Print

Motorové oleje – nové trendy

-- 10.12.2018

Engine Oils – New Trends

ANOTACE

Článek se zabývá trendy ve vývoji motorových olejů, jejichž rámec tvoří legislativní požadavky na emise automobilů. Omezování hodnot oxidů dusíku a pevných částic ve výfukových plynech, snížení emisí oxidu uhličitého či nový způsob testování vytvářejí tlak na výrobce automobilů a nutí je k využití každého potenciálu pro dosažení cíle. Motorový olej může přispět ke snížení spotřeby paliva zejména snížením viskozity. Na základě požadavků výrobců automobilů byla vydána viskozitní klasifikace motorových olejů SAE J300 doplněná o nové, nízké viskozitní třídy. Diskutována je zejména dostatečnost viskozity při vysoké teplotě a velkém smykovém zatížení (HTHSV) pro splnění výkonnostních požadavků výrobců automobilů, historie postupu snižování této viskozity u vybraných automobilek. Porovnány jsou výkonnostní parametry vybraných specifikací s ohledem na změny HTHSV.

ABSTRACT

Article deals with trends in an engine oil development with regards to the environmental requirements. Limits of nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM) in engine emission, reduction of carbon dioxide emissions, new worldwide harmonised testing, put a pressure to OEM’s to use every potential to reach the target. Engine oil can contribute to lower fuel consumption by lower viscosity. Based on OEM’s requirements Engine oil viscosity classification SAE J300 was amended by new low viscosity grades. Discussed is a level of HTHSV sufficient to OEM’s engine oil performance requirements. Mentioned is a history of HTHSV level in requirements of selected OEM’s. Compared are performance parameters of selected specifications with regards to HTHSV changes.

LEGISLATIVNÍ RÁMEC

Euro 6

Emisní regulace pro výfukové plyny, oxid uhelnatý, uhlovodíky, oxidy dusíku a pevné částice byly poprvé uvedeny v r. 1992. V současné době platí pro osobní vozy, malá užitková vozidla i nákladní automobily norma Euro 6 (VI). Graf znázorňuje drastické snižování zejména oxidů dusíku a částic v emisích osobních automobilů. U zážehových motorů s přímým vstřikováním přibylo omezení emise částic. Částice jsou limitovány nejen objemem, ale také počtem.

Skandál s emisemi naftových motorů v reálném provozu vyvolal potřebu odlišného testování. Od září 2017 mohou být homologována vozidla, pokud odpovídají normě Euro 6c, tedy pokud jsou testována podle harmonizovaného postupu WLTP (Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure). Od 1. 9. 2018 všechna nová vozidla. Paralelně je uplatňována norma Euro 6D‑TEMP, měření ve skutečném provozu podle postupu RDE (Real Driving Emissions), ve kterém mohou být laboratorní hodnoty o něco více než dvojnásobně překročeny, maximálně však faktorem 2,1 (110 %). Od r. 2020 má být tento faktor snížen na 1,5 (50 %). WLTP bude implementován fázově, proto nově navrhované limity pro roky 2025 a 2030 nejsou definovány jako absolutní hodnoty. Jsou vyjádřeny jako procentuální snížení konkrétního cíle k roku 2021.

OXID UHLIČITÝ

Současná legislativa požaduje do roku 2021 dosáhnout 95 g CO2/km a pro malá užitková vozidla 147 g CO2/km. Hodnota se počítá podle hmotnosti vozidel, každoročně se upravuje podle průměrné hmotnosti vyrobených vozidel v minulých třech letech. Evropská komise prezentovala plán nastavení nových limitů emisí po roce 2020 v listopadu 2017.

V roce 2025 by měl být limit pro nově registrovaná osobní a malá užitková vozidla v EU o 15 % nižší než v roce 2021. A průměrné emise v roce 2030 by měly být o 30 % nižší než v roce 2021.

Komise tvrdí, že návrh je realistický. Měl by také pobídnout evropský automobilový průmysl k dosažení světové vůdčí role v inovacích, digitalizaci a dekarbonizaci. Dnes jsou výrobci ve Spojených státech, Japonsku, Jižní Koreji a Číně v segmentu tzv. čistých vozů velmi rychlí, ti evropští by mohli ztrácet vedoucí postavení ve vývoji technologií. O návrhu se bude vyjednávat.

Evropská komise očekává, a to i přes nárůst vozidel s alternativním pohonem, že v roce 2030 bude mít 80 % nově vyráběných vozů stále spalovací motory.

ÚSPORA PALIVA V MOTORU

Již řadu let probíhá výzkum minimalizace ztráty třením, aby se lépe využilo motorové palivo a aby bylo dosaženo legislativou vyžadovaného omezení emisí.

