AutoExpert
Reklama
Reklama

Olej na miarę

Preview
Justin Leighton
19.10.2021
Reklama
Reklama

Samochody podlegają odchudzaniu, aby ważyły jak najmniej. W miejsce zaoszczędzonych kilogramów wkłada się jednak kolejne systemy oczyszczające spaliny. Dodatkowo współczesne modele samochodów są znacznie większe niż przed laty. W efekcie – mimo wielu zabiegów odchudzających – te same modele ważą więcej niż kiedyś.

 

  • Maluch o nazwie „Projekt M” długością 2,5 m dorównuje modelowi UrSmart.
  • Jego silnik opiera się na produkowanym seryjnie silniku japońskim.
  • „Projekt M” ma jednak mniejsze zużycie paliwa. Według NEDC wynosi ono 3,8 l na 100 km (2,6 l przy stałej prędkości 70 km/h).
Reklama

 

Człowiek tak ciężki jak auto? Jeśli uważasz, że to bzdura, jesteś w błędzie. Uchodzący za najcięższego człowieka na świecie Meksykanin Manuel Uribe w swoich „najlepszych czasach” ważył podobno 592 kg. Jednak w przypadku samochodu 550 kg to niesamowicie mało, a tyle właśnie waży mikroauto
zaprojektowane przez angielskiego konstruktora Formuły 1 – Gordona Murraya przy wsparciu firmy Shell.
Maluch o nazwie „Projekt M” długością 2,5 m dorównuje modelowi UrSmart, jednak jest znacznie lżejszy (masa własna UrSmarta to 720–800 kg). Uzyskanie takich parametrów umożliwił opatentowany proces produkcji – „iStream” –  w którym wykorzystano wiedzę z zakresu Formuły 1.

Konstrukcja nadwozia składa się z okrągłych i czworokątnych rur i odpowiada tradycyjnej ramie kratownicowej. Elementy pracujące umieszczono pomiędzy rurami. Poszycie karoserii wykonano z materiałów kompozytowych. Ze względu na bardzo niską masę całkowitą wszystkie pozostałe komponenty również są mniejsze niż w konwencjonalnych konstrukcjach. Mniejsze łożyska kół, hamulce i zawieszenie przyczyniają się do tego, że „Projekt M” waży tylko wspomniane 550 kg. Jednak konstruktorzy weszli na nowy teren i zapożyczyli trochę ze sportów motorowych nie tylko w zakresie nadwozia, ale i w zakresie silnika. Ten mały trójcylindrowiec robi spore wrażenie.

Zoptymalizowany „silnik specjalny”

Silnik opiera się na produkowanym seryjnie silniku japońskim. Zaprojektowali go eksperci z Geo Technology i guru silników – Osamu Goto, tworząc maksymalnie wydajną jednostkę o pojemności 660 cm3, mocy 33 kW/43 KM i 64 Nm momentu obrotowego. To wystarczy, aby przyspieszyć samochodzik od 0 do 100 km/h w 15,8 s i rozpędzić go do maksymalnie 156 km/h. Obie wartości są lepsze niż w przypadku UrSmarta, w którym wykorzystano silnik takiej samej wielkości.

„Projekt M” ma jednak mniejsze zużycie paliwa. Według NEDC wynosi ono 3,8 l na 100 km (2,6 l przy stałej prędkości 70 km/h). Takie zużycie umożliwia obniżenie emisji CO2 o prawie 5 g w stosunku do obowiązującego od 2020 r. progu emisji CO2 w NEDC (95 g na 100 km). Umożliwiają to mocno przerobione lub wymienione części pierwotnego napędu.

Przykładem może być połączenie wałka rozrządu z popychaczem szklankowym, najszybciej zużywające się miejsce w każdym silniku. To właśnie te komponenty, a także tłoki specjaliści od silników pokryli specjalną powłoką węglową – warstwą DLC (diamond-like carbon – węgiel podobny do diamentu). Zmniejsza ona tarcie o 20% w porównaniu z silnikiem seryjnym i tym samym zezwala na zastosowanie oleju o niższej specyfikacji – 0W-12.

