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Lubrificanti e viscosità

lubrificanti

Il lubrificante è un fluido adatto interposto fra due superfici a contatto di strisciamento con lo scopo di diminuirne l’attrito.Lo strisciamento di superfici asciutte deve essere evitato perchè comporta di regola l’usura e l’asportazione di materiale per unità di tempo, proporzionale alla forza applicata e alla pressione di contatto.

Cos’è un lubrificante?
Il lubrificante è un fluido adatto, in genere un olio o un grasso, più raramente un altro liquido ed eccezionalmente può essere un gas, interposto fra due superfici a contatto di strisciamento con lo scopo di diminuirne l’attrito.
Lo strisciamento di superfici asciutte deve essere evitato perchè comporta di regola l’usura e l’asportazione di materiale per unità di tempo, proporzionale alla forza applicata e alla pressione di contatto.
Poichè l’interposizione di un lubrificante diminuisce il coefficiente di attrito, riduce la potenza dissipata, e migliora il rendimento, nel caso del motore di un’auto ne diminuisce anche la temperatura, oltre a rendere trascurabile il logoramento delle parti in movimento.
Ciò spiega anche perchè una lubrificazione inadatta possa portare danni assai gravi, fino alla messa fuori uso del sistema in pochi secondi.
Un lubrificante opera normalmente secondo due distinti meccanismi di azione, uno chimico fisico, l’altro più propriamente fisico.

Azione chimico fisica.
Le molecole del lubrificante, costituite generalmente da lunghe catene di atomi di carbonio, sono in grado di aderire con una loro estremità alle superfici metalliche affacciate.
Questa proprietà prende il nome di “untuosità” e dipende dalla costituzione “polare” (ricordatevi la polarità della batteria e vi riesce chiaro il concetto) delle singole molecole e determina la formazione di strati di spessore monomolecolare chiamati “epilàmine” che, fortemente aderenti alle superfici in movimento, ne impediscono il contatto diretto interponendosi fra loro.
L’untuosità è posseduta in maniera maggiore o minore da tutti gli oli e i grassi, essa può venire esaltata mediante l’aggiunta di sostanze particolari denominate “additivi“.
In tal modo si sostituisce l’attrito diretto delle superfici asciutte con l’attrito, enormemente inferiore, delle epilamine affacciate.
Comportamento analogo è presentato da alcuni solidi particolari, (es. Solfuro di Molibdeno, Grafite) ai quali l’aderenza alle superfici metalliche e la sfaldabilità del reticolo cristallino che li compone, conferisce loro caratteristiche “untuose“.

Lubrificazione forzata
Per quanto il coefficiente di attrito interno di un olio sia basso, esso non si annulla mai, e cresce con il crescere della velocità relativa delle superfici affacciate. Ne consegue una dissipazione di potenza che si trasforma in calore ceduto parzialmente al lubrificante.
La viscosità dei lubrificanti diminuisce notevolmente con la temperatura e questo comporta a parità di tutte le altre condizioni la diminuzione dello spessore dello strato lubrificante, detto “meato“.
Se lo spessore diminuisce fino a ridursi a meno del doppio delle microscopiche irregolarità superficiali, le superfici entrano in contatto diretto fra loro ad alta velocità, ne consegue uno sviluppo di calore localizzato che distrugge le epilàmine di olio, fino a provocare una saldatura locale delle superfici metalliche a contatto. Questo fenomeno è ben conosciuto dagli Autoriparatori col nome di “grippaggio“.
Per evitare questi inconvenienti si agisce in due direzioni:
1 – aggiungendo al lubrificante particolari additivi che rendono la viscosità meno variabile con la temperatura (oli multigradi);
2 – favorendo il rapido ricambio del lubrificante dalle zone più a rischio, affinchè possa smaltire rapidamente il calore senza sopraelevare eccessivamente la sua temperatura.

Quest’ultimo scopo si raggiunge con la lubrificazione forzata mediante pompaggio, pur variando di tipologia, le pompe generano pressioni variabili da 1,5 – 4 bar.

