytössä, kuten ajettaessa vuorten läpi, vedettäessä venettä, pölyisissä olosuhteissa, lyhyillä matkoilla, korkeilla kierrosluvuilla, ylikuormituksessa, ylikuumenemisessa ja ylijäähtymisessä.
Kuva 2. Renkaan kuluminen
Kaikki öljykalvon paksuutta vastaavat tai sitä suuremmat hankaavat hiukkaset aiheuttavat kulumista. Suodattimet ovat tarpeen epäpuhtauksien pitämiseksi pieninä. Yhtälön toinen puoli on öljykalvon paksuus. Paksummat öljykalvot voivat ottaa vastaan suurempia epäpuhtauksia.
Lämpötilalla on suuri vaikutus viskositeettiin ja kalvon paksuuteen. Vertailukohtana mainittakoon, että yksi SAE-luokan korotus viskositeetissa on tarpeen, jotta moottorin lämpötilan 20 °F:n nousun vaikutus voidaan voittaa. Tietyssä vertailupisteessä viskositeettiluokkien SAE 30, 40 ja 50 välillä on noin 20 °F. ero. SAE 20 on jonkin verran lähempänä 30:tä kuin muut hypyt, koska SAE 30:n on oltava 30°F korkeampi kuin SAE 20, jotta viskositeetti olisi suunnilleen sama.
Muilla sanoilla SAE 20 190°F:n lämpötilassa on suunnilleen sama kinemaattinen viskositeetti kuin SAE 30 220°F:n lämpötilassa, joka on suunnilleen sama viskositeetti kuin SAE 40:n lämpötilassa 240°F. Tämä approksimaatio toimii hyvin lämpötila-alueella 190°F-260°F. Voi yllättyä siitä, miten pieni ero on suoran viskositeetin ja moniviskositeettisten öljyjen välillä, joilla on sama takanumero (esimerkiksi SAE 30, SAE 5W-30 ja SAE 10W-30).
Jos SAE 50 -öljy 260°F:n lämpötilassa on yhtä ohut kuin SAE 20 -öljy 190°F:n lämpötilassa, kuvittele, miten ohueksi öljykalvo muuttuu, kun käytät SAE 5W-20 -öljyä ja moottori ylikuumenee. Kun moottori ylikuumenee, öljykalvo ohenee vaarallisen ohueksi ja voi repeytyä.
Ford törmää CAFE-vaatimuksiinsa ja suosittelee SAE 5W-20 -öljyä useimpiin moottoreihinsa Yhdysvalloissa. Se väittää, että SAE 5W-20 on optimaalinen polttoainetaloudellisuuden ja kulumisen kannalta.
Mutta sen selvittämiseksi, tarjoavatko SAE 5W-20 -öljyt samantasoisen suojan kuin SAE 5W-30 -öljyt, kysyttiin neuvoa englantilaiselta Dagenham Motorsilta, joka on yksi Euroopan suurimmista Ford-jälleenmyyjistä. SAE 5W-30 vaaditaan Englannissa takuuseen, eikä SAE 5W-20 ole edes saatavilla. Jos SAE 5W-20 olisi parempi sekä polttoainetalouden että kulumisen kannalta, miksi Ford ei suosittele sitä samoihin moottoreihinsa Euroopassa?
Kulumisenesto-ominaisuuksien muutokset
Toinen muutos, joka tapahtui henkilöautojen moottoriöljyissä GF-2:n ja GF-3:n myötä, on fosforin, joka on osa sinkkifosfaatti (ZDDP) -kulumisenestolisäainetta, tiukempi raja. Autonvalmistajat ovat huolissaan siitä, että fosfori kerrostuu katalysaattorin pinnoille ja lyhentää sen käyttöikää.
Kysymys on monimutkainen, ja kerrostumat riippuvat ZDDP:n erityisestä kemiasta ja valmiista öljyn koostumuksesta. Teollisuus ei onnistunut suunnittelemaan moottoritestiä öljyn katalysaattorikertymien muodostumistaipumusta varten. Siksi autonvalmistajat asettivat moottoriöljylle mielivaltaisen raja-arvon, joka on 0,1 prosenttia fosforia.