Na ztráty třením v motoru je vydána asi třetina spotřeby paliva. Pístová skupina přispívá až 50 % k celkovým ztrátám. Další jsou ztráty na klikové hřídeli, ložiskách a ventilech. Ložiska pracují převážně v hydrodynamickém režimu, zatímco součásti ventilů jsou vystaveny smíšenému a meznímu režimu mazání. Průběh závislosti koeficientu tření na zatížení a obecné nároky mazaných třecích dvojic motoru jsou znázorněny v grafu č. 2.

Cílem je dosáhnout ploššího profilu křivky volbou přísad snižujících třecí koeficient pro režimy mezního a smíšeného mazání a snížením viskozity na straně hydrodynamického mazání.

Novým směrem se ubírá hledání synergického efektu, jímž je tzv. superlubricita, tj. speciální keramické povrchové materiály, povrchové úpravy a mazivové přísady (např. molybden) v oleji. 

Výzkum modifikátorů viskozity, které působí v režimu elastohydrodynamickém a hydrodynamickém, vede ke kombinaci různých typů polymerů, u nichž je hlavním požadavkem stálost. 

Snižuje se viskozita motorových olejů. Viskozitu primárně určují základové oleje. Oleje s vyšší viskozitou jsou formulovány se základovými oleji skupiny I  a v kombinaci se sk. III. Současný trend a zvyšování kapacit výroby sk. II by mohly  tuto kombinaci nahradit. 

Pro viskozitní třídy SAE 0W-20 a 0W-16 jsou postačující nejkvalitnější základové oleje sk. III, které mají nízkou odparnost a dobré nízkoteplotní vlastnosti. Takto jsou formulovány i současné prvonáplňové oleje. V dřívějších letech se častěji ve formulacích používaly  polyalfaolefiny,  které jsou dražší. S nárůstem objemu nízkoviskózních olejů se zvyšuje tlak na snížení ceny.  

Viskozita

S ohledem na komplexní funkci oleje v motoru je jeho viskozita posuzována za různých podmínek. Stanovuje se viskozita kinematická při 100 °C a dynamická třemi rozdílnými způsoby, které simulují práci v motoru. Dynamická viskozita za nízkých teplot a při pomalém pohybu hodnotí čerpatelnost v zimních podmínkách, dynamická viskozita za nízkých  teplot a při vysokých otáčkách představuje práci oleje v klikové skříni a konečně dynamická za vysokých teplot a vysokého smykového spádu dokladuje práci pístu. Výsledkem všech měření viskozity je zařazení oleje do viskozitní třídy podle mezinárodní normy SAE J 300. 

Do r. 2013 byla kinematická viskozita zjednodušenou kontrolou pro zařazení do viskozitní třídy, podobně jako je tomu u průmyslových olejů. Od roku 2013 byla doplněna viskozitní třída SAE 16. Historickou změnou bylo překrytí rozsahu kinetických viskozit u SAE 20 a 16. Zároveň byla zvýšena minimální kinetická viskozita třídy SAE 20. Důvodem byl požadavek výrobců, aby byla zajištěna správná funkce hydraulicky ovládaných řídicích prvků motoru, které jsou na viskozitu citlivé. Podpůrným důvodem bylo, že viskozita u spodní hranice nebyla využívána. Byl tím rovněž připraven prostor pro ještě nižší viskozitní třídy SAE 8 a 12 doplněné během aktualizace tabulky J300 v lednu 2015. V těchto nových viskozitních třídách byla kromě kinematické viskozity snížena dynamická viskozita za vysoké teploty (150 °C) a vysokého smykového spádu (106/s) (HTHSV), která má vztah k tloušťce mazacího filmu, resp. ke schopnosti chránit před opotřebením teplotně namáhané součásti.  Právě hranice této viskozity se zdály dlouhou dobu limitující pro snižování viskozity motorových olejů. 

Automobilky se shodovaly, že poměrně malé riziko lze očekávat až do hodnoty min. 2,3  mPa·s. Pod touto hranicí se objevuje vyšší opotřebení prvního pístního kroužku a ventilové skupiny, kde jsou vysoké teploty a vysoké přítlačné tlaky.

Výkonnostní specifikace

Nové viskozitní třídy předznamenaly první krok pro vznik nových výkonnostních specifikací.

V Evropě se tvoří nové specifikace na základě konsenzu ve skupině Lubricants organizace ACEA sdružující 15 evropských  výrobců automobilů; vydávány jsou jako European ACEA Oil Sequences + rok. Poslední vydání 2016 přidalo novou kategorii ACEA C5 pro oleje kompatibilní se zařízeními pro úpravu výfukových plynů a zároveň s nižší HTHS viskozitou, min. tedy 2,6 mPa·s.  Do nižších HTHS viskozit se zatím nepouští.  