Materia principale
Il petrolio grezzo è la principale fonte di oli lubrificanti, è infatti possibile produrre con processi di distillazione e raffinazioni di frazioni alto bollenti una vasta gamma di liquidi aventi pesi molecolari tra 150 e oltre 1000, e viscosità tale da renderli adatti ad ogni impiego, dal motore a scoppio, a gruppi di ingranaggi sottoposti a carichi elevati e di strisciamento (es. cambi e riduttori).
Studi effettuati dall’API (American Petroleum Institute) e da altri organismi hanno stabilito che le frazioni del petrolio grezzo sono costituite da una miriade di composti, tipo idrocarburi paraffinici, aromatici, eterociclici e così via, ma quelli che interessano per la lubrificazione sono i saturi, privi però di paraffina solida, e i mono aromatici, che permettono di ottenere lubrificanti stabili termicamente e resistenti alla ossidazione.
Attualmente la distillazione avviene sotto vuoto e si separano le frazioni desiderate aventi viscosità e intervallo di ebollizione prescelto. Le frazioni distillate vengono poi raffinate mediante estrazione con solventi, eliminando l’indesiderato e le paraffine alto bollenti che impediscono di avere oli adatti all’impiego a basse temperature.

I motori vengono progettati per funzionare con oli alla più bassa viscosità possibile, poichè fluidi meno viscosi assorbono meno energia avendo un attrito interno inferiore e hanno un miglior grado di trasmissione termica, cioè raffreddano meglio il tratto lubrificato.

La viscosità dei lubrificanti viene correntemente indicata mediante una scala convenzionale fissata dalla SAE (Society of Automotive Engineers).
La SAE ha fissato degli intervalli di viscosità per le diverse specifiche ma con l’impiego di additivi particolari è possibile ottenere un olio che appartenga a più gradi di viscosità SAE.

Un olio di questo genere è il classico Multigrado.

Poichè tutti i miglioranti dell’indice di viscosità incrementano la viscosità dell’olio, è necessario che la base di partenza sia di bassa viscosità. Dato che l’aumento di viscosità provocato dagli additivi diminuisce con il crescere della velocità relativa di scorrimento delle parti metalliche da lubrificare, un olio di questo tipo, reso più “viscoso” artificialmente, si comporta come un olio fluido nelle parti del motore sottoposte ad elevate sollecitazioni di scorrimento dove l’attrito è di conseguenza limitato (bronzine), ed esplica invece l’azione di un olio denso nelle zone ove lo scorrimento è basso e le temperature elevate (bielle).

Eccovi una tabella Viscosità SAE interessante, ovviamente lo sviluppo della tecnologia fa si che oggi nei motori di ultima generazione un 5W-30 vada bene fino a 40° .

 

GLI ADDITIVI
Gli additivi usati sono generalmente dei seguenti tipi:
– Miglioratori indice viscosità
: polimeri e copolimeri polimetacrilici le cui molecole alle alte temperature si allungano come sgomitolandosi e rendono migliore la viscosità
– Abbassanti punto di scorrimento:
saponi metallici, polifenoli, polimetacrilati.
– Antiossidanti:
composti amminici di sali di zinco e carbammati.
- Antiusura e antiattrito: fenati alcalino terrosi, che inibiscono la formazione di morchie a bassa temperatura ed anche di composti acidi.


