Mitä tarkoittaa ”Polttoainetalouden säilyttäminen”?
Voiteluaineteknologialla voidaan merkittävästi vähentää partikkelisuodattimen tukkeutumista ja sitä kautta varmistaa polttoainetaloudellisuuden säilyttäminen (ylläpitäminen).
Ohessa jaan erinomaisen artikkelin, jonka Chevron Corporationin Shawn Whitacre julkaisi jokin aika sitten. Shawnilla on merkittävä rooli uusien Texaco-moottoriöljyjen kehityksessä. Antoisia lukuhetkiä!
Mitä dieselmoottoreiden ”polttoainetalouden säilyttäminen” (ylläpitäminen) tarkoittaa käytännössä? Tämä kysymys nousee usein esiin kun keskustellaan pakokaasujen jälkikäsittelyjärjestelmistä (EATS) ja niiden vaikutuksesta ajoneuvon polttoainetalouteen. Erityisesti palamattoman tuhkan kertyminen dieselhiukkassuodattimeen (DPF) johtaa siihen, että moottori kuluttaa enemmän polttoainetta normaaleissa käyttöolosuhteissa kuin se kuluttaisi vähemmän tuhkaa kerryttämällä. Mistä tämä polttoainetaloudellisuuden menetys johtuu, ja mitä voitaisiin tehdä, että hyvä polttoainetalous säilyisi?
Meidän mielestämme polttoainetalouden säilyttäminen / ylläpitäminen, aloitetaan heti, kun moottori tulee uutena kokoonpanolinjalta. Kuten alan ammattilaiset tietävät, raskaiden dieselmoottorien tekniikka ja suunnittelu on kehittynyt huomattavasti viimeisen vuosikymmenen aikana vastauksena yhä tiukempiin EPA-päästö- ja polttoainetalousvaatimuksiin. Tämän seurauksena jokainen uusi moottorisukupolvi on polttoainetehokkaampi kuin edeltäjänsä. Tämä pätee erityisesti moottoreihin, jotka on esitelty vuoden 2017 jälkeen, jolloin viimeisimmät kasvihuonekaasupäästöjä (GHG) koskevat EPA- ja NHTSA-säännöt tulivat voimaan. Kun uusi ajoneuvo lähtee tehtaalta, sen moottori toimii huipputeholla polttoainetalouden näkökulmasta.
Ajan myötä peruspolttoainetalous heikkenee, kun moottorin teho heikkenee. Yksi polttoainetalouden heikkenemisen pääasiallisista syistä on palamattoman tuhkan kertyminen partikkelisuodattimeen. DPF:n tukkeutumisella on tietysti myös monia muita kielteisiä vaikutuksia. Tuhkautuminen heikentää jälkikäsittelyjärjestelmän ja moottorin suorituskykyä ja itse asiassa aiheuttaa vahinkoa, jos siihen ei kiinnitetä huomiota. Hiukkassuodattimet vaativat säännöllistä puhdistusta ja huoltoa, mikä tarkoittaa laitteiden seisokkeja ja työvoimakustannuksia. Tässä keskitytään kuitenkin negatiiviseen vaikutukseen, eli polttoaineenkulutukseen – se on suuri huolenaihe erityisesti maantieliikenteen harjoittajille.
Kuinka Dieselparikkelisuodattimen tukkeutuminen heikentää polttoainetaloutta
Ensisijainen syy tuhkan kertymiseen DPF:ään ovat lisäaineistuksen metalliset palamattomat ainesosat moottoriöljyssä. Nykyiset API CK-4 -dieselöljyt saavat sisältää enintään 1 % sulfatoitua tuhkaa. Kun yhä enemmän tätä tuhkaa kerääntyy DPF:ään, se saa moottorin polttamaan enemmän polttoainetta kuin se kuluttaisi samoissa ajo-olosuhteissa uutena. Kaksi DPF:n tukkeutumisesta johtuvaa tekijää ovat vastuussa tästä polttoaineenkulutuksen kasvusta: lisääntynyt moottorin vastapaine ja lisääntynyt DPF:n regeneraatioiden tarve.
Vastapaine on vaikutus, joka syntyy, kun tuhkan ja noen kerääntyminen vie niin paljon tilaa DPF:ssä, että se alkaa estämään pakokaasun virtauksen suodattimen läpi. Silloin pakokaasut kerääntyvät jälkikäsittelyjärjestelmään, taistelevat moottoria vastaan ja pakottavat sen työskentelemään kovemmin pakokaasujen ”työntämiseksi” eteenpäin pakokutkistossa. Mitä voimakkaammin moottori toimii, sitä enemmän se polttaa polttoainetta.
