3.2.7 Uporaba masti v EV in njihova prihodnost
Mast velja za mejno mazivo (razmere v masti veljajo za mejne) in je bistvenega pomena za zaščito avtomobilskih delov pred odpovedjo. Masti preprečujejo nastanek rje in nabiranje delcev na površini tako, da tvorijo zaščitno plast. Zelo uporabne so tudi zaradi svoje lastnosti, da lahko stečejo pri visokih temperaturah in odlično odvajajo toploto. Večina uporabljenih masti zdrži skozi celotno dobo, zato njihova menjava ni potrebna. Najpogosteje uporabljene so masti, pridelane iz sintetičnih olj, zaradi boljšega delovanja pri večjem razponu temperatur. Dodati pa je treba, da je od vozila samega odvisno, kakšno mast bomo potrebovali, saj ena vrsta masti ne zadošča zahtevam vseh vrst vozil. V primeru, da vozilo deluje pri visoki/nižji vlažnosti, težkih obremenitvah in ima ležaje za visoke hitrosti, bomo potrebovali posebno vrsto masti, ki bo zaščitila vozilo pred obrabo in korozijo. Tudi masti lahko izboljšujemo z aditivi, ki skupaj z zgoščevalci predstavljajo približno 10 % celotne sestave masti [36].
V električnih vozilih je potreben razvoj masti za drugačne lastnosti kot pri ICEV, glavna izmed teh je povezana s prisotnostjo električnega polja in električnih tokov. Zaradi stika z električnimi deli (npr. moduli in senzorji) masti ne smejo reagirati z elektriko. Najbolj pogosto se uporabljajo masti, pri katerih je zgoščevalno sredstvo kalcijevo (Ca), natrijevo (Na) ali litijevo (Li) milo [37]. Njihove značilnosti in vrste uporabe so prikazane v preglednici 3.5.
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
35 Preglednica 3.5: Vrste masti in njihove lastnosti [36-37]
Vrsta masti Lastnosti in vrsta uporabe
Mast na osnovi kalcijevega mila
gladka struktura
dobra mehanska stabilnost
netopna v vodi
uporabljene pri temperaturah do +60 °C
primerna za uležajenja
Mast na osnovi natrijevega mila
uporabljamo v širšem temperaturnem območju
dobre oprijemalne in tesnilne sposobnosti
nudijo zaščito proti koroziji
ne uporabljamo v primerih, kjer je prevelika prisotnost vode
Mast na osnovi litijevega mila
dobra strižna stabilnost, toplotna upornost in dobra sposobnost mazanja
najbolj uporabljena v EV/HEV
zelo široko temperaturno območje delovanja
Sintetična mast širše področje uporabe od ostalih
pogosto zelo majhen upor trenja
Glavna naloga masti v avtomobilski industriji je mazanje ležajev. Ležaji so zelo velikega pomena za delovanje vozila, saj razporedijo obremenitev ter s tem zmanjšajo obrabo znotraj motorja. V zadnjih tridesetih letih so se zahteve za avtomobilske masti drastično spreminjale.
Nujnost pregleda in zamenjave masti v ležajih in delih podvozja je vse manjša, saj so te komponente mazane le enkrat v celotni dobi delovanja. Do tako velikih sprememb prihaja zato, ker morajo biti novejše masti kompatibilne z vrsto električnih komponent (tj.
bakrene žice, električni moduli, posebne plastike). Popularne bodo postale predvsem masti z nizko viskoznostjo. Te masti bodo s sabo prinesle povišanje temperatur in krajšo življenjsko dobo ležajev, saj nizka viskoznost tanjša mazalni film med kontaktoma.
Trdimo lahko, da bo mast še bolj pomembna v EV/HEV, kot je bila v ICEV, saj imajo električna vozila več komponent, ki morajo biti mazane z mastjo. Največji izziv masti pa bo predpostavljanje, kakšne bodo potrebe električnih vozil v prihodnosti. Trenutni cilj raziskovalcev je, da s preskušanjem in skozi pogovore s proizvajalci nadaljujejo z razvijanjem masti [38].