Ještě nižší viskozitní třídy prosazují především japonské automobilky. Toyota je prý připravena použít olej SAE 0W-8 a namítá, že vývoj nových výkonnostních specifikací je pomalý. Americké a japonské automobilky tvoří společně specifikace podobně jako v Evropě (resp. Evropa následovala Ameriku) v rámci ILSAC (International Lubricant Standardization and Approval Committee). Na rozdíl od Evropy je oleji udělována licence. V současnosti však ani zde neexistují odpovídající specifikace motorových olejů pro oleje SAE 0W-16 a nižší. Oleje SAE 0W-16, nabízené dnes např. pro hybridní vozy, uvádějí výkonnostní specifikaci API SN, GF-5, která existuje od r. 2010 a jsou pro vyšší HTHSV. Licence podle specifikace ILSAC pro zážehové motory GF-6B pro 0W-16 jsou očekávány až od 2019. JAMA uvažuje o návrhu vlastních specifikací (JASO) pro japonský trh, které by byly zavedeny od dubna 2019 a obsahovaly by i 0W-8.

Předpokládané první náplně v r. 2020 u evropských automobilek:         

Postup k nízkým viskozitám je zatím opatrný. 

Historie snižování HTHSV u Volkswagenu: specifikace 503.00/506.00 pro oleje SAE 0W-30 se sníženou hranicí HTHSV na min. 2,9 mPa·s byly vydány na konci roku 1999.  Nové 504.00/507.00 na konci roku 2004 a požadovaly opět HTHSV min. 3,5 mPa·s a oleje 5W-30.  Změna přišla až po deseti letech s novými vozy na trhu od r. 2016. Specifikace 508.00/509.00 a olej SAE 0W-20 mají limit HTHSV min. 2,6 mPa·s. 

Jedinečnost výkonnostních specifikací

Zajímavý pohled nabízí srovnání výkonnosti americké, evropské konsenzuální (minimální) a firemní specifikace. Je však nutné upozornit, že porovnání  různých specifikací je spíše indikativní. Srovnání mezi ILSAC a ACEA není k dispozici vůbec, obecně však jsou americké méně robustní než evropské.

Srovnání specifikací GM Dexos 1, ACEA C5 a MB 229.71. Dexos 1 má vyšší obsah popela i vyšší HTHSV (viz tabulka č. 2).

Dexos 1 jsou specifikace olejů pro zážehové motory, proto nemá požadavky na odolnost proti sazím, mírně převyšuje ACEA v odolnosti proti oxidaci a více proti opotřebení. Firemní specifikace Daimler jsou však daleko náročnější.

Současný trend je neustálé zvyšování výkonnosti v jednotlivých kategoriích. Graficky je znázorněn posun mezi  ACEA C1 v roce 2004 a 2016.  

Kromě lepší kompatibility s katalyzátory se kategorie C1 2016 výkonnostně shoduje s ostatními kategoriemi C, na grafu je např. C5 2016.  Přesto nejsou v motoru zaměnitelné kvůli snížené HTHSV i rozdílným požadavkům na obsah popela. 

Jedinečnost každé specifikace je spojená s určitým typem motoru a přídavného zařízení. Tento trend bude ještě posilovat používání ultra nízkoviskózních olejů v budoucnosti. Ukazuje se, že úspora paliva u stejného oleje se v různých motorech liší. Tedy buď bude olej individuálně nastaven pro typ vozidla, nebo se bude muset nalézt vyváženost úspory paliva pro soubor motorů.

Nízké viskozitní třídy budou používány v nových automobilech, proto se prozatím nedá předpokládat význačnější objem těchto olejů. V současnosti nejčastěji používané třídě SAE 5W-30 trvalo mnoho let, než tuto pozici získala. První náplně a doporučované třídy jsou dnes 5W-20 a 0W-20, ale ještě dlouhou dobu nepřekonají objemy SAE 5W-30.

Recenzent: Marek Vladislav, TRIFOSERVIS Čelákovice; osoba certifikovaná na funkci Technik diagnostik tribodiagnostik – Kategorie III

Autor: Ivana Václavíčková


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

HANNOVER MESSE 2019
2019-04-01 - 2019-04-05
Místo: Hannover, Německo
Údržba pro TOP manažery 2019
2019-04-10 - 2019-04-11
Místo: Konferenční centrum Akademie věd ČR – zámek Liblice
Stlačený vzduch
2019-04-16 - 2019-04-16
Místo: Hotel Avanti ****, Brno
Dny teplárenství a energetiky
2019-04-24 - 2019-04-25
Místo: Kongresové, výstavní a společenské centrum ALDIS, Hradec Králové
Výroba nové generace - Lokální průmysl na globální úrovni
2019-04-24 - 2019-04-24
Místo: MSIC Ostrava

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI