Günümüzde yakıt ekonomisini geliştirmek, motor aşınmasını korumak, maliyetleri azaltmak ve düşük hızda ön ateşleme temel konular arasında yer alıyor. Ancak yaygın olarak kullanılan standart oksidasyon testlerin çoğalmasının yenilikçi motor yağı geliştirilmesini engellediği tezi gittikçe güçleniyor…
Motor yağı oksidasyonunu kısaca yağın bozulması olarak özetlemek mümkün. Tüm üretici ve kullanıcıların ilişkili olduğu bu konu, UNITI Madeni Yağ Teknolojisi Kongresi’nde de gündeme geldi. Kongre kapsamında düzenlenen bir konferansta konuşan Infineum’dan Dave Coultas, şu sıralar kullanımda olan standart oksidasyon testlerinin gerçek motor mekanizmasını tam anlamıyla karşılayamaması durumunda bunun gelecekteki formülasyon gelişmelerini kısıtlayabileceğini söyledi.
Oksidasyon, yağların piston bölgesi ve modern içten yanmalı motorlar gibi yüksek reaktif ortamlarda yüksek sıcaklık ve basınca maruz kalmalarının kaçınılmaz bir sonucu. Dave Coultas 2015 UNITI Madeni Yağ Teknolojisi Kongresi sunumunun üzerine eklemeler yaparak 2016 sunumunda yağ bozulmasının yağlama performansı üzerindeki etkisini araştırdı.
Oksidasyon, anahtar yağ bozulması mekanizmalarından biri olduğu için Infineum halen kullanılan standart yağ oksidasyon testlerinin realistik bir veri üretip üretmeyeceğini daha iyi anlamayı hedefliyor. Bir diğer hedef ise, mevcut laboratuvar testlerini geçen motor yağının, gerçek koşullar altında motoru oksidasyondan koruyup korumayacağını da belirlemek.
Demir etkisinin anlaşılması
Motor ve standart testlerin her ikisi de yağlama oksidasyonunu belirmek üzere geliştirildi. Şasi dinamometre testleri, farklı yakıt tipi kombinasyonları, motor tasarımları ve görev döngüsü ile gerçek kullanım şartlarını sağlayarak hatta taklit ederek çeşitli koşullarda yağa stres uygulayabiliyor. Ancak bu deneylerin yürütülmesi oldukça pahalı ve 50 bin doları aşıyor. Bu nedenle kısa bir süre içinde saha etkilerini çoğaltmak için testleri çok zorlukoşullarda çalıştırmak da gerekiyor. Bu durum, CEC gibi endüstriyel kuruluşların ve bireysel OEM’lerin çeşitli oksidasyon standart testlerini geliştirmelerine neden oldu ve konuya hem OEM hem de endüstri yağlama yağı özellikleri dâhil edildi. Bu atılımla, yağlama yağı performans değerlendirmesi için gerekli olan süre ve deney maliyetlerinin azaltılması amaçlanıyor.
Gerçek motor yağı oksidasyon mekanizmaları, temelde standart laboratuvar oksidasyon testlerinden farklı. Örneğin gerçek bir motorun aşınma sürecinde, küçük demir parçacıkları oluşur. Bu çok küçük parçacıklar, oksidasyonu hızlandırabilir ve katalitik olarak aktif Fe (III) türü oluşturmak üzere yanma asitleri ile reaksiyona girer. Yağlama yağları, aşınmış demiri aktif demire dönüştürmek üzere formüle edilebilir ve bunun sonucunda da oksidasyon sınırlandırabilir. Standart laboratuvar testleri sahadaki oksidasyon mekanizması ile eşgüdümlü olmakta zorlanıyor. Buradaki anahtar faktör, Fe (AcAc) 3 formunda olan aktif Fe (III)’nin aşınmanın bir sonucu olarak zaman içerisinde değil teste önceden eklenmesi. Ayrıca bu testler, 150-170 derece arasında, gerçek olamayacak kadar yüksek sıcaklıklarda farklı çalışma koşulları, süreleri ve yakıt tipleri ile yürütülebilir.
Laboratuvarda ele geçen bu sonuçların değerini daha iyi anlamak için Infineum, yağlama yağlarının oksidasyon mekanizması ve performansını hem gerçek motorlarda hem de standart laboratuvar oksidasyon testlerinde kıyasladı.
Standart oksidasyon testi ve motor testi kıyaslaması
Kıyaslama için, yağlayıcılar hem şasi dinamometre testinde hem de Avrupa Otomobil Üreticileri Derneği (European Automobile Manufacturers’ Association- ACEA) özelliklerinde olan CEC L-109 (The Coordinating European Council) yüksek stres koşullarında standart oksidasyon testinde denendi.
CEC L-109 testinin şartlarına benzer olması için, şasi dinamometre çok zorlu çalışma koşulları ile kuruldu. Infenium “Dağ Test Sürüşü”nde çalışan ve Avusturya’da Großglockner Yüksek Alp Yolu üzerinde 2 bin 504 m’yi aşan sürekli yokuş yukarı sürüşünü simüle eden bir dizel kamyonetin tıpkısı yapıldı. Test, yüksek yağ asidi metil esteri (YAME) karter dopingi ile 30 bin km’den fazla çalıştırılarak soğutma devresi bypass edildi ve eksilen yağ seviyesi tamamlanmadı.