Kulumisenestolisäaineet ovat tärkeitä silloin, kun hydrodynaamista kalvoa ei ole, kuten venttiilikoneistossa. Kulumisenestolisäaineet aktivoituvat kitkalämmön vaikutuksesta, jolloin ne reagoivat kuuman pinnan kanssa ja muodostavat kemiallisen esteen kulumiselle.
Mekanismia, jolla fosforikerrostumat muodostuvat katalysaattorin pinnoille, ei täysin tunneta. Se ei korreloi suoraan öljyn haihtuvuuden tai öljynkulutuksen kanssa. Toisaalta, jos moottorin kuluminen aiheuttaa öljynkulutuksen lisääntymisen, riski fosforikerrostumien muodostumisesta katalysaattoriin kasvaisi dramaattisesti. Vaikuttaa siltä, että kulumisen ja öljynkulutuksen ehkäisemisen pitäisi olla etusijalla.
Viime aikoina öljynvalmistajat saattoivat valmistaa ensiluokkaisen tuotteen lisäämällä yksinkertaisesti enemmän ZDDP:tä. Nykyään samanlainen toimenpide johtaisi öljyn muotoiluun, joka ei tukisi uusien autojen takuita.
Lyhyen aikavälin ajattelu
Kulumisen lisääntyessä moottorin hyötysuhde heikkenee. Venttiilikoneiston kuluminen muuttaa hieman venttiilien ajoitusta ja liikettä. Renkaiden ja holkkien kuluminen vaikuttaa puristukseen. Kuluminen haittaa polttoainetehokkuutta ja tehontuottoa aluksi huomaamattomasti, mutta sitten eroa polttoainetaloudessa SAE 10W-30:n ja SAE 5W-20:n välillä on tuskin havaittavissa. Tehokkuus heikkenee edelleen kulumisen edetessä. Ehkäpä kulumissuojan optimointi on tapa vähentää polttoaineenkulutusta moottorin koko käyttöiän ajan.
Moottorit, joissa on tapahtunut merkittävää renkaiden ja holkkien kulumista, hyötyvät varmasti paksummista öljyistä. Paksumman öljyn käytön seurauksena puristus kasvaa, suorituskyky paranee ja öljynkulutus vähenee.
Pitkän käyttöiän öljyt ovat suhteellisen uusi henkilöautojen moottoriöljyjen luokka. Nämä tuotteet sisältävät tyypillisesti enemmän pesu-/hajotusaine- ja kulumisenestolisäaineita kuin uudet henkilöautojen öljyt. Ne sisältävät tyypillisesti tiivisteen paisunta-ainetta ja niitä on saatavana paksumpina viskositeettiluokkina kuin mitä useimmat uudet autot suosittelevat. ”Korkea ajokilometrimäärä” näyttää määrittyvän seuraavasti: ”heti kun autosi takuu päättyy.”
Mitä käyttää
Vaikka ohuemmat öljyt, joissa on vähemmän kulumisenestolisäaineita, päihittävät vankemmat tuotteet 96 tunnin polttoainetaloudellisuustestissä, ei ole selvää, että tällaiset tuotteet säästävät polttoainetta moottorin käyttöiän aikana.
Jokainen neste on kompromissi. Autonvalmistajien suosittelemat öljyt näyttävät tinkivän kulumissuojasta vaikeissa olosuhteissa polttoainetalouden ja katalysaattorin kestävyyden saavuttamiseksi. On tärkeää tiedostaa, että sellaisen tuotteen käyttäminen, joka tarjoaa enemmän suojaa kulumiselta, todennäköisesti vaarantaa takuun. Paksummat öljyt heikentävät myös kylmälämpötilan virtausta, mikä voi olla huolestuttavaa ilmastosta ja vuodenajasta riippuen.
Paras kulumissuoja on luultavasti tuote, joka on hieman paksumpi (kuten SAE 10W-30 tai 15W-40) ja jossa on enemmän kulumista estäviä lisäaineita kuin takuuta tukevissa öljyissä. Paras öljy ajoneuvollesi riippuu ajotottumuksistasi, moottorin iästä ja ilmastosta, jossa ajat, mutta se ei välttämättä ole se öljytyyppi, joka on määritetty omistajan käsikirjassa tai joka on leimattu mittatikun päälle.