Regenerointi eli ”regen” on prosessi, jossa noki poltetaan pois DPF:stä käyttämällä moottoria korkeissa lämpötiloissa. Usein tämä tapahtuu normaalin maantieajon aikana, kun auto kulkee suurilla nopeuksilla, eli ns. ”passiivisena” regeneraationa. Käyttäjät eivät kuitenkaan aina voi luottaa passiiviseen regenerointiin, ja moottorin on ehkä käynnistettävä ”aktiivinen” regenerointi. Tämä edellyttää polttoaineen ruiskuttamista suoraan DPF:ään, lämpötilan nostamiseksi riittävästi noen polttamiseksi. Joissakin tapauksissa ajoneuvo ilmoittaa ”pakotetun” regeneroinnin tarpeesta. Tässä tapauksessa moottoria on käytettävä erittäin korkeilla kierrosluvuilla ajoneuvon ollessa tyhjäkäynnillä. Moottori toimii jälleen kovemmalla teholla ja polttaa enemmän polttoainetta, vaikka ajoneuvo ei liiku, jolloin myös ajoneuvon tuottavuus kärsii melkoisesti. Mitä enemmän tuhkaa ja nokea kerääntyy DPF:ään, sitä useammin pakotettuja regenerointeja tarvitaan, ja mitä kauemmin ne kestävät, sitä enemmän polttoainetta kuluu.
Polttoainetalouden kasvu – ja kuinka lieventää sitä
Lisääntynyt vastapaine ja tiheämpi regenerointitarve yhdessä vievät moottorin polttoainetaloudellisen huippusuorituskyvyn. Kutsumme tätä polttoainetalouden ”sakoksi”. Jos tuhkakertymä saavuttaa 25 % DPF:n kokonaiskapasiteetista, sakko voi olla 3 % – 6 %. Vastapaineen osuus on noin 23 % kokonaispolttoainetalouden sakosta, kun taas pakotetut regeneroinnit vastaavat noin 77 % kokonaisuudesta.
Tuhkan kertymisen rajoittaminen tai hidastaminen DPF:ssä auttaa palauttamaan osan kadonneesta polttoainetaloudesta – toisin sanoen moottori säilyttää pitempään paremman polttoainetaloudellisuutensa, eikä menetä sitä. Tästä johtuu termi ”polttoainetalouden säilyttäminen”. Tuhkan vähentäminen ei paranna polttoainetaloutta, vaan pikemminkin palauttaa sen tasolle, joka on lähempänä huipputehokkuutta.
Kuinka paljon lähempänä?
SAE Internationalin julkaisemassa laajassa tutkimuksessa Chevronin tutkijat vertasivat DPF:n ikääntymisvaikutuksia 1 % sulfatoitua tuhkaa sisältävän perinteisen raskaan kaluston dieselmoottoriöljyn ja 0,4 % tuhkapitoisuuden omaavan ultra low ash (ULA) -öljyn välillä.[1] Tutkimus vahvisti, että ”sulfatoituneen tuhkan vähentäminen moottoriöljyssä vähentää suhteellisesti tuhkan kertymistä DPF:ään.” Analyysin perusteella lisäksi todettiin, että ”ULA-öljy tarjoaa merkittävän edun DPF:n vastapaineen hallinnassa”, mikä johtaa ”jopa 1,9 prosentin polttoainetalouden etuun täysin tukkeutuneissa järjestelmissä”.
Regeneroinnin vaikutusten lisätestauksissa, polttoaineenkulutuksen havaittiin olevan 5 % korkeampi perinteisellä öljyllä kuin ULA-öljyllä. Kaiken kaikkiaan ”vastapaine- ja regenerointivaikutukset tuottavat yhteensä n. 3 %:n polttoainetaloushyödyn DPF:n elinkaaren aikana, käytettäessä 0,4 % ULA-öljyä. Ja tämä on vain osa tarinaa, sillä DPF:n tuhkan kertymisen vähentäminen tarkoittaa myös pidempiä huolto- ja puhdistusvälejä, vähemmän seisokkeja ja pienempää moottorivaurion riskiä, joka taas voi edelleen pidentää laitteen käyttöikää.
Kuorma-autojen OEM-valmistajat ja kalusto-operaattorit ovat jo pitkään painineet polttoainetalous- ja päästöstandardien tiukentamisesta aiheutuvien kustannusten kanssa. Valitsemalla Texaco Delo 600 ADF SAE 10W-30 raskaan kaluston (ultra-low-ash)-moottoriöljyn, voit merkittävästi vaikuttaa kalustosi polttoainetaloudellisuuteen.
*Todelliset säästöt vaihtelevat ajoneuvotyypin, kuorman ja muiden ajo-olosuhteiden mukaan.
[1] Whitacre, S. ja Van Dam, W., ”Enhanced Fuel Economy Retention from an Ultra-Low Ash Heavy Duty Engine Oil”, SAE Technical Paper 2019-01-0732, 2019, doi:10.4271/2019-01- 0732.