Новый тип моторных масел с совершенно иным химическим составом сможет значительно повысить топливную экономичность автомобилей, говорится в недавнем отчете, подготовленным специалистами Национальной лаборатории Оук-Ридж в США и компании General Motors.
Молекулы под названием «ионная смазка» в один прекрасный день можно будет использовать в присадках для базового моторного масла. Эти соединения составят лишь небольшую часть в полученном смазочном материале, но все же в глобальных масштабах они смогут ежегодно экономить сотни миллионов баррелей нефти, говорит ведущий исследователь Джун Ку.
Моторные смазочные вещества обеспечивают равновесие между износом двигателя и топливной экономичностью. Чем текучее масло, тем выше топливная экономичность, но при этом менее вязкое масло вызывает ускоренный износ двигателя. Основным путем к повышению топливной экономичности является разработка и совершенствование противоизносных присадок, которые добавляются к базовому маслу, объясняет Джун Ку.
В отличие от молекул на основе нефти, ионные жидкости представляют собой расплавленные соли с положительно и отрицательно заряженными частицами, смешанными в равных пропорциях. Частицы удерживаются вместе благодаря мощным силам, которые заставляют соль вроде той, что мы едим, сохранять твердое состояние при комнатной температуре. Но обычная поваренная соль имеет ряд отличий; так, ионные жидкости состоят из особенно крупных молекул, а заряды положительных и отрицательных ионов распространяются по тонкому слою поверхности. Благодаря размеру и структуре молекул эти вещества остаются жидкими при комнатной температуре, как масло, но их физические и химические свойства уникальны.
Недавние работы с ионными жидкостями продемонстрировали их потенциал в качестве веществ с улучшенными противоизносными свойствами. Но многие ионные жидкости нестабильны. При воздействии механических элементов положительные и отрицательные ионы разрываются, и последние вступают в реакцию с водой, формируя высококоррозионные кислоты. Еще одна проблема, с которой столкнулись ученые, заключалась в растворении ионных жидкостей в обычном моторном масле. Это похоже не растворение соли в масле или на смешивание масла и воды, то есть создание раствора ионных жидкостей и базового масла – сложная задача.
Но внедрение абсолютно нового вида двигателей, в которых используется только ионная жидкость (без базового масла), совершенно исключено, говорит Джун Ку. И внешний вид, и производительность автомобилей развивались в течение последних пятидесяти лет, но по большому счету одна вещь осталась неизменной – это базовое масло в качестве моторного смазочного материала.
И хотя многие из таких прежних исследований вызывали научный интерес, они далеки от реального использования в ближайшем будущем, подчеркивает Ку.
Исследователи Национальной лаборатории Оук-Ридж обошли эту проблему, изобретя ионную жидкость с негативным ионом, сформированным из фосфора, а не фтора, так как первое из этих веществ гораздо меньше вызывает коррозию. К тому же молекулы достаточно крупные, чтобы положительный и отрицательный заряды могли распространяться по тонкому слою поверхности, и вещество удалось растворить в смеси масел.Топливную экономичность повысят расплавленные соли
При добавлении в моторное масло лишь в однопроцентном соотношении новая молекула значительно содействовала уменьшению вязкости жидкости. Но еще предстояли испытания полученного раствора на предмет износа двигателя.
Исследователи измеряли производительность в промышленных лабораториях компании General Motors, используя динамометр. Этот инструмент использует стандартный двигатель Cadillac SRX 2008 года с подключенными к нему датчиками, которые фиксируют производительность агрегата в различных условиях.
Залить ионную смазку в двигатель, спроектированный для стандартных масел, - это было испытанием душевной стойкости и самих ученых, вспоминает Джун Ку.
«Я очень нервничал во время испытаний! Сначала я боялся, что появится течь, так как вязкость жидкости очень низкая. Потом я задумался, не вызовет ли новая смесь серьезный износ двигателя на этом испытательном стенде стоимостью миллион долларов США", - говорит специалист.
Однако присадка с ионной смазкой в базовом масле на удивление хорошо справилась со своими задачами – настолько хорошо, что сами исследователи не ожидали таких результатов. Обновленное масло соответствовало всем нормам износа для существующего синтетического моторного масла. И оно повысило топливную экономичность на 2 процента по результатам стандартных испытаний.
«В автомобильной промышленности даже 0,5 процента – это шаг вперед, а 2 процента – это очень высокий результат», - подчеркивает Джун.
Целью программы «Топливо и смазочные материалы» под руководством Министерства энергетики США, в рамках которой проходило финансирование исследования, является повышение к 2015 году топливной экономичности автомобилей на 2% при помощи улучшенных смазочных материалов.
«Сегодня только 2013 год, и мы вплотную приблизились к этому показателю», - отмечает Ку.
«Анализируя данные о трении и износе, бросается в глаза их весомость. Они демонстрируют, что эти материалы действительно способны серьезно повысить топливную экономичность», - уверен Майкл Ловелл, специалист по смазочным свойствам ионных жидкостей.
Технология сократит нашу потребность в изделиях на основе нефти, уменьшив также и соответствующий экологический след. Но несмотря на расширенные лабораторные испытания, сложно предсказать, как эти молекулы изменят производительность двигателя или топливную экономичность в реальной жизни. «Пока мы не начнем использовать эти смазки в автомобилях, трудно сказать, как они будут работать во время и в условиях эксплуатации настоящего автомобиля или грузовика, - говорит Майкл Ловелл. – Но сам факт существования таких материалов не может не радовать, и они имеют все шансы стать смазочными материалами будущего».
