Konwencjonalna mądrość głosi, że oleje silnikowe, które zwiększają oszczędność paliwa pozwalają na mniejsze tarcie i przedłużają żywotność silnika. Celem tego artykułu jest podważenie konwencjonalnej mądrości, szczególnie w odniesieniu do nowoczesnych olejów silnikowych (GF-3 ILSAC/API Starburst).
Fuel Economy: Does Anyone Really Care?
Po pierwsze, powinniśmy zmierzyć się z faktem, że amerykański konsument nie dba o ekonomię paliwową, chyba że w trudnych ekonomicznie czasach. Numerem 1 wśród najlepiej sprzedających się samochodów osobowych jest Ford F-Series Pickup. Pięć z 10 najlepiej sprzedających się pojazdów to ciężarówki, a ciężarówki wyprzedają samochody.
Niektóre z tych ciężarówek nazywane są pojazdami sportowo-użytkowymi, inaczej zwanymi SUV-ami, ponieważ ich właściciele nie chcą przyznać, że są ciężarówkami. Masa (rozmiar, ciężar) tych pojazdów nie sprzyja dużej oszczędności paliwa.
Rysunek 1. Zużycie łożysk
Dodatkowo należy rozważyć sposób prowadzenia większości pojazdów. Każdy, kto przyspiesza powoli lub jedzie z ograniczeniem prędkości, aby oszczędzać energię, stanowi zagrożenie dla siebie i innych kierowców, którym znacznie bardziej się spieszy.
Producenci samochodów, z drugiej strony, są zaniepokojeni oszczędnością paliwa. Producentowi grożą duże grzywny, jeśli flota samochodów, które produkuje, nie spełnia wymogów Corporate Average Fuel Economy (CAFE) nałożonych na nich przez rząd federalny.
Marsz do cieńszych olejów
Cieńsze oleje są używane obecnie z trzech powodów: Oszczędzają one paliwo w silnikach testowych, zmieniły się zasady dotyczące lepkości, a producenci zalecają cieńsze gatunki.
Sekwencja VI-B jest testem używanym do oceny oszczędności paliwa dla specyfikacji GF-3. Silnik testowy VI-B jest wyposażony w krzywkę rolkową, podczas gdy w starym teście Sekwencji VI używano krzywki ślizgowej. Stary test Sequence VI dobrze reagował na modyfikatory tarcia, ale test Sequence VI-B reaguje na cieńsze oleje.
Efektywność paliwowa oleju testowego jest porównywana z efektywnością paliwową oleju referencyjnego w teście Sequence VI-B. Aby zdać test, olej testowy musi poprawić zużycie paliwa o jeden do dwóch procent, w zależności od klasy lepkości. Olej SAE 5W-20 musi zapewniać wyższą względną oszczędność paliwa niż olej SAE 5W-30.
Co ciekawe, olejem referencyjnym jest w pełni syntetyczny olej PAO SAE 5W-30. Aby zakwalifikować się do GF-3 Starburst, zwykłe oleje mineralne musiały pokonać oszczędność paliwa w pełni syntetycznego oleju referencyjnego. (Wygląda na to, że oszczędność paliwa to coś więcej niż magiczny olej bazowy.)
Innym czynnikiem wpływającym na oszczędność paliwa jest tymczasowe ścinanie polimerów. Polimery te są dodatkami znanymi jako polepszacze wskaźnika lepkości (lub modyfikatory). Polimery są tworzywami sztucznymi rozpuszczonymi w oleju w celu zapewnienia właściwości wieloskrętności. Podobnie jak niektóre tworzywa sztuczne są twardsze, bardziej kruche lub bardziej odporne na ciepło niż inne, różne polimery mają różne właściwości.
Polimery są ogromne cząsteczki z wielu gałęzi. Jak są one ogrzewane, one uncoil i rozprzestrzeniać. Gałęzie te plączą się z gałęziami innych cząsteczek polimeru i zatrzymują i kontrolują wiele maleńkich cząsteczek oleju. Dlatego stosunkowo niewielka ilość polimeru może mieć ogromny wpływ na lepkość oleju.
Jak olej jest wtłaczany pomiędzy łożysko i czop, wiele polimerów ma tendencję do wyrównywania się ze sobą, trochę jak łyżki w gniazdach. Kiedy tak się dzieje, lepkość spada. Następnie, gdy olej przechodzi przez łożysko, cząsteczki polimerów ponownie się splatają i lepkość wraca do normy. Zjawisko to określane jest jako ścinanie tymczasowe.
Ponieważ test Sekwencji VI-B reaguje na zmniejszenie lepkości, producenci olejów polegają na ścinaniu polimerów, aby przejść test. Polimer stabilny na ścinanie sprawia, że przejście testu zużycia paliwa GF-3 jest znacznie trudniejsze.
