Tại sao ngành công nghiệp ô tô chuyển sang dầu động cơ tổng hợp

Bạn có thể đã nhận thấy. Nếu bạn lái một chiếc xe tương đối mới, chi phí thay nhớt sẽ tăng lên. Các con số xác định dầu đã giảm. Khoảng thời gian giữa các lần thay dầu, trong nhiều trường hợp, đã được kéo dài. Có điều gì đó đã thay đổi.

Điều đã thay đổi là việc các nhà sản xuất ô tô tăng cường sử dụng dầu động cơ tổng hợp. Ngày càng có nhiều nhà sản xuất thiết bị gốc (hoặc "OEM" như General Motors, Toyota, Mercedes và các công ty tương tự) đang chuyển sang sử dụng các sản phẩm dầu tổng hợp trong động cơ của họ.

Không giống như dầu động cơ thông thường được chiết xuất và chưng cất trực tiếp từ dầu thô được bơm từ sâu dưới lòng đất, dầu tổng hợp được sản xuất nhân tạo trong phòng thí nghiệm. Nó có thể bắt đầu hoạt động như một nguồn dầu gốc tinh chế cao từ dầu thô, hoặc nó có thể là hoàn toàn nhân tạo. Dù thế nào đi nữa, dầu tổng hợp bao gồm các phân tử có kích thước và hình dạng cực kỳ đồng đều, trái ngược với dạng ngẫu nhiên của dầu thông thường. Đối với chế phẩm được tinh chỉnh này, các chất phụ gia chất lượng cao được bao gồm để tăng hiệu suất của nó trong động cơ.

Dầu tổng hợp tốt hơn dầu thông thường trong nhiều điều kiện, nhưng nó cũng có giá cao hơn. Hơn rất nhiều. Vậy, tại sao ngành công nghiệp ô tô lại chuyển sang sử dụng dầu động cơ tổng hợp cho ô tô, xe tải và SUV của họ?

Lý do có thể được chia thành ba loại liên kết với nhau:tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải và thiết kế hệ thống truyền lực.

Tiết kiệm nhiên liệu
Không có gì bí mật - đúng hơn, đó là một vấn đề chính trị và công khai đang được tranh luận sôi nổi - rằng việc cải thiện nền kinh tế nhiên liệu là quan trọng để bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường.

Năm 1975, Quốc hội ban hành luật giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu của ô tô và xe tải nhẹ. Nền kinh tế nhiên liệu trung bình của doanh nghiệp (CAFE) yêu cầu tiêu chuẩn về mức trung bình trên toàn đội xe được các nhà sản xuất ô tô đáp ứng mỗi năm. Khi các tiêu chuẩn được nâng lên, các nhà sản xuất sẽ đáp ứng bằng cách tạo ra các phương tiện tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Với mức kêu gọi hiện tại cho các phương tiện đáp ứng trung bình 54,5 dặm / gallon vào năm 2025 (tăng vào năm 2011), các nhà sản xuất ô tô còn một chặng đường dài để đạt được tiêu chuẩn này. Ngay cả với một sửa đổi được đề xuất để lùi tiêu chuẩn xuống 37mpg, kết quả năm 2019 là 25,1 vẫn còn rất nhiều chỗ để cải thiện.

Giảm phát thải Để giảm tác động của các chất ô nhiễm không khí đến môi trường và cuộc sống con người, Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA), trong nhiều thập kỷ, đã ban hành một loạt các tiêu chuẩn hoặc yêu cầu pháp lý ngày càng tăng mà tất cả các phương tiện mới được bán trong nước phải đáp ứng để điều chỉnh các chất ô nhiễm thải vào khí quyển. Vào tháng 4 năm 202, EPA (cùng với Cục Quản lý An toàn Giao thông Đường cao tốc Quốc gia) đã sửa đổi CAFE và tiêu chuẩn khí thải nhà kính đối với ô tô chở khách và xe tải nhẹ để áp dụng cho các năm mẫu đến 2026.

Các nhà sản xuất đạt được mức giảm phát thải bằng cách cắt giảm lượng hợp chất gây ô nhiễm có trong khí thải (oxit nitơ, cacbon monoxit, v.v.) với bộ chuyển đổi xúc tác. Nhưng việc giảm phát thải cũng gắn liền với hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Càng tiêu thụ ít nhiên liệu, càng ít khí thải được tạo ra, bao gồm cả carbon dioxide.

Thiết kế hệ thống truyền lực Để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, các nhà sản xuất đã chế tạo ra những động cơ nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn. Trọng lượng ít hơn đồng nghĩa với việc cần ít nhiên liệu hơn để di chuyển nó. Nhưng nhỏ hơn cũng có nghĩa là ít điện năng hơn. Vì vậy, các nhà sản xuất ô tô cũng đang nghiên cứu để làm cho động cơ mạnh hơn. Một trong những cách họ thực hiện điều này là lắp thêm bộ tăng áp để tăng mã lực.

Động cơ nhỏ hơn, nhẹ hơn cũng được chế tạo để có dung sai chặt chẽ hơn. Có ít không gian hơn giữa các thành phần chuyển động bên trong. Điều này có thể tiết kiệm không gian, nhưng nó cũng gây ra vấn đề về ma sát và các bộ phận tiếp xúc với nhau. Đặc biệt là vì những động cơ tương tự chạy nóng hơn những động cơ lớn hơn.

