کاهش حدود مجاز خاکستر سولفاته، فسفر و گوگرد در فرمولاسیون روغن موتورها

کاهش حدود مجاز خاکستر سولفاته، فسفر و گوگرد در فرمولاسیون روغن موتورها

 
مقدمه
طی سه دهه گذشته، قانون گذاران در سرتاسر جهان محدودیت ها و حدود مجازی سفت و سخت را برای مقدار مواد منتشره از اگزوز اتومبیل ها وضع کرده اند. مواد منتشره از اگزوز خودروها برای محیط زیست و سلامتی بشر خطرات و عواقب سوء فراوان به همراه دارند. از طرفی، اعلام و اعمال محدودیت های سخت گیرانه تر در زمینه مقدار مجاز انتشار مواد آلاینده از خودروها، سازندگان تجهیزات خودرو (OEMs) تغییرات و اصلاحات فراوان را در موتورها و تجهیزات کنترل مواد منتشره از آنها انجام داده اند. این تغییرات و اصلاحات نیازمند نسلی جدید از روان کننده ها، برای دستیابی به عمل کردی مطمئن و عاری از مشکلات طی عمر مفید خودروها، هستند.

 

تکنولوژی های سخت افزاری جدید در خودروها
سازندگان تجهیزات خودرو(OEMs) برای دستیابی و رعایت استانداردها و قوانین مربوط به آلاینده های منتشره از خودروهای سواری باید تکنولوِژی های سخت افزاری پیشرفته را به کار گیرند و روند ارتقا و افزایش بهره دهی سوخت آنها را ادامه دهند(جدول 1-9).
از میان این تکنولوژی های سخت افزاری، مبدل های کاتالیستی سه راهه تقریبا تجهیزاتی استاندارد برای کاهش انتشار هیدروکربن (HC)، مونواکسیدکربن (CO) . اکسیدهای ازت (NOx) از موتورهای بنزینی هستند.
موتورهای رقیق سوز، که به تجهیزات کاهش اکسیدهای ازت (deNOx) نیاز دارند، و تله های ذرات نیز از دیگر تکنولوژی های سخت افزاری جدیداند.
سازندگان تجهیزات (OEMs)سیستم های گردش گازهای اگزوز(EGR)،ارتقای سیستم های پاشش سوخت، تله های ذرات، فیلترهای جذب ذرات دیزلی و سیستم های حذف اکسیدهای ازت(deNOx)  را به شکل ها و ابعاد مختلف در خودروهای دیزلی سواری به کار برده اند. اصرار و پافشاری مداوم OEMs بر ارتقای بهره دهی سوخت خودرو اساسا برای به حداقل رساندن مقدار مصرف سوخت و کاهش هر چه بیشتر آلاینده های مضر منتشر از اگزوز خودروهاست.

 

حد مجاز خاکستر سولفاته، فسفر و گوگرد در روان کننده ها
با وجود اطلاعات عمل کردی و میدانی فراوان، سازندگان تجهیزات(OEMs)بسیار نگران حساسیت و وجود عناصر و ترکیباتی خاص در فرمولاسیون سوخت ها و روغن ها هستند. با کاهش مقدار گوگرد موجود در سوخت خودروها، اینک نگاه به کاهش مقدار گوگرد وجود در ترکیبات روان کننده های موتور دوخته شده اند. تاکنون هیچ آزمون صنعتی و یا عمل کردی جدیدی در زمینه سازگاری روان کننده ها با تجهیزات و سخت افزار های کنترل مواد منتشره از اگزوز خودروها وضع نشده است. اما برعکس، در مشخصاتی که برای روغن موتورهای با فرمولاسیون جدید وضع می شوند، حدود مجاز برای مقدار خاکستر سولفاته، فسفر و گوگرد(SPAS)، برای محافظت از سیستم های کنترل مواد منتشره، تعریف شده است. اصولا سازندگان تجهیزات(OEMs)با تعریف یک حد مجاز برای این مواد موافق نیستند و اعتقاد دارند که این کار باید با وضع دامنه های مجاز، 05/0 تا 08/0 درصد وزنی برای فسفر، 2/0 تا 7/0 درصد وزنی برای گوگرد و 5/0 تا 8/0 درصد وزنی برای خاکستر سولفاته انجام می شود. بعضی از سازندگان، تجهیزات SPAS  موجود در  روان کننده های مصرفی در تکنولوژی های سخت افزاری ساخت خودشان را تعیین و در راستای تکامل های بعدی قوانین آلاینده های منتشره از اگزوز خودروها حرکت کرده اند (جدول 9-2).

بعضی از سازندگان تجهیزات با دلگرمی زیاد کار در زمینه آزمون های عمل کردی را نیز برای تعیین سازگاری تجهیزات کنترل آلودگی با روغن موتور ها دنبال می کنند. شرکت فولکس واگن پیشرفت هایی فراوان در آزمایش فیلترهای جذب ذرات دیزلی در این زمینه داشته است. معرفی روغن های جدید با مشخصات ارائه شده شرکت دایملرکرایسلر(استاندارد MB P.229.31) در اواخر سال 2003 و روغن های استاندارد جدید GF-4 با مشخصات ارائه شده کمیته جهانی تائید و استاندارد سازی روان کننده ها (ILSAC) در سال 2004، به بحث کاهش حدود مجاز خاکستر سولفاته، فسفر و گوگرد در روان کننده ها واقعیت بخشیده است.