Chodzi tutaj o tzw. olej o niskim poziomie SAPS (czyli zawierający substancje tworzące jedynie niewielkie ilości popiołu), a przez to wyjątkowo przyjazny dla filtrów cząstek. Do tego dochodzi dokładne dozowanie tzw. polepszaczy lepkości (polepszaczy VI), dzięki czemu osiąga się mocno obniżoną wartość HTHS wynoszącą tylko 2,0 MPa. Dla porównania: za niskie uważa się wartości HTHS równe 2,9–3,5 MPa.

Znacznie obniżona lepkość w wysokich temperaturach przyczynia się przede wszystkim do tego, że emisja CO2 napędu w całym cyklu zostaje obniżona średnio o 5% (7,1% w cyklu miejskim i 3,3% w cyklu pozamiejskim). Za tymi parametrami kryje się metoda gas-to-liquid (przejście gazu w ciecz), w której olej bazowy nie jest pozyskiwany z ropy nafowej, lecz z gazu ziemnego. Ten chemicznie wytworzony olej jest zupełnie wolny od zanieczyszczeń – inaczej niż klasyczny filtrowany, pozyskany z ropy naftowej.

Co wpływa na zużywanie oleju przez silnik?

Znaczący wpływ na zużywanie oleju przez silnik ma sama jego konstrukcja – niektóre silniki ze względu na swoją budowę zużywają go więcej. Konsumpcja może wynosić nawet 1 l na 1000 km. Czynnik ten zależy od producenta i modelu silnika.

Normy zużycia oleju uwzględnione są zwykle w instrukcjach obsługi samochodów. Łatwo można domyślić się, że nie są zbyt niskie – chroni to gwaranta przed ewentualnymi roszczeniami ze strony klienta.

Kolejnym czynnikiem, który wpływa na zużywanie oleju przez silnik, jest jego zużycie eksploatacyjne, wynikające z przebiegu i wieku silnika.

Reklama

Innymi najczęstszymi powodami zużywania oleju przez silnik są:

  • Styl jazdy – obroty silnika wpływają na zużycie oleju. Im wyższe obroty, tym więcej oleju może skonsumować silnik. Wynika to ze zwiększenia ciśnienia oddziałującego na uszczelnienia. Część oleju znajduje swoje ujście i dostaje się do komory spalania.
  • Kondycja uszczelnień – im mocniej są zużyte, tym bardziej uzasadniona jest większa konsumpcja oleju. Znajduje on swoje ujście, spalając się w komorze spalania lub zwyczajnie wyciekając z silnika.
  • Wyższa niż zwykle temperatura silnika – w im wyższej temperaturze pracuje silnik, tym „rzadszy” staje się olej. Umożliwia to jego przedostanie się do komory spalania, gdzie zmieszany z paliwem zostaje spalony.
  • Zbyt niska lepkość oleju – stosowanie oleju o lepkości niższej niż rekomendowana przez producenta samochodu powoduje jego ubytki z tych samych powodów co w poprzednich przypadkach. Kiedy mowa o lepkości, nie chodzi wyłącznie o jej klasyfikację wg SAE (w formie Xw-XX), ale także o HTHS – lepkość wysokotemperaturową. Na przykład większa konsumpcja oleju może wystąpić przy stosowaniu produktu w klasyfikacji ACEA A1/B1 niż przy oleju o wyższym HTHS, spełniającym klasę A3/B3.
  • Niskiej jakości olej silnikowy z wysoką odparowalnością wg Noacka – wysoka odparowalność oleju może mieć swoje konsekwencje w stopniu zużycia oleju. Parametr Noacka informuje o potencjalnych ubytkach oleju, które mogą wystąpić w trakcie eksploatacji oleju w silniku. Im jest niższy, tym mniejsze będą ewentualne straty lubrykantu.

