Smeermiddelen voor hybride voertuigen
Met de opkomst van hybride voertuigen houden smeermiddelenproducenten en -leveranciers zich steeds meer bezig met de bijbehorende smeermiddelen.
Waarom hybride?
Emissieverlaging hoog op het to-dolijstje
Als gevolg van de steeds strenger wordende emissiewetgeving en de hoge boetes die aan autofabrikanten worden opgelegd wanneer hun modellen de limiet van CO2-uitstoot overschrijden, staat het verlagen van emissies hoog op het to-dolijstje van diezelfde constructeurs. Aangezien de limiet vanaf 2021 door de EU is vastgesteld op 95 gram per kilometer, hoeft het dan ook geen verwondering te wekken dat men steeds nadrukkelijker op zoek gaat naar antwoorden op dit vraagstuk.
De voordelen van hybride
Een van de oplossingen is een volledig elektrische aandrijving of – in verband met de actieradius en snelheid van ‘tanken’ – een hybride variant. Hybride aangedreven voertuigen maken gebruik van een brandstofmotor op benzine of diesel, gecombineerd met een elektromotor. Daarbij wordt voor de verbrandingsmotor vaak een moderne, zuinige downsizeverbrandingsmotor toegepast. Met deze combinatie presteren de voertuigen beter én zuiniger bij verschillende snelheden. Zo is de elektromotor beter in het genereren van koppel, terwijl een verbrandingsmotor beter in staat is om hoge snelheden over lange afstanden langer vol te houden.
Brandstof als het kan, elektrisch als het moet
De inzet van óf de verbrandingsmotor óf de elektromotor is afhankelijk van de toepassing, de bestuurder en het voertuig zelf. Door op het juiste moment over te schakelen, zal het voertuig efficiënter rijden, wat zich direct vertaalt naar een lager brandstofverbruik en dito uitstoot. In bepaalde gevallen zal de bestuurder vooral elektrisch willen rijden in verband met emissies ter plaatse en pas overschakelen op zijn brandstofmotor wanneer de accu voor de elektromotor leeg is.
In andere gevallen fungeert de elektromotor weer als back-up en ondersteunt hij de verbrandingsmotor wanneer het voertuig zwaar wordt belast; bijvoorbeeld in het geval van versnellen of optrekken. Óf de elektromotor wordt aangesproken wanneer een specifieke situatie daarom vraagt.
Soorten hybride aandrijvingen
In de praktijk krijgen garages te maken met verschillende types hybride aandrijvingen die door de jaren heen zijn ontwikkeld.
- ICE: Internal Combustion Engine (interne verbrandingsmotor)
- MHEV: Mild Hybrid Electric Vehicle (mild hybride elektrisch voertuig)
- FHEV: Full Hybrid Electric Vehicle (volledig hybride elektrisch voertuig)
- PHEV: Plug-In Electric Vehicle (plug-in elektrische voertuigen)
- BEV: Battery Electric Vehicle (batterijgevoede elektrische voertuigen)
- FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle (brandstofcel elektrische voertuigen).
De verwachting is dat het aantal hybride voertuigen in 2025 op ongeveer 15 miljoen stuks staat. Alle grote autofabrikanten zijn bij deze ontwikkelingen betrokken.
Opbouw
Om te begrijpen welke eisen een hybride aandrijving stelt aan smeermiddelen, is het belangrijk om de configuratie van de verschillende typen te kennen. Een overzicht hiervan is gegeven in Figuur 1 (zie onder), waarop de verschillende mogelijke posities van de elektromotor én het (ont)koppelpunt zijn weergegeven. In de P0- en P1-situatie maakt de elektromotor naast de verbrandingsmotor gebruik van dezelfde overbrenging, wat een minimale impact heeft op de eisen ten aanzien van smeermiddelen.
P2 en P3 maken eventueel gebruik van dezelfde transmissie, maar hierbij gaat het om een geïntegreerde motor waarbij olie in contact kan komen met de motor. Dit betekent dat dit invloed kan hebben op de elektrische eigenschappen van de motor, de afvoer van warmte, compatibiliteit met de materialen én verschillende wrijvingssituaties.
Kijken we naar de Power Split (de koppeling waarmee de bestuurder tussen de verschillende aandrijfvormen schakelt), dan hebben we te maken met een geïntegreerde motor in een koppeling waarbij olie eveneens in aanraking kan komen met de motor.