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
36
3.3 Aditivi za maziva v EV
Teoretične osnove aditivov so bile predstavljene v prejšnjem poglavju, tukaj pa si bomo pogledali, kakšno vlogo imajo aditivi v električnih vozilih, in kaj se od njih zahteva. Aditivi opravljajo tri glavne naloge: (1) izboljšujejo željene lastnosti baznih olj, (2) zavirajo neželene lastnosti baznih olj, (3) dodajajo nove lastnosti mazivom in na ta način izboljšujejo njihovo splošno kakovost. Aditivi v EV igrajo pomembno vlogo pri prevodnosti maziv, ki se z dodajanjem aditivov lahko spreminja. V preglednici 3.6 so prikazani najpogostejši aditivi, ki vplivajo na prevodnost maziva. Nekateri aditivi, kot recimo fosfolipid in kalcijev salicilat, znižujejo prevodnost maziva. Ionske tekočine v vlogi aditiva povečujejo odpornost proti obrabi in znižujejo prevodnost, niso pa širše uporabljene zaradi svoje visoke cene. Kar zadeva aditive, ki vplivajo na prevodnost maziva, je treba biti previden, saj nepoznavanje delovanja aditiva na mazivo lahko povzroči električne poškodbe in poveča obrabo [10].
Preglednica 3.6: Aditivi ki spreminjajo prevodnost maziva [10]
Znižajo prevodnost Povišajo prevodnost
Fosfolipidi ZDDP – cinkov dialkilditiofosfat Kalcijev salicilat MoDTC – molibdenov
ditiokarbamat Kalcijev alkilsulfonat Magnezijev alkilsulfonat
Ionska tekočina PIB (poliizobutilen) sukcinimid
Stearinska kislina /
Ker lahko povečanje prevodnosti z dodajanjem aditivov v nekaterih primerih povzroči oksidacijo in razpad olja, dobavitelji aditivov svetujejo izogibanje oljem, nagnjenim k oksidaciji. Aditivi morajo poskrbeti za dobre lastnosti pri odvodu toplote, zaščito pri visoko hitrostnih ležajih in zaščito pred oksidacijo. V preglednici 3.7 so prikazane zaželene lastnosti aditivov v EV/HEV za različna maziva. Simbol »X« v preglednici označuje pomembnost določene lastnosti v mazivu za ročni (angl. MTV – Manual Transmission Vehicle) in avtomatski (angl. ATF – Automatic Transmission Fluid) menjalnik [17]. Na desni strani preglednice 3.7 pa lahko vidimo primerjavo potreb pri modernih EV/HEV z ali brez sklopke.
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
37 Preglednica 3.7: Zaželene lastnosti aditivov v EV/HEV za različna maziva [17]
Lastnost aditiva MTV Ročična gred
Električne lastnosti XX XX
Toplotna prevodnost XX XX
S povečevanjem zahtev po višji učinkovitosti goriva in čistejših ostankih goriva so novejši motorji ICEV vedno bolj kompleksni, z velikim številom sestavnih delov iz novejših materialov in zlitin. Menjalniki EV/HEV so kompaktnejši in zahtevajo delovanje pri visokih hitrostih in večjih navorih, poleg tega pa se zahteva še nižja viskoznost maziv [10].
Preglednica 3.8 prikazuje najbolj popularne vrste aditivov in potrebo po njih v mazivih za EV/HEV in ICEV.
Preglednica 3.8: Vrste aditivov in potrebo po njih v mazivih za EV/HEV in ICEV [10]
Vrsta aditiva Sestava aditiva Uporaba v ICEV ¸Uporaba v
EV/HEV
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
38
Nadaljevanje
Vrsta aditiva Sestava aditiva Uporaba v ICEV Uporaba v
EV/HEV
Zaviralci korozije ZDDP Zmanjšujejo
korozijo kovin
Zmanjšujejo korozijo bakra in ostalih materialov Detergenti Fenolati na osnovi
kalcija in magnezija Disperzanti Sukcinimidi, estri Razprši netopne
usedline
tečenja Poliakrilati Zahtevani za
delovanje v mrzlih
3.4 Standardi za maziva
Skozi čas se je razvilo veliko raznih testov, predpisanih s standardom ASTM, ki zagotavljajo nadzor lastnosti maziv za doseganje zahtevanih rezultatov v EV in HEV. Najpomembnejši testi ASTM za električne lastnosti maziv so prikazani v preglednici 3.9. Kot lahko vidimo iz preglednice, za določene lastnosti maziv trenutno še ne obstajajo standardi.
Poleg električnih lastnosti maziv pa so za EV in HEV pomembne tudi ostale lastnosti. Za primer lahko ponovno vzamemo viskoznost. Viskoznost olja je določena glede na obremenitev, hitrost in delovno temperaturo operacije. Pri električnih vozilih želimo nizko viskoznost, v primeru prenizke viskoznost pa nam lahko začne mazivo uhajati izven ležajev.
Takrat nastopi tudi težava oksidacije, ki skupaj z električnimi iskricami slabša kakovost olja.
Preglednica 3.10 tako prikazuje teste po standardu ASTM za lastnosti, ki so pomembne pri EV/HEV.
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
39 Preglednica 3.9: Testi ASTM za električne lastnosti maziv [36]
Zahtevana električna lastnost Standard testa
Dielektrična moč ASTM D149
DC upornost ali prevodnost
(DC – enosmerni tok) ASTM D257
Dielektrična razpadna napetost
izolacijskih tekočin ASTM D1816
Električna prevodnost destilacijskih goriv
ASTM D2624 Električna prevodnost tekočih
ogljikovodikov
ASTM D4308
Dielektrične izgube Še v razvoju
Relativna prepustnost Še v razvoju
Preglednica 3.10: Testi ASTM za funkcijska maziva ali masti [36]
Standard zahtevane lastnosti Kaj test preverja
DIN 51819 FAG FE8 (obraba valjev) Obrabne lastnosti valjev pri pospešeni obrabi zaradi kotaljenja
DIN 51821 FAG FE9 Oksidacijska stabilnost in življenjska doba masti
ASTM 02265 Točka tečenja Visoke obratovalne temperature IP 121, ASTM D1742, ASTM D6184 Lastnost sproščanja olja
ASTM D4170, D7594 Fretting Odpornost na obrabo zaradi tresenja ASTM 06138 Anti-rust Test Odpornost na korozijo ASTM D1478 Col start torque Navor pri nizkih temperaturah
ASTM D4950 NLGI Grade Gostota
ASTM D217 Worked Cone Penetration Mehanska/delovna stabilnost ASTM D1831 Grease roll stability Odpornost na fizično degradacijo
ASTM D2266, D2596, D7421 Lastnosti pri visokih tlakih
ASTM D1264 Water wash out Vodoodpornost
ASTM D4289 Elastomer compatibility Sposobnost tesnjenja
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
40
Poleg zgoraj naštetih standardnih testov, nam standardi ASTM ponujajo tudi splošne laboratorijske teste za lastnosti v povezavi z električnim poljem in hlajenjem. Testi teh lastnosti pa trenutno za EV/HEV še niso preverjeni, ampak jih lahko pričakujemo v prihodnosti [36]. Zgoraj omenjeni standardi testov se uporabljajo tudi pri kolesnih ležajih, katerih delovanje in konstantno izboljševanje sta velikega pomena za učinkovito delovanje EV.
41
4 Primerjava specifikacij olj in tehničnih podatkov za tri primerljiva vozila z
različnimi pogonskimi sklopi
V tem poglavju si bomo pogledali, kako se po specifikacijah olja in tehničnih podatkih razlikujejo tri med seboj primerljiva vozila z različnimi pogonskimi sklopi. Pregled bo narejen za sledeče pogonske sklope: motor z notranjim zgorevanjem, hibridni pogon in električni pogon. Med seboj bodo primerjani trije avtomobili proizvajalca KIA, ki jih uvrščamo v razred J, torej med športna osebna vozila (angl. SUV - Sport Utility Vehicles).
Prvo vozilo je KIA Stonic, avtomobil z motorjem z notranjim zgorevanjem na dizelsko gorivo, ki ga proizvajajo že od leta 2018, z letom 2021 pa je bila na trg dana njegova najnovejša različica, ki jo bomo tudi uporabili v primerjavi. Naslednje vozilo je KIA Niro.
Gre za hibridno vozilo, ki je prvič prišlo na trg leta 2017 in je znano po svoji kompaktni zunanjosti in prostorni notranjosti. Za primerjavo bomo vzeli najnovejšo različico tega vozila iz leta 2021. Zadnje vozilo, ki ga bomo uporabili za primerjavo, pa je predstavnik električnih avtomobilov, KIA e-Soul. Ta model avtomobila se proizvaja že od leta 2009 v obliki ICEV vozila, od leta 2015 pa tudi v obliki EV. V primerjavi pa bomo uporabili močnejšo različico električnega vozila, ki jo izdelujejo od leta 2020. Na sliki 4.1 so prikazana vsa tri obravnavana vozila z različnimi pogonskimi sklopi.