Zespół badawczy Castrol stara się obecnie odpowiedzieć na pytanie, jaka część dodatku do paliwa dodanego do benzyny jest w stanie przetrwać proces spalania i przedostaje się do miski olejowej. Wyjaśnienie tego procesu jest ważne dlatego, że możliwość przekazywania danych składników z paliwa do oleju kryje w sobie różne potencjalne korzyści. Na przykład, dodawane do paliwa modyfikatory tarcia mogłyby obniżać zużycie paliwa poprzez zmniejszanie tarcia pomiędzy ruchomymi częściami silnika. Z drugiej strony, istotne jest również zebranie wiedzy na temat różnych rodzajów ryzyka, jakie może nieść ze sobą wzajemne oddziaływanie pomiędzy dodatkami do paliwa a środkiem smarnym. W celu zmierzenia ile dodatku do paliwa przenika do oleju, zespół Castrol opracował procedurę testową, mającą dostarczyć próbek oleju silnikowego do analizy. Prace skupiały się ponadto na badaniu technik analizy umożliwiających dokładne mierzenie jakie ilości dodatku do paliwa przedostają się do oleju.

Testy silników
W efekcie rozmów z inżynierami z ośrodka doświadczalnego GFT w Bochum (Niemcy) ustalono, że dla celów programu najlepiej nadaje się silnik Mercedes-Benz M112. Silnik ten był już wcześniej wykorzystywany w badaniach nad rozcieńczaniem paliw. Następnie opracowano protokół testowy przewidujący regularne pobieranie próbek oleju z silnika tak, aby można było na tej podstawie określić profil gromadzenia się dodatku do paliwa w oleju. Proces przenikania różnych dodatków do paliwa z benzyny do oleju mierzono w celu ustalenia, czy różne struktury chemiczne przedostają się do oleju w różnym tempie.

Analiza oleju
W tym kontekście ważne było opracowanie metody analitycznej umożliwiającej dokładne ustalenie jaka ilość dodatku do paliwa jest obecna w oleju. Zespół Analiz Badawczych z ośrodka w Pangbourne opracował w tym celu metodę opartą na technice GCMS (chromatografii gazowej i spektrometrii mas), pozwalającą wykrywać i mierzyć nawet bardzo znikome ilości dodatku do paliwa przenikającego do oleju (50 części na milion [ppm]).

Wyniki
Analiza próbek z silnika M112 wyraźnie wykazała, że dodatki do paliwa obniżające tarcie w silniku nie ulegają utlenieniu w procesie spalania i z czasem gromadzą się w oleju. Wykres ilustruje proces gromadzenia się modelowego modyfikatora tarcia, oleinianu metylu, dodawanego do paliwa w ilości 100 ppm. W pierwszym etapie testu, gdy silnik pracował w cyklu jazdy miejskiej (oznaczonym kolorem czerwonym), dodatek zbierał się w oleju w stałym tempie na poziomie do 0,07% wagowo. Oznacza to, że w przybliżeniu jedna na dziesięć cząsteczek dodatku do paliwa pozostaje nietknięta po procesie spalania i trafia do oleju. Zachowanie takie przejawiało kilka różnych dodatków do paliwa badanych w tych testach. W celu określenia zależności pomiędzy tempem przenikania a cyklem jazdy w jakim pracuje silnik, doświadczenie zostało poszerzone. W drugim etapie testu (oznaczonym na wykresie kolorem niebieskim) okazało się, że dodatek gromadzi się w oleju w szybszym tempie wtedy, gdy silnik pracuje w warunkach dużych obciążeń dynamicznych i przy wysokiej prędkości, czyli w trybie jazdy agresywnej. W takich warunkach do oleju przedostawała się nietknięta średnio jedna na pięć cząsteczek dodatku. Na końcu testu, odpowiadającego przejechaniu ok. 17 tys. km, dodatek do paliwa, który przedostał się do miski olejowej silnika, stanowił prawie 0,5% oleju silnikowego.

Fakt, że warunki jazdy agresywnej sprzyjają bardziej intensywnemu przenikaniu takich dodatków do oleju jest nowym ustaleniem. Można by oczekiwać zjawiska odwrotnego, czyli zakładać, że szybszemu przenikaniu składników sprzyja chłodniejszy olej, charakterystyczny dla cyklu jazdy miejskiej, ze względu na mniejsze parowanie. Wydaje się jednak, że większy wpływ na to przenikanie ma intensywniejszy przepływa paliwa przez komorę spalania.

Prace te wykazały, że czynniki wpływające na przenikanie paliwo – olej obejmują:
- zdolności substancji chemicznych do przetrwania procesu spalania;
- cykl jazdy, w jakim pracuje silnik;
- typ silnika.

Kierunek dalszych prac
Efektem opisanych badań jest skuteczne opracowanie doświadczalnej metody pomiaru ilości dodatków do paliwa przedostających się do oleju silnikowego. W przyszłości metoda ta stanowić może narzędzie przydatne przy projektowaniu pakietów dodatków do paliwa, ponieważ wyjaśnia wzajemne oddziaływanie ich składników z olejem silnikowym. Na przykład, w ramach przyszłych prac można zbadać, czy przenikanie modyfikatorów tarcia z paliwa do oleju daje możliwości uzyskania oszczędności w zakresie zużycia paliwa. Jednocześnie badamy także wpływ dodawanych do paliwa środków wymywających na pracę oleju silnikowego. Z drugiej strony należy pamiętać, że złej jakości paliwo, z dużą ilością zawartości siarki (dziś na poziomie powyżej 50 ppm), będzie powodować bardzo szybką degradację oleju, poprzez jego wstępne rozrzedzanie, a w późniejszym procesie pracy gęstnienie aż do żelowania. Takie zachowanie oleju w obecności dużej ilości związków siarki z paliwa prowadzi do szybkich i niespodziewanych uszkodzeń. Wreszcie, opisane badanie dostarcza obserwacji na tematy dotyczące środków smarnych, takie jak gromadzenie się w silniku czarnego osadu i wpływ produktów spalania lub substancji ciężkich, którymi skażone jest paliwo.

Pomiary przepływu paliwa do oleju
Zjawisko przenikania składników z benzyny do oleju silnikowego znane jest od pewnego czasu. Fakt ten wykorzystują dostawcy dodatków do paliwa, aktywnie promujący właściwości swoich produktów, polegające na ich skutecznym przenikaniu do oleju. Natomiast kwestia tego, ile dodatku do paliwa faktycznie przedostaje się do oleju smarującego silnik nadal pozostaje nie w pełni wyjaśniona. Osiągnięciem opisywanego tu programu jest dokładne określenie ilościowe tego przepływu dla szeregu modelowych modyfikatorów tarcia dodawanych do paliwa. Zrozumienie tego problemu stanowi pierwszy etap w drodze do pełnej wiedzy na temat interakcji dodatków do paliwa ze środkami smarnymi.

Materiał firmy Castrol