Nowe zasady określające wymagania dotyczące przepływu na zimno dla klas lepkości SAE (SAE J300) weszły w życie w czerwcu 2001 roku. Producenci samochodów obawiali się, że nowoczesne systemy wtryskowe mogą pozwolić na uruchomienie silnika w temperaturze niższej niż temperatura, w której olej może przepływać do pompy olejowej. W związku z tym nowe przepisy miały wpływ na rozrzedzenie oleju.
Producenci samochodów zalecają obecnie cieńsze oleje do swoich pojazdów niż w przeszłości. Przed laty najczęściej zalecanym stopniem lepkości był SAE 10W-40, który później zmienił się na SAE 10W-30. Obecnie najbardziej popularny jest SAE 5W-30, ale Ford i Honda zalecają SAE 5W-20. Jest prawdopodobne, że bardziej powszechne przyjęcie SAE 5W-20 i innych rzadkich olejów może nastąpić, aby pomóc w spełnieniu wymagań CAFE.
Z powodu zmian w wymaganiach dotyczących przepływu na zimno i testu oszczędności paliwa, które popychają producentów w kierunku najniższej klasy lepkości, dzisiejsze oleje SAE 10W-30 są bardziej podobne do wczorajszych (GF-1 spec) olejów SAE 5W-30. Co więcej, istnieje tendencja do zalecania przez producentów samochodów cieńszych gatunków. Wydaje się to niedorzeczne. SUV-y i ciężarówki, z ich z natury mniej wydajnym napędem na cztery koła i ceglaną aerodynamiką, potrzebują potężnych, gazożernych silników, aby szybko przemieszczać swoją masę. W odpowiedzi producenci samochodów zalecają stosowanie rzadkich olejów, aby zaoszczędzić paliwo. Niewiarygodne!
Twardość i zużycie
Cienkie oleje mają mniejszy opór, a zatem mniejsze tarcie i zużycie. Prawda? Być może w silniku testowym lub w silnikach, które pracują normalnie. Ale nieco gęstsze oleje mogą zapewnić większą ochronę w przypadku cięższych operacji, takich jak jazda przez góry, ciągnięcie łodzi, zapylenie, krótkie podróże, wysokie obroty, przeciążenie, przegrzanie i przechłodzenie.
Figura 2. Zużycie pierścieni
Każde cząstki ścierne równe lub większe od grubości filmu olejowego powodują zużycie. Filtry są niezbędne, aby utrzymać zanieczyszczenia na niskim poziomie. Drugą stroną równania jest grubość filmu olejowego. Grubszy film olejowy może pomieścić większe zanieczyszczenia.
Temperatura ma duży wpływ na lepkość i grubość filmu. Jako punkt odniesienia, wzrost lepkości o jeden stopień SAE jest konieczny, aby zniwelować wpływ wzrostu temperatury silnika o 20°F. W danym punkcie odniesienia, różnica pomiędzy klasami lepkości SAE 30, 40 i 50 wynosi około 20°F. Lepkość SAE 20 jest nieco bliższa lepkości 30 niż pozostałych, ponieważ lepkość SAE 30 musi być o 30°F wyższa niż SAE 20, aby była w przybliżeniu równoważna lepkości.
Innymi słowy, lepkość SAE 20 w temperaturze 190°F jest mniej więcej taka sama jak lepkość kinematyczna SAE 30 w temperaturze 220°F, która jest mniej więcej taka sama jak lepkość SAE 40 w temperaturze 240°F. Przybliżenie to sprawdza się w zakresie temperatur od 190°F do 260°F. Można być zaskoczonym niewielką różnicą między olejami o prostej lepkości a olejami wielotemperaturowymi o tym samym numerze wstecznym (na przykład SAE 30, SAE 5W-30 i SAE 10W-30).
Jeśli olej SAE 50 w temperaturze 260°F jest tak cienki jak olej SAE 20 w temperaturze 190°F, wyobraź sobie, jak cienki staje się film olejowy, gdy używasz oleju SAE 5W-20 i silnik się przegrzewa. Kiedy silnik się przegrzewa, warstwa oleju staje się niebezpiecznie cienka i może pęknąć.
Ford zderza się z wymaganiami CAFE i zaleca olej SAE 5W-20 dla większości swoich silników w Stanach Zjednoczonych. Twierdzi, że SAE 5W-20 jest optymalny pod względem wydajności paliwa i zużycia.
Aby ustalić, czy oleje SAE 5W-20 zapewniają taki sam poziom ochrony jak oleje SAE 5W-30, skonsultowano się z Dagenham Motors w Anglii, jednym z największych dealerów Forda w Europie. SAE 5W-30 jest wymagany do celów gwarancyjnych w Anglii, a SAE 5W-20 nie jest nawet dostępny. Gdyby SAE 5W-20 był lepszy zarówno pod względem oszczędności paliwa jak i zużycia, dlaczego Ford nie zalecałby go do tych samych silników w Europie?