SIGLE LUBRIFICANTI

Cerchiamo ora di fare un po’ di luce nei meandri delle sigle sempre più misteriose dei lubrificanti. Fino a qualche anno fa si faceva riferimento alle sigle A.P.I. (American Petroleum Institute), che erano tutto sommato semplici e chiare.
Di un olio si indicava se era per auto a benzina con una S (Service, stazioni di servizio) o per un diesel con la C (Commercial, veicoli commerciali) più una lettera era avanti nell’alfabeto tanto migliore e performante era l’olio.
Esempio Sg-Cd indicava un olio “migliore” a benzina rispetto a un Se-Ce, ma “peggiore “ per un diesel. Poi veniva indicata la viscosità dell’olio es 15W- 40 e tutti erano in grado di capire che un olio con quelle caratteristiche andava bene praticamente per l’80% dell’Italia; se poi abitavamo che so a Ragusa o a Moena era chiaro che nel primo caso era necessario un 20-50 e nel secondo un 5W-30. La W indicava che l’olio era stato studiato per un uso prolungato a basse temperature. Tutto chiaro e semplice, tipicamente Yankee.
Poi l’ACEA, Associazione Costruttori Europei Autoveicoli ha voluto creare delle sue specifiche.
La ACEA è nata nel 1996 in seguito alla fusione tra CCMC (Comitato Costruttori del Mercato Comune) e ATIEL (Associazione Tecnica dei Produttori Europei di Lubrificanti) e prevede 4 differenti livelli a seconda del tipo di motore e di impiego. La classificazione è data da una lettera indicante la tipologia di motore e da un numero riportante i diversi usi e applicazioni all’interno di una determinata classe. Le cat. “A” (benzina) e “B” (Diesel) sono dedicate al veicolo leggero. La cat. “C” (Catalyst Compatible) è sempre dedicata alle auto, con in più la compatibilità del lubrificante con i vari filtri dei gas di scarico. La cat. “E” è invece dedicata ai Diesel industriali .
Al contrario di ciò che accade con le specifiche API, una livello numerico più alto non significa migliori performance, insomma le specifiche europee sono piuttosto da iniziati e occorre dunque fare sempre riferimento al libretto di uso e manutenzione del veicolo, sempre che uno lo abbia. E poi parlano male dell’Italia.
Talvolta può essere indicato anche l’anno della sequenza (es. ACEA B4-02), ma comunque il livello rientra nella categoria essendo compatibile con le precedenti applicazioni. Le ultime specifiche Acea sono del 2004, mentre l’Api è giunta a Ci-Sm.
A tutto questo si sono sovrapposte specifiche proprie dei vari costruttori, tipo quelle Mercedes e Wolksvagen, il risultato è che la confusione aumenta, se poi aggiungiamo le specifiche Fiat, Bmw, Opel, Ford, Peugeot, e ci aggiungiamo le Jaso giapponesi, il caos è servito, e ringraziamo il cielo che almeno per adesso non ci sono specifiche cinesi!! Bene ora cerchiamo di vedere un po’ più in dettaglio le cose.
Ora per tornare alla W che si trova in molti oli dobbiamo parlare rapidamente di “Viscosità” La viscosità è una proprietà dei fluidi che indica la resistenza allo scorrimento, giusto per generalizzare più un lubrificante è viscoso e meglio lavora a caldo. Le classi di viscosità degli oli sono stabilite dalla SAE , Society of Automotive Engineers, e la W di Winter indica che la temperatura di riferimento della viscosità dell’olio è –15° per un 20 W , -20° per un 15W , -25° per un 10 W, -30° per un 5W, fino a –35° per uno 0 W. La temperatura estiva max assunta per convenzione è 100°, questo per dare un range molto ampio per l’utilizzo dell’olio. Inoltre le specifiche SAE dicono chiaro e tondo che un 15W-40 è un olio minerale o semisintetico, un 20W-50 o 60 è un semisintetico e 5w o 0 W-30 sono oli sintetici! Abbiamo ancora molto da imparare per praticità dagli americani!
Seguono ora le varie tabelle dei costruttori sopra enunciati. Insomma avere un solo fusto e riuscire a coprire tutto è possibile, è solo una questione di costi, d’altronde in una Punto 1,1 benzina prima serie, mettere un olio da 20 € al litro fa venire un collasso al proprietario, la soluzione potrebbe consistere nell’avere due oli, uno di prezzo e caratteristiche adatti alle auto tipo la Punto sunnominata e a costo decisamente più abbordabile dell’olio che so di una sovralimentata a benzina e iniezione diretta. Il problema fondamentale è che più andiamo avanti nelle specifiche Euro e più gli oli costeranno perchè sempre più complessi, sempre più sintetici, sempre più lavorati, sempre più sofisticati .
Tra l’altro c’è anche una specifica Acea per iniezione benzina diretta, ma da quello che ho trovato non è ancora stata usata, però non temete, ve la troverete tra i piedi quanto prima; forse conviene più tenere tre o 4 fustini da 50 lt di oli diversi adatti alle varie auto che girano attualmente più che un fusto unico da 180 kg, ma questo lo dovete decidere ovviamente voi in base alle esigenze e al parco auto dei vostri clienti abituali. Il costo è sicuramente superiore, ma se non altro non dovreste correre a destra e manca per cercare olio per motori che il fustone non copre, ma torno a dire siete voi che conoscete la situazione. Vediamo ora in dettaglio le specifiche sunnominate.


Gruppo Wolksvagen

Partiamo con una tabella riepilogativa

Entriamo nel dettaglio:
Le specifiche previste da Volkswagen, attestanti specifiche qualità di un olio motore che lo rendono
utilizzabile sulle auto del costruttore, si dividono in tre grandi gruppi:

I. Specifiche per lubrificanti duali

Prevedono un cambio olio ogni 15.000 KM ma sono ormai obsolete perché previste solo per oli approvati prima
del Marzo 1997.


II. Specifiche per lubrificanti per motori benzina


III. Specifiche per lubrificanti per motori diesel

 

Tabella ordinata per gradazione viscosimetrica

 

Ecco ora una tabella comparativa Fiat Wolksvagen

 

 

SPECIFICHE MERCEDES BENZ

Una curiosità sul numero delle specifiche MB, il nome deriva dallo schema del Bluebook Mercedes, diviso per paragrafi numerati e per pagine

 

SPECIFICHE BMW
Le specifiche BMW sono maggiormente conosciute come “Long Life”. Si tratta di tre categorie di prodotti che, superando determinati test, possono raggiungere specifici intervalli di cambio olio.

“BMW Special Oils” 1996
Il requisito minimo è ACEA A3/B3. Si aggiunge il test M42 richiesto per permettere l’utilizzo per tutto l’anno di prodotti a gradazione 0W/5W/10W- x.
“BMW Long Life Oils” 1998
Il requisito minimo è A3/B3 ed è abbinabile alle seguenti gradazioni viscosimetriche: 0W/5W/10W-30/40. Gli oli che superano il test M44, consentono intervalli estesi, fino a 20.000 Km o due anni.
“BMW Long Life” 2001
Il requisito minimo è ACEA A3/B3 e le gradazioni viscosimetriche che possono riportare queste specifica sono 0W/5W/10W-30/40. Il test M44 nella nuova versione, garantisce intervalli di cambio fino a 20/40.000 o due anni. E’ obbligatorio per le nuove vetture che richiedono il Long Life 01 e può rimpiazzare i precedenti.
“BMW Long Life” 2004
Il requisito minimo è ACEA A3 e BMW Long Life 2001. Applicabile ai lubrificanti di nuova generazione con elevata volatilità e valori medi di ceneri solfatate, zolfo e fosforo.


SPECIFICHE GM (OPEL)

Il costruttore richiede per tutti i veicoli le specifiche europee ACEA A3-98 e B3-98 con differenti gradi viscosimetrici SAE 0/5/10 W – 30/40 con cambio olio 15 mila km o 1 anno con i motori Euro 2 (costruiti cioè prima del 2001) e 30 mila km o 1 anno con i motori Euro 3.
Opel inoltre ha introdotto nel 2002 l’Opel Long Life Service Oils (a partire dalla Vectra 2002), un intervallo di cambio olio variabile che può arrivare a 30 mila km o 2 anni per i motori benzina (specifica GM-LL-B-025) e 50 mila km o 2 anni per i diesel 2.0 e 2.2 DTI (GM-LL-A-025).
Le vetture che utilizzano l’Opel Long Life Service Oils devono superare le specifiche ACEA A3, B3, B4 e le prove Opel B040 2095 HTHS >2.9 e B040 2098 per lubrificanti con HTHS >3.5.
Questo sistema di qualificazione dei lubrificanti è stato sviluppato appoggiandosi a laboratori indipendenti tedeschi che effettuano le prove motore (per usura, depositi e F.E.) o tribologiche, utilizzando procedure Opel.
HTHS indica una classe di viscosità particolare per lubrificanti che lavorano in alta temperatura ed alta sollecitazione di carico.
E per chiudere le specifiche Fiat, che vengono chiamate “qualificazioni”