Độ nhớt thấp hơn Các nhà sản xuất ô tô
có thể làm nhiều điều để tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải, bao gồm giảm trọng lượng (với động cơ nhỏ hơn và vật liệu nhẹ hơn), khí động học và lốp xe được thiết kế lại. Một phương pháp khác là giảm độ nhớt dầu trong động cơ.

Độ nhớt là thước đo độ dày của chất lỏng, khả năng chống chảy của nó. Các công ty dầu mỏ chỉ định một số để chỉ định độ nhớt của sản phẩm của họ theo chỉ định của Viện Dầu mỏ Hoa Kỳ (API). Con số này càng cao, dầu càng đặc; số càng thấp thì càng mỏng. Bạn có thể đã nghe mô tả độ nhớt của dầu với các thuật ngữ khác:trọng lượng hoặc cấp. Mỗi thuật ngữ, trọng lượng, cấp và độ nhớt, về cơ bản đề cập đến cùng một thứ.

Nhiều thập kỷ trước, dầu có trọng lượng thẳng, như SAE 30, rất phổ biến. Động lực cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu đã dẫn đến sự phát triển của dầu đa trọng lượng, như 10W-30, trong đó số đầu tiên biểu thị độ nhớt khi dầu lạnh (“W” là viết tắt của mùa đông) và số thứ hai cho biết độ nhớt khi dầu đạt đến nhiệt độ hoạt động.

Trong những năm tám mươi và chín mươi, 10W-30 và 10W-40 là phổ biến. Kể từ đó, những con số này đã giảm xuống. Ngày nay, các nhà sản xuất ô tô kêu gọi (và các nhà sản xuất dầu sản xuất) các sản phẩm có độ nhớt thấp hơn nhiều. 5W-20 và 5W-30 là loại dầu phổ biến nhất hiện nay và thậm chí các loại dầu nhẹ hơn cũng được sử dụng thường xuyên - 0W-20, 0W-16 và thậm chí 0W-8.

Giải pháp và vấn đề Dầu có độ nhớt thấp hơn
giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Nó cho phép dung sai động cơ chặt chẽ hơn vì nó mỏng hơn và có thể thấm vào các không gian nhỏ hơn, nơi các loại dầu đặc hơn không thể. Và bởi vì nó mỏng hơn, nó tạo ra ít lực cản hơn đối với các thành phần động cơ. Di chuyển một chất lỏng đặc hơn đòi hỏi nhiều năng lượng hơn, vì vậy độ nhớt thấp hơn có nghĩa là tiêu thụ ít năng lượng hơn, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải.

Nhưng dầu loãng hơn có vấn đề của nó. Nó khó giảm ma sát hơn và do đó cần các chất điều chỉnh ma sát được thêm vào công thức để cải thiện khả năng của nó. Dầu có độ nhớt thấp cũng dễ bay hơi hơn và có xu hướng bay hơi dễ dàng hơn. Và các chất phụ gia cần hoạt động mạnh hơn khi được đưa vào dầu nhẹ.

Đó là lúc dầu tổng hợp phát huy tác dụng.

Tại sao lại là dầu tổng hợp? Những lợi thế của dầu tổng hợp
vượt qua những thách thức về độ nhớt thấp hơn - và chi phí tăng thêm.

Ví dụ, do cấu tạo phân tử đồng nhất của nó, dầu có thể được tạo ra để loãng hơn dầu có các phân tử lớn và nhỏ ngẫu nhiên và có hình dạng kỳ lạ. Và bởi vì nó được làm từ gốc chất lượng cao, dầu tổng hợp ổn định hơn nhiều ở các nhiệt độ khắc nghiệt. Điều đó làm cho nó trở thành một ứng cử viên hoàn hảo cho một động cơ nhỏ hơn, nóng hơn.

Dầu tổng hợp cũng có khả năng chứa các thành phần chất lượng cao hơn nhiều - chất điều chỉnh độ ma sát, chất phụ gia chống mài mòn, chất chống oxy hóa, và hơn thế nữa.

Ngoài ra, chất liệu tổng hợp có thể chịu được nhiệt cao và số vòng quay cao của bộ tăng áp. Chúng cũng giúp giải quyết vấn đề đốt cháy trước tốc độ thấp (LSPI), một điều kiện là sản phẩm phụ của áp suất cao trong động cơ phun xăng trực tiếp tăng áp nhỏ, nơi hỗn hợp nhiên liệu không khí có thể tự bốc cháy. LSPI gây hại cho động cơ. Các chất tẩy rửa có trong dầu tổng hợp giúp giảm khả năng mắc bệnh LSPI.

Dầu tổng hợp có giá cao hơn đáng kể so với dầu thông thường, nhưng nó cũng có tuổi thọ lâu hơn. Một số chất tổng hợp có thể được sử dụng cho 10K dặm hoặc hơn. Các nhà sản xuất đã chuyển sang thời gian thay dầu dài hơn với việc sử dụng dầu tổng hợp.

Bởi vì dầu tổng hợp có thể được sản xuất với độ nhớt thấp hơn (một số loại dầu chỉ có ở loại tổng hợp) và có thể duy trì độ nhớt đó lâu hơn mà không bị hỏng (dẫn đến thời gian giữa các lần thay dầu lâu hơn) và do khả năng mang chất lượng cao hơn. phụ gia và hoạt động trong môi trường nhiệt cao, áp suất cao của động cơ ngày nay, nó nhanh chóng trở thành chất bôi trơn được các nhà sản xuất ô tô lựa chọn.