Zmiany właściwości przeciwzużyciowych
Inną zmianą, która zaszła w olejach silnikowych do samochodów osobowych z GF-2 i GF-3 jest bardziej rygorystyczny limit fosforu, który jest częścią dodatku przeciwzużyciowego fosforanu cynku (ZDDP). Producenci samochodów obawiają się, że fosfor będzie osadzał się na powierzchniach katalizatora i skracał jego żywotność.
Jest to skomplikowane zagadnienie, a osady zależą od konkretnego składu chemicznego ZDDP i gotowej receptury oleju. Przemysłowi nie udało się opracować testu silnika dla tendencji oleju do tworzenia osadów w katalizatorze. Dlatego producenci samochodów ustalili arbitralny limit dla oleju silnikowego na poziomie 0,1 procent fosforu.
Dodatki przeciwzużyciowe są ważne w przypadku braku filmu hydrodynamicznego, np. w układzie rozrządu. Dodatki przeciwzużyciowe są aktywowane przez ciepło tarcia, które powoduje ich reakcję z gorącą powierzchnią i tworzą chemiczną barierę dla zużycia.
Mechanizm, w którym osady fosforu tworzą się na powierzchniach katalizatorów nie jest w pełni zrozumiały. Nie koreluje on bezpośrednio z lotnością oleju lub jego zużyciem. Z drugiej strony, jeśli zużycie silnika powoduje wzrost zużycia oleju, to ryzyko tworzenia się osadów fosforu w katalizatorze drastycznie wzrasta. Wygląda na to, że zapobieganie zużyciu silnika i oleju powinno być priorytetem.
W przeszłości producenci olejów mogli stworzyć produkt premium po prostu dodając więcej ZDDP. Podobne posunięcie w dzisiejszych czasach doprowadziłoby do powstania oleju, który nie spełniałby warunków gwarancji na nowe samochody.
Myślenie krótkoterminowe
Wraz ze wzrostem zużycia, spada wydajność silnika. Zużycie rozrządu nieznacznie zmienia rozrząd i ruch zaworów. Zużycie pierścieni i wykładzin wpływa na kompresję. Zużycie wpływa na wydajność paliwa i moc początkowo w sposób niezauważalny, ale potem różnica w zużyciu paliwa między olejem SAE 10W-30 a SAE 5W-20 jest ledwo zauważalna. Wraz z postępującym zużyciem wydajność nadal spada. Być może optymalizacja ochrony przed zużyciem jest sposobem na zmniejszenie zużycia paliwa przez cały okres eksploatacji silnika.
Na pewno silniki, które doświadczyły znacznego zużycia pierścieni i tulei, korzystają z grubszych olejów. Zastosowanie grubszego oleju skutkuje wzrostem kompresji, poprawą osiągów i zmniejszeniem zużycia oleju.
Oleje o wysokim przebiegu są stosunkowo nową kategorią olejów silnikowych do samochodów osobowych. Produkty te zawierają zazwyczaj więcej detergentów/dyspergatorów i dodatków przeciwzużyciowych niż nowe oleje samochodowe. Zazwyczaj zawierają środek spęczniający uszczelkę i są dostępne w grubszych klasach lepkości niż te, które zaleca większość nowych samochodów. „Wysoki przebieg” wydaje się być zdefiniowany przez „jak tylko twój samochód wygaśnie z gwarancji.”
Czego używać
Aczkolwiek cieńsze oleje z mniejszą ilością dodatków przeciwzużyciowych przewyższają bardziej wytrzymałe produkty w 96-godzinnym teście zużycia paliwa, nie jest jasne, czy takie produkty oszczędzają paliwo przez cały okres użytkowania silnika.
Każdy płyn jest kompromisem. Oleje zalecane przez producentów samochodów wydają się kompromisowo ograniczać ochronę przed zużyciem w trudnych warunkach, aby uzyskać oszczędność paliwa i trwałość katalizatora. Ważne jest, aby wiedzieć, że użycie produktu, który oferuje większą ochronę przed zużyciem, najprawdopodobniej spowoduje utratę gwarancji. Grubsze oleje zmniejszają również przepływ w niskich temperaturach, co może być powodem do niepokoju w zależności od klimatu i pory roku.
Najlepszą ochroną przed zużyciem jest prawdopodobnie produkt nieco grubszy (taki jak SAE 10W-30 lub 15W-40), który ma więcej dodatków przeciwzużyciowych niż oleje objęte gwarancją. Najlepszy olej dla Twojego pojazdu zależy od Twoich nawyków jazdy, wieku silnika i klimatu, w którym jeździsz, ale niekoniecznie jest to typ oleju podany w instrukcji obsługi lub wytłoczony na bagnecie.
.