P4 is tot slot een elektromotor die gekoppeld is aan de achteras, wat gepaard gaat met een nieuw soort overbrenging. Hiermee zijn hoge snelheden mogelijk en is er sprake van een klein cartervolume. De eisen met betrekking tot wrijving zijn klein en smeermiddelen zijn eventueel te gebruiken voor het koelen van de elektromotor.
Gevolgen voor smeermiddelen
Hogere thermische belasting
Wat zijn nu de gevolgen van de verschillende typen hybride voor het type smeermiddel? Als eerste is te bedenken dat de toegepaste downsizeverbrandingsmotoren (veel) hoger thermisch worden belast dan het geval is bij auto’s die enkel met een brandstofmotor zijn uitgerust, onder andere door de hogere specifieke vermogens en de vaak kleinere carterinhoud met minder olie in vergelijking met traditionele motoren. Geschikte motoroliën voor dit type aandrijving moeten dan ook bestand zijn tegen deze hogere thermische stress en een goede bijdrage leveren aan het koelen van de motor.
Low Speed Pre-Ignition
Daarbij zijn dezelfde motoren gevoeliger voor Low Speed Pre-Ignition (LSPI). Deze term staat voor een abnormale, ongecontroleerde, voortijdige verbranding waardoor schadelijke hoge drukgolven kunnen ontstaan. Dit effect is ook te vinden in veel turbomotoren. Speciale additieven in de olie kunnen dit fenomeen tegengaan en voorkomen hiermee onder andere een inwendige vervuiling van de motor met kool- of lak(varnish)afzettingen.
Steeds lagere viscositeit
Tevens moeten de oliën – in het kader van een hoge efficiëntie – een bijdrage leveren aan een lager brandstofverbruik. Dit gebeurt onder andere door de inwendige wrijving van de bewegende motoronderdelen verder te verlagen, waardoor het mogelijk is om oliën met een lagere viscositeit (dunne olie) te gebruiken. Fabrikanten schakelen wat dat betreft steeds vaker over op 0W-20-motoroliën; voor sommige motoren wordt zelfs al SAE 0W-16 voorgeschreven, terwijl voor de toekomst de inzet van 0W-12- en 0W-8-oliën niet is uitgesloten.
Veelal synthetische basisolie
Die diverse eisen leiden uiteindelijk veelal tot een synthetische basisolie met het juiste additievenpakket (onder andere tegen LSPI en inwendige motorvervuiling) die samen het hoofd kunnen bieden aan de genoemde thermische belasting en daarbij een zo lang mogelijke verversingstermijn hebben.
Het juiste smeermiddel voor hybrides kiezen
Over het algemeen zijn de fabrikanten niet bezorgd over een mogelijk foutieve keuze van de olie. De juiste olie is met behulp van verschillende tools relatief eenvoudig te achterhalen; analoog aan het kiezen van de olie voor een auto met uitsluitend een verbrandingsmotor. Daarbij is het altijd verstandig om een extra controle uit te voeren door de specificaties van de gekozen olie te vergelijken met voorschriften van de autofabrikant ten aanzien van de motorolie en de bijbehorende verversingstermijn. Wel wordt opgemerkt dat een grotere uitdaging in het daadwerkelijk toepassen van de juiste olie ligt. Door alle technologische ontwikkelingen komen er steeds meer motoroliën op de markt om de nieuwe motoren adequaat te kunnen smeren. Daarbij worden motoroliën in sommige gevallen specifiek ontwikkeld voor een bepaalde familie van motoren, waardoor zij minder breed inzetbaar zijn en de garagehouders steeds meer verschillende soorten op voorraad moeten hebben. Alle auto’s vanuit de bulkvoorraad smeren met standaard 5W-40- of 5W-30-oliën is er niet meer bij. Gebeurt dat – bijvoorbeeld door gemakzucht – tóch, dan is de kans groot dat de levensduur van de motor én de eigenschappen significant afnemen. Bijvoorbeeld door het eerdergenoemde LSPI, een negatieve invloed op de nabehandelingssystemen en oxidatie van de olie zelf. Deze oxidatie ontstaat door onvoldoende weerstand tegen hoge temperaturen, waardoor de olie indikt, verzuurt en minder goed smeert. Geoxideerde olie vergroot bovendien de kans op de vorming van koolafzettingen en lakvorming.
Samenvattend hebben beide partijen uit het intro een beetje gelijk: smeeroliën voor hybrides zijn niet héél afwijkend ten opzichte van andere smeeroliën, maar zijn speciaal voor hybride voertuigen wél belangrijk om rekening mee te houden.