Bu şekilde uzun bir test döngüsünde, yüksek stres koşullarında operasyon yapılmasına rağmen motorda standart test şartlarını sağlamak mümkün değil. Örneğin, motor testinde ortalama yağ sıcaklığı 120oC ve pik değer 140oC iken laboratuvar testlerinde bu sıcaklık 150oC – 170oC olarak ayarlanıyor.
Test için iki yağ formüle edildi: A yağı aşınmış demiri, aktif demire dönüştürmeyi kontrol ediyor. B yağı ise oksidasyon yükselişi CEC L-109 oksidasyon testindeki B yağı ile aynı seviyeye gelene kadar şasi dinamometresinde çalışıyor. A yağı aynı sürede çalıştığında, CEC L-109 oksidasyon yükselişi şasi dinamometre testinde yüzde 40’dan daha fazla oluyor. Bu fark, aktif demirin bir formu olan Fe (AcAc) 3’ün CEC L-109 testi başlangıcında eklenmesinin bir sonucu. Bu durum yağların, aşınmış demiri aktif demire dönüşümünü kontrol edebilmesini ortadan kaldırır.
Aktif demirin oksidasyon testi üzerindeki etkisi
Viskozite artışına bakıldığında, CEC L-109 testinin, şasi dinamometresine göre daha büyük bir viskozite artışı gösterdiği görülüyor. Bu viskozite artış mekanizmasının standart testte düşüşü şasi dinamometresi ile kıyaslandığında, yüksek sıcaklık ve Fe (AcAc) 3’ün varlığından orantısız olarak etkilendiği de görülüyor. Bu sonuç bize, CEC L-109 standart testinin ve diğer benzer standart testlerin iyi tasarlanmış olmalarına rağmen bazı sınırları olduğu gösterdi. Gerçek bir motorda yer alan çeşitli kompleks reaksiyonların basitleştirilmesiyle gerçek motor performansı tahmin etmek mümkün olmayabilir. Standart oksidasyon testleri, yağ formülasyon esnekliğini azaltır. Şu sıralar motor yağı geliştiricileri için, yakıt ekonomisini geliştirmek, motor aşınmasını korumak, maliyetleri azaltmak ve düşük hızda ön ateşleme temel konular arasında yer alıyor. Bu başlıklar, yağ formülasyonunu bir tarafa doğru yönlendirirken ne yazık ki CEC L-109 gibi standart testler ise formülasyon alanını tam olarak ters tarafa çevirip yenilikleri engelliyor. Standart oksidasyon testleri formülasyon alanını, oksidasyon mekanizmasının bir parçasına dayandırarak sonuca varabilir. Ancak bu durum formülasyon yaklaşımının gerçek bir motor ortamında oksidasyon sonuçlarını geliştirmfeek için en iyi yol olduğu anlamına da gelmez.
Bu testlerin yağlama yağını formüle edenlere etkileri:
- Kanıtlanmış gerçek saha performansı bileşenlerini seçmek için kabiliyetlerini sınırlandırıyor
- Gelecek donanım ihtiyaçlarını karşılayabilecek yağları geliştirmeyi zorlaştırıyor
- Yeni yağ formülasyonların maliyetini yükseltiyor.
Standart oksidasyon testlerin çoğalması gereksiz bir karmaşıklık yaratıyor ve endüstrinin gerçek ihtiyacını karşılamak için yenilikçi motor yağı geliştirilmesi karşında yer alıyor. Standart oksidasyon testlerinde yüksek stres koşulları ayarlandığından, yağ formülasyonu için temel hedefin tahmini olmayan standart testi geçmek olması önemli bir sorun. Bu durum, örneğin bir motor için gerçek ilgili performanstan çok fazla katkı kullanılması ya da yanlış tipteki katkı çözümünün uygulanmasına sebep olabilir.
Yenilikçi yaklaşımlar…
Asıl konu saha performansını göstermek… Eğer standart testlerin tümü devam edecekse, gerçek limitlerin ölçme aracı doğruluğu ile orantılı olarak ayarlanması gerekiyor. Belki de artık endüstrinin ve standart testlerin fayda/maliyet analizini yürütmesi ve modern motorlara uygun analitik testlerin gerçek alan olaylarını modellemesini garantiye alarak yüksek düzeyde ayrıntılı inceleme yapmasının vakti geldi. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, mükemmel oksidasyon kontrolü sağlamak ve geleneksel katkı teknolojisinin kullanımı yoluyla aşınma koruması için gelecekteki donanım ihtiyaçlarını karşılamak üzere tasarlanmış yağlama yağı ihtiyacını vurguluyor. Buna ek olarak, ilgili demirin aktif demire dönüşüm kontrolü gibi sorunları, yenilikçi yaklaşımlarla çözmek temel mekanizmaları daha iyi anlayarak mümkün… Bu dengeyi sağlamak için yağlama yağını formüle edenlerin, bileşenlerini seçme özgürlüğünün ve optimum yağlama performansı sunabilme imkanının olması gerekir. Performans testlerinde daha iyi bir dengeyi yakalamak ve yağların performansını gerçek olarak tasvir edebilmek ancak teknik özelliklerin bütünsel bir yorumuyla mümkün olabilir.