Parametry olejów

Parametry olejów można określić przez opisanie ich podstawowych właściwości, które mają niebagatelny wpływ na ochronę silnika przed korozją, przegrzaniem, degradacją chemiczną jego podzespołów, a także przed zaleganiem nagarów, popiołów i opiłków metali.

Wskaźnik lepkości oleju. Wylicza się go z lepkości oleju wyznaczonej w dwóch temperaturach: 40°C i 100°C. Wskaźnik lepkości jest jednostką bezwymiarową. Im wyższy wskaźnik lepkości, tym zmiana lepkości wraz ze zmianą temperatury jest mniejsza. Uwzględniając bardzo dużą rozpiętość temperatur, w których musi pracować olej w silniku (od ujemnych temperatur w trakcie rozruchu silnika w okresie zimowym do temperatur rzędu 220–230°C), zalecane jest, aby olej silnikowy miał jak najwyższy wskaźnik lepkości. Czyste oleje mineralne mają wskaźnik lepkości 85–105, a oleje silnikowe – powyżej 720.

Lepkość oleju w temperaturze 100°C jest podstawą klasyfikacji lepkościowej olejów silnikowych opracowanej przez Society of Automotive Engineers, SAE J300MAR93. Klasyfikacja jest rozpowszechniona na całym świecie i stanowi jedno z podstawowych kryteriów stosowanych przy ocenie oleju.

Z bardzo dużym przybliżeniem można stwierdzić, że lepkość oleju w 100°C odpowiada średniej lepkości oleju w trakcie normalnej eksploatacji silnika. Drugim elementem wspomnianej klasyfikacji lepkościowej olejów silnikowych SAE J300MAR93 jest lepkość oleju w ujemnych temperaturach. Jako graniczną wartość umownie przyjęto temperaturę, w której olej osiąga lepkość 3500 cP. Praktycznie jest to najniższa temperatura, przy której nie ma problemów z uruchomieniem silnika (przy zastosowaniu odpowiedniej klasy lepkościowej).

Temperatura zapłonu. To najniższa temperatura, przy której w ściśle określonych warunkach następuje zapalenie par oleju od zewnętrznego źródła ognia. Z fizycznego punktu widzenia odpowiada temperaturze, w której prężność par oleju wynosi ok. 8 mm Hg. Z chemicznego punktu widzenia mówi ona o obecności w oleju niskowrzących składników, co prowadzić może do ubytków w trakcie jego pracy w silniku.
Ubytki w wyniku odparowania prowadzą do zwiększenia ilości powstających nagarów i laków (ze spalonych par oleju) oraz do zwiększonej toksyczności spalin. Gdy spada temperatura zapłonu oleju już eksploatowanego w silniku, świadczy to jednoznacznie o przedostawaniu się paliwa do oleju. Temperatura zapłonu olejów silnikowych wynosi 200–250°C.

Temperatura płynięcia. Jest własnością niskotemperaturową charakteryzującą olej silnikowy. To najniższa temperatura, w której olej znajduje się na granicy utraty płynności, pozostając nadal cieczą.

Odporność na pienienie. To bardzo ważna własność oleju smarowego. Kiedy w trakcie eksploatacji w układzie olejowym silnika powstanie piana, następuje przerwanie „filmu” olejowego i zanik przepływu oleju, przez co może wystąpić zjawisko smarowania granicznego. Prowadzi ono do zwiększonego zużycia silnika, a w skrajnym przypadku nawet do zatarcia. Główną przyczyną tworzenia się piany jest obecność w oleju wody lub płynu chłodniczego. Metodologia oznaczania odporności na pienienie polega na pomiarze skłonności oleju do tworzenia piany i ocenie stabilności powstałej piany.

Liczba zasadowa TBN. Jeden z najważniejszych parametrów opisujących olej w silniku. Dotyczy zdolności oleju do neutralizowania kwaśnych produktów spalania, mogących przedostawać się do oleju z komory spalania. Liczbę TBN określa dodana do oleju ilość związków dyspergująco-myjących. Zależy ona od klasy jakości oleju. Im wyższa klasa jakościowa oleju, tym więcej dodatków tego typu.