 

مبارزه بر سر فرمولاسیون روان کننده های جدید
یکی از نگرانی های عمده سازندگان تجهیزات روند و آهنگ انباشت خاکستر حاصل از اکسیداسیون روان کننده ها در فیلترهای جذب ذرات است.پاک کننده های فلزی منبع اصلی خاکستر در روان کننده ها هستند.پاک کننده های فلزی برای خنثی سازی اسیدهای حاصل از احتراق و تمیز کردن پیستون و دیگر قطعات موتور به کار می روند و تا حدودی سبب کاهش فشار فسفر بر مبدل های کاتالیستی می شوند. اگر مقدار خاکستر سولفاته روان کننده ها به محدوده 5/0 تا 8/0 (درصد وزنی) کاهش یابد، باید شاهد کاهش 50 درصدی خاکستر سولفاته از روان کننده های نوع عالی بود. در این صورت فرموله کنندگان روغن موتورها مجبورند، برای حفظ پاکی و تمیزی و عمل کرد مناسب موتورها، تحقیقاتی سخت و فشرده را درباره مواد افزودنی جایگزین جدید انجام دهند.

 

 

رسوبات فسفری، همچون پوشش و سدی سخت، از رسیدن گازهای آلاینده موجود در اگزوز به سطح فعال مبدل های کاتالیستی سه راهه جلوگیری می کنند. با وجود این، به علت مشکلات ساخت و ارتقای روش های آزمون های قوی و معتبر، تعیین عمل کرد و تاثیر واقعی رسوبات فسفری بر عمل کرد مبدل های کاتالیستی تاکنون به تاخیر افتاده است.

گوگرد نیز ماده ای بازدارنده برای کاتالیست هاست اما با کاهش مقدار آن در سوخت اهمیت بحث کاهش گوگرد در روان کننده ها کم تر شده است.مسمومیت با گوگرد موضوعی بسیار مهم در سیستم های حذف اکسیدهای ازت(deNOx) است. گوگرد و فسفر موجود در روان کننده ها به استفاده از  دی الکیل دی تیوفسفات روی(ZDDP) بسیار مربوط است. دی الکیل دی تیوفسفات روی (ZDDP) یک افزودنی بسیار عالی یا خواص ضد سایشی و ضد اکسیداسیونی بالا با بهره دهی و قیمت مناسب است. برای کاهش گوگرد و فسفر روغن موتور باید مقدار ZDDP مصرفی در آن را کاهش داد. دیگر افزودنی های ضد سایش نیز غالب حاوی ترکیبات گوگردی هستند که رای مصرف در روان کننده های با فرمولاسیون SAPS پایین مناسب نیستند. مواد افزودنی ضد اکسیداسیونی جایگزین بسیار گران تر از ZDDP هستند و در نهایت به افزایش قیمت روان کننده ها فرموله شده جدید منجر خواهد شد.

سازندگان تجهیزات خودرو  (OEMs) به این دلیل خواستار کاهش SPAS در روان کننده ها هستند که وجود SPAS زیاد سبب تخریب عمل کرد و کاهش طول عمر تجهیزات کاهنده مواد منتشره می شود. در موتور های بنزینی کاهش فسفر هم به افزایش عمر سرویس دهی و هم به کوچک تر شدن ابعاد مبدل های کاتالیستی می انجامد. در این صورت در اثر صرفه جویی در مواد و فلزات گران قیمت مصرفی در ساخت مبدل های کاتالیستی، هزینه ساخت آن ها کاهش خواهد یافت.
نگرانی عمده درباره موتورهای دیزلی طول عمر و دوام فیلترهای جذب ذرات دیزلی است. در این زمینه بیش ترین تمرکز بر کاهش خاکستر سولفاته بوده است. سازندگان تجهیزات خودرو (OEMs)، در کنار این محدودیت ها، می خواهند که از عمل کرد روان کننده ها یا فواصل تعویض روغن موتور ها نیز کاسته نشود. بهبود بهره دهی سوخت و پایین بودن قیمت روان کننده ها از نکته بسیار مهم دیگر است.

در منطقه امریکای شمالی، مشخصات جدید روغن های GF-4 و حدود مجاز وضع شده برای گوگرد و فسفر در آن با موفقیت تقریبا تمام سازندگان تجهیزات(OEMs) منطقه روبرو شده است. این توافق بر سر طیف وسیعی از روان کننده هایی بوده که الزامات OEMs را بر آورده می کنند.

در اروپا بعضی از سازندگان تجهیزات که قطعات و سیستم های کنترلی مختلف را رای خودروها تدارک می بینند طیفی از روان کننده ها را با مقادیر فسفر، گوگرد و خاکستر سولفاته مشخص معرفی کرده اند. محدود کردن کاربرد ZDDP  در روان کننده ها مستلزم آزمون های تجربی فشرده و به کارگیری مواد افزودنی جدید در فرمولاسیون روان کننده های جدید است.

 

در تغییر حدود مجاز و وضع این اجبارها و تحمیل ها،بر عمل کرد روغن های پایه نیز بسیار تاکید شده است.فرمولاسیون روان کننده های با SPAS  پایین مستلزم استفاده بیش تر از روغظن های پایه گروه های 2 و 3 است.تغییر الزامات روان کننده های لازم برای OEMs نتیجه همکاری نزدیک تر سازندگان تجهیزات کنترل آلودگی و روغن سازان است.

کاربرد بعضی از انواع مواد افزودنی سنتی متداول،که به صرفه بودن و کارایی آن ها نیز اثبات شده است،با توجه به حدود مجاز جدید تعیین شده منع و محدود می شود. این امر، جدا از اهمیت اقتصادی در توسعه فرمولاسیون ها، هزینه توسعه مواد افزودنی جدید، هزینه تولید مواد افزودنی(بر حسب تاریخچه تولید) و هزینه اجرای برنامه های آزمون های عمل کردی را به همراه خواهد داشت.با وجود این،واضح است که حیات و عمل کرد موثر سخت افزارهای کنترل مواد منتشره از اگزوز خودروها(و رعایت استاندارد های آلودگی)در گروی تحولات است.