Mohou velmi malé pevné částice zlepšit mazací schopnosti běžného motorového oleje? Výzkumníci tuto otázku testovali na směsi založené na motorovém oleji SAE 5W-40.
Do oleje přidali sójový olej a různé koncentrace nanočástic oxidu titaničitého TiO₂ a oxidu měďnatého CuO a sledovali především tření, opotřebení a změny fyzikálních vlastností směsi.
Co přesně vědci testovali?
Základem experimentu byl komerční Castrol EDGE 5W-40 A3/B4.
Autoři připravili celkem šest variant:
- samotný motorový olej 5W-40,
- 5W-40 se 15 % sójového oleje,
- a čtyři směsi obsahující navíc 0,1 % CuO a různé množství TiO₂: 0,01 %, 0,025 %, 0,05 % a 0,075 %.
Aby nanočástice zůstaly rozptýlené, byl použit také surfaktant PVP.
Jednoduše řečeno: vědci vzali běžný motorový olej 5W-40, přimíchali do něj sójový olej a velmi malé částice dvou oxidů a hledali koncentraci, při které bude tření a opotřebení nejnižší.
Jak nanočástice ovlivnily tření a opotřebení?
Pro porovnání mazacích schopností byl použit four-ball test podle ASTM D4172. Při něm se jedna ocelová kulička otáčí proti třem dalším a následně se měří velikost vzniklé stopy opotřebení a součinitel tření.
Test probíhal jednu hodinu při 1200 ot./min a teplotě 75 °C.
Nejlepší výsledek autoři zaznamenali u směsi obsahující 0,025 % TiO₂, 0,1 % CuO a 15 % sójového oleje.
Současně uvádějí přibližně 53% snížení průměru stopy opotřebení.
Proč větší množství nanočástic neznamenalo lepší výsledek?
Zajímavé je, že nejlepší výsledek nepřinesla nejvyšší koncentrace.
Od 0,01 do 0,025 % TiO₂ se tření i opotřebení snižovaly. Při dalších koncentracích 0,05 a 0,075 % se však výsledky opět zhoršovaly.
Autoři zhoršení při vyšších koncentracích vysvětlují tím, že se částice mohou začít shlukovat. Větší shluky už se v mazivu nechovají stejně jako dobře rozptýlené nanočástice a mohou zhoršit tribologické vlastnosti směsi.
Stejný trend se částečně objevil také při sledování dlouhodobé stability. Nižší koncentrace 0,01 a 0,025 % si podle UV–Vis měření udržely po 180 dnech lepší disperzní stabilitu než nejvyšší koncentrace 0,075 %.
Co se změnilo kromě tření?
Nanočástice změnily také další vlastnosti olejové směsi.
S rostoucí koncentrací výrazně rostla viskozita při 40 °C. Studie uvádí maximální nárůst až přibližně o 82 % proti původnímu oleji.
Důležité: vyšší viskozita není automaticky „lepší olej“. Tak výrazná změna znamená, že výsledná směs se může chovat velmi odlišně od původního schváleného SAE 5W-40.
Změnil se také bod tuhnutí. U směsi s 0,025 % TiO₂ klesl z původních −39 °C přibližně na −53 °C.
Tepelná vodivost se zvyšovala s koncentrací nanočástic. Autoři uvádějí přibližně +3,5 % při 0,025 % TiO₂ a maximálně asi +7,1 % u nejvyšší testované koncentrace.
V abstraktu, hlavním textu, grafech a závěru se u některých fyzikálních parametrů objevují rozdílné procentní hodnoty. Proto zde nepřebíráme všechna procenta z abstraktu automaticky a dáváme přednost hodnotám uvedeným přímo u jednotlivých výsledků a grafů.
Tato nesrovnalost nemění základní tribologický trend: nejlepší tření a opotřebení autoři uvádějí při 0,025 % TiO₂, zatímco vyšší koncentrace výsledky opět zhoršovaly.
Co z této studie plyne pro motorové oleje v praxi?
Studie ukazuje, že nanočástice mohou v laboratorním tribologickém testu výrazně změnit tření a opotřebení.
Zároveň ale dobře ukazuje druhou důležitou věc: množství aditiva musí být velmi přesně zvolené. Vyšší koncentrace nebyla automaticky lepší.
Pro běžného řidiče však výsledek není návodem k přidávání nanočástic nebo rostlinného oleje do motorového oleje. Výsledná směs se fyzikálně výrazně lišila od původního 5W-40 a studie nezkoumala její dlouhodobý provoz v automobilovém motoru.
Co tato studie naopak nedokazuje?
- Tření a opotřebení byly hodnoceny laboratorním four-ball testem, nikoliv dlouhodobým motorovým testem.
- Studie nezkoumala opotřebení skutečného motoru během dlouhodobého provozu.
- Testovala jednu konkrétní formulaci založenou na Castrol EDGE 5W-40 A3/B4.
- Výsledná směs obsahovala 15 % sójového oleje, nanočástice a surfaktant, takže nešlo jen o jednoduché přidání jednoho aditiva.
- Studie nepotvrdila, že upravená směs nadále splňuje původní SAE třídu nebo schválení výrobce vozidla.
- Nebyla ověřena dlouhodobá kompatibilita s filtrem, těsněními, emisními systémy ani ostatními přísadami původního motorového oleje.
- Některé procentní výsledky uvedené v různých částech publikace nejsou navzájem zcela konzistentní.
Jaký je hlavní závěr studie?
V laboratorním testu dokázala vhodně zvolená kombinace TiO₂ a CuO nanočástic výrazně snížit tření a opotřebení směsi založené na motorovém oleji 5W-40.
Nejlepší tribologický výsledek autoři zaznamenali při 0,025 % TiO₂. Vyšší koncentrace už výkon nezlepšovala a naopak vedla k horším výsledkům.
Studie je proto zajímavým důkazem potenciálu nanoaditiv, ale není důkazem, že takto upravený olej je vhodnější pro běžný automobilový motor. K tomu by byly potřeba motorové a dlouhodobé provozní testy.