Liczba zasadowa wyrażana jest w mg KOH/g. TBN mówi nam również o zdolnościach neutralizacyjnych oleju.

Przyjmuje się następującą zasadę: im większa zawartość siarki w stosowanym paliwie, tym wyższą TBN powinien mieć stosowany olej. Świeże oleje silnikowe mają TBN w zakresie 2,5–15 mg KOH/g. W miarę eksploatacji oleju następuje naturalne zużywanie dodatków myjąco-dyspergujących. Konsekwencją tego jest spadek liczby TBN. Kiedy TBN spadnie poniżej określonej granicy, olej należy wymienić.

Odparowalność według Noacka. We współczesnych silnikach podstawowym źródłem strat oleju są straty przez odparowanie. Z jednej strony wynikają one z obecności niskowrzących frakcji w oleju, z drugiej – z coraz wyższych temperatur, w których pracować musi olej w silniku (pomijane są straty oleju wynikające z wycieków czy zużycia oleju przez silnik).

Temperatura zapłonu mówi nam tylko o obecności niskowrzących składników oleju, natomiast nic nie mówi o ich ilości. W związku z tym wprowadzono dodatkowe oznaczenie jakości oleju w postaci parametru odparowalności wg Noacka. Informuje on o potencjalnych ubytkach oleju, które mogą wystąpić w trakcie eksploatacji oleju w silniku. Im niższa jest jego wartość, tym mniejsze będą naturalne straty oleju.

Odporność na spalanie stukowe

Oleje w nowoczesnych silnikach narażone są na zjawisko, którego dotąd nie obserwowano. Występuje ono przede wszystkim w jednostkach doładowanych z bezpośrednim wtryskiem benzyny. Polega na detonacyjnym spalaniu resztek oleju, który znajduje się w komorze spalania. Skąd zatem ten olej? Pochodzi ze standardowego smarowania silnika. Jego niewielkie ilości znajdują się na ściankach cylindra, a także w postaci mgły dostaje się on przewodem dolotowym z turbosprężarki.

W momencie wystąpienia zjawiska LSPI (low speed pre-ignition) spalanie przebiega w sposób stukowy. W skrócie polega to na tym, że mieszanina paliwa, rozpuszczona w warstwie olejowej na gładzi cylindra, odparowuje z tej przestrzeni i korony tłoka, a następnie ulega spalaniu. To zapala mieszankę paliwowo-powietrzną podczas suwu sprężania. Powoduje to niekontrolowany wybuch mieszanki w cylindrze i gwałtowny wzrost ciśnienia do ponad 100 barów.

W 2018 r. konstruktorzy zaczęli wprowadzać na rynek nowe formulacje olejów specjalnie dedykowane silnikom benzynowym – turbo z wtryskiem bezpośrednim TGDi. Stoją za tym dwie przyczyny: a) silniki te muszą być wyposażone w GPF (filtr cząstek stałych), ponieważ produkują sadzę (co oznacza konieczność stosowania oleju low SAPS), b) zjawisko samozapłonu par olejów (co wymusza na składzie oleju przeciwdziałanie zjawisku LSPI).

Nieformalny podział olejów

Oprócz ogólnie znanych klasyfikacji lepkościowych SAE i jakościowych API istnieje jeszcze nieformalny podział olejów silnikowych na grupy przedstawiony w tabeli.

Bazy olejowe według sposobu ich otrzymywania
   Kategoria oleju bazowego Zawartość siarki [% wag.] Nasycenie [%]    Indeks lepkości
Mineralne Grupa I     > 0,03     < 90     80–120
Grupa II     < 0,03    > 90     80–120
Grupa III     < 0,03    > 90    > 120
Syntetyczne Grupa IV    Baza PAO    
 Grupa V     Wszystkie inne oleje bazowe nieuwzględnione w grupach I, II, III, IV

 

Na podstawie artykułu z czasopisma „kfz-betrieb” i informacji z firmy Gulf

Reklama

O Autorze

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama