Motorový olej je po studeném startu výrazně viskóznější než po zahřátí. Motor proto musí překonávat větší viskózní odpor právě v době, kdy se celý systém teprve dostává na provozní teplotu.
Oliver Taylor z University of Oxford proto na válcové zkušebně testoval, zda lze část těchto ztrát snížit rychlejším zahřátím motorového oleje. Použil dva Fordy Focus s benzínovými motory EcoBoost a sledoval emise CO₂ během studeného jízdního cyklu NEDC.
Co přesně autor testoval?
Výzkum probíhal na dvou benzínových vozech:
- Ford Focus 1.6 EcoBoost, modelový rok 2011,
- Ford Focus 2.0 EcoBoost, modelový rok 2013.
Oba vozy byly umístěny na klimatizované válcové zkušebny a absolvovaly jízdní cyklus NEDC.
Vozidla byla před studeným testem teplotně ustálena přibližně na 20 °C. Během testů se měřilo CO₂ ve výfuku a teploty a tlaky v mazacím systému a motoru.
Výzkum zkoušel dvě hlavní cesty, jak urychlit pokles viskozity oleje:
- přivést před startem do motoru předehřátý olej,
- snížit množství oleje, které se během zahřívání musí ohřát.
Důležité: měřeným výsledkem byly emise CO₂ během NEDC. Studie tedy neposkytuje univerzální číslo úspory paliva pro běžnou jízdu každého automobilu.
Co udělalo předehřátí motorového oleje?
Při jedné sérii testů byl olej před startem zahříván mimo automobil a těsně před začátkem jízdního cyklu přiveden přímo do olejové vany.
Testováno bylo předehřátí na 60 °C a 90 °C.
Největší rozdíl se podle měření objevil na úplném začátku studeného cyklu.
V prvních dvou městských úsecích NEDC vykázal test s olejem předehřátým na 90 °C přibližně o 2,9 % méně CO₂ než reference.
Jak se motor postupně zahříval, rozdíl mezi oběma stavy se přirozeně zmenšoval.
Celkové výsledky 0,41 % a 1,04 % nebylo možné od referenčních měření oddělit s 95% statistickou jistotou. Je proto správné chápat je jako výsledek tohoto konkrétního experimentu, nikoliv jako přesnou univerzální úsporu.
Zůstal předehřátý olej skutečně horký?
Právě tady přišlo jedno z nejzajímavějších zjištění.
Horký olej se po vstupu do studeného motoru velmi rychle ochlazoval.
Autor naměřil mezi olejovou vanou a hlavní olejovou galerií teplotní ztrátu přibližně 40 K při 60°C předehřátí a 60 K při 90°C předehřátí.
Měření teploty bloku a hlavy ukázalo, že velká část energie předehřátého oleje přešla do studených kovových částí motoru. Autor proto došel k závěru, že předehřátí oleje ve skutečnosti pomáhá rychleji zahřát celý motor, nejen samotné mazivo.
Co se stalo, když se zahřívalo méně oleje?
Druhou cestou bylo zmenšení tepelné hmoty olejové náplně.
Princip je jednoduchý: menší množství kapaliny potřebuje k ohřátí méně energie.
Při první sérii testů klesla u Fordu Focus 1.6 EcoBoost náplň z přibližně 4,1 litru na 2,0 litru. Olej v galerii se díky tomu zahřál rychleji a vypočtená kinematická viskozita byla krátkodobě asi o 10,5 % nižší.
V další sérii byla maximální vypočtená redukce viskozity přibližně 15 %.
U druhého vozu se sníženou náplní bylo naměřeno snížení CO₂ až 1,18 %.
U Fordu Focus 2.0 EcoBoost se při 2litrové náplni objevily výkyvy tlaku v olejové galerii. Studie navíc nezkoumala dlouhodobý vliv takto nízké hladiny na životnost motoru, provzdušnění oleje nebo mazání jednotlivých součástí.
Proč může rychlejší zahřátí oleje snížit ztráty?
Studený olej má vyšší viskozitu.
Motor proto musí překonávat větší odpor při:
- čerpání oleje mazací soustavou,
- pohybu ložisek a čepů v olejovém filmu,
- pohybu pístní skupiny,
- a dalších hydrodynamicky mazaných kontaktech.
Jak olej získává teplotu, jeho viskozita klesá a část těchto viskózních ztrát se zmenšuje.
Tepelný management proto může část výhody nízkoviskózního oleje získat jiným způsobem: nikoliv změnou formulace, ale rychlejším dosažením vyšší provozní teploty.
Šlo by uchovat teplý olej z předchozí jízdy?
Taylor zkoumal i praktičtější způsob, jak předehřátí dosáhnout bez elektrického topení.
Vytvořil model externího olejového zásobníku, který by po vypnutí motoru uchoval část tepla z předchozí jízdy.
Samotná neizolovaná nádrž byla neúčinná: po šestihodinovém chladnutí klesla teplota oleje z 90 °C přibližně na 20,8 °C.
Šlo pouze o model, ale ukázal technickou možnost uchovat část tepelné energie oleje mezi dvěma jízdami.
Co z toho plyne pro běžný motor?
Studie dobře ukazuje, proč je studený start z hlediska maziva specifický provozní stav.
Olej ještě nemá vlastnosti, které má po plném zahřátí, a motor současně zahřívá velké množství kovu, chladicí kapaliny a dalších provozních kapalin.
Rychlejší zahřátí maziva může pomoci snížit část viskózních ztrát, ale výsledný efekt závisí na:
- konstrukci motoru,
- objemu olejové náplně,
- tepelném managementu motoru,
- použité viskozitní třídě,
- délce jízdy,
- a okolní teplotě.
Výzkum tak podporuje důležitou myšlenku: vlastnosti motorového oleje nelze posuzovat pouze při ustálené teplotě 100 °C. Významná část běžného provozu probíhá během zahřívání motoru.
Co tato část výzkumu naopak nedokazuje?
- Výsledky pocházejí ze dvou konkrétních vozů Ford Focus s motory EcoBoost.
- Použit byl dnes již historický jízdní cyklus NEDC, nikoliv současný WLTC.
- Většina naměřených rozdílů z předehřívání a změny množství oleje nebyla statisticky významná na úrovni 95 %.
- Výsledky nelze převést na přesnou procentní úsporu paliva u každého automobilu.
- Experiment s menší olejovou náplní není doporučením provozovat motor pod výrobcem předepsanou hladinou oleje.
- Studie neposuzovala dlouhodobou životnost motoru při snížené olejové náplni.
- U jednoho vozu se při 2litrové náplni objevily výkyvy tlaku oleje.
- Část účinku předehřátého oleje souvisela s ohřevem samotné konstrukce motoru, takže nelze celý výsledek přičíst pouze nižší viskozitě oleje.
Jaký je hlavní závěr?
Výzkum ukázal, že rychlejší zahřátí motorového oleje může během studeného jízdního cyklu snížit třecí ztráty a naměřené CO₂.
U jednoho testovaného vozu vedlo předehřátí 5W-30 na 60 °C k průměrnému snížení CO₂ o 0,41 % a předehřátí na 90 °C k 1,04 %. Výsledky ale nebyly statisticky oddělitelné od variability reference na úrovni 95 %.
Testy s menší tepelnou hmotou oleje potvrdily stejný princip: olej se zahřál rychleji a jeho viskozita klesala dříve. To však není důkaz, že je bezpečné provozovat motor s menším množstvím oleje, než předepisuje výrobce.