QUALIFICAZIONI POWER TRAIN TECHNOLOGIES/ FIAT GROUP

 

SPECIFICHE ACEA

L’ACEA è l’associazione formata dai principali costruttori automobilistici europei (Alfa Romeo, BMW, Citroen, Peugeot, Fiat, Renault, Volkswagen, Daimler Benz, British Leyland, Daf).
E’ nata dalla fusione di CCMC (Comitato Costruttori Mercato Comune) con la ATIEL (Associazione Tecnica dei Produttori Europei di Lubrificanti). Le specifiche CCMC, ormai lentamente sostituite dalle ACEA, classificavano i prodotti con G per motori benzina, PD per diesel leggeri e D per diesel pesanti.
Le specifiche ACEA sono nate per ottenere un livello qualitativo più affidabile, prestazioni più elevate, gestione d’esercizio semplificate e maggior rispetto ambientale nelle nuove motorizzazioni.
L’adozione di specifiche ACEA comporta:
• l’introduzione di nuove formulazioni con materie prime innovative rispetto a quelle utilizzate per le stesse destinazioni d’uso
• l’analisi e la certificazione delle prestazioni di ogni singola formula utilizzata
• vincolo da parte del produttore a non cambiare i componenti della formula già certificata
• certificazione ISO 9001/2 degli impianti di produzione
• osservanza da parte del produttore delle norme ATIEL, l’ente che insieme al Comitato dei Produttori di Additivi ha definito metodologia e parametri alla base della certificazione ACEA.
I test richiesti dalle specifiche ACEA si aggiungono a quelli previsti dalla CCMC e li rendono più rigidi.
Le lettere (classi) identificano le diverse tipologie di motori nel modo seguente:
A Motori a benzina
B Diesel leggeri
C Motori provvisti di sistemi post trattamento gas (Dpf TWC e simili)
E Diesel pesanti

Le categorie numeriche indicano i diversi usi ed applicazioni all’interno di una determinata classe di lettere, legate a più livelli di performance dell’olio.

L’ultimo aggiornamento delle specifiche ACEA risale al mese di Febbraio 2007..
L’applicazione specifica di una sequenza (classe + categoria) è responsabilità del singolo costruttore per i suoi veicoli e motori.
Oli appartenenti ad una certa categoria possono rispondere anche alle esigenze di un’altra categoria, ma in alcuni motori possono essere utilizzati solo oli di una certa categoria all’interno di una determinata classe.
L’anno di riferimento è da intendersi solo per uso industriale ed indica l’anno di implementazione di un livello più severo per una determinata categoria. Un nuovo numero significherebbe che un nuovo test, parametro o limite è stato incorporato alla categoria per rispondere a nuove esigenze di performance, rimanendo però compatibile con le applicazioni esistenti. Un aggiornamento deve sempre soddisfare le applicazioni della edizione precedente, altrimenti si inserisce una nuova categoria.

 

MOTORI BENZINA

 

DIESEL LEGGERI

 

MOTORI PROVVISTI DI SISTEMI DI POST-TRATTAMENTO PER ABBATTIMENTO EMISSIONI

SAPS: Sulphated Ash,Phosporous,Sulphur ( Ceneri solfate,fosforo,zolfo)
DPF: Diesel Particulate Filter
TWC: Three Way Catalyst
HTHS: High Temperature / High Shear rate viscosity
EGR: Exhaust Gas Recirculation

 

DIESEL PESANTI

 

SPECIFICHE API

Definisce tre categorie di lubrificanti identificati con una sigla di due lettere. La prima distingue il motore a cui è destinato: S sta per Service (veicoli a benzina), C sta per Commercial (veicoli diesel), G per le trasmissioni.
La seconda lettera indica il livello prestazionale: più la lettera è avanti nell’alfabeto migliori sono le prestazioni. La specifica più attuale per i veicoli benzina è la API SL mentre per i veicoli diesel si sono raggiunte ultimamente le specifiche API CH-4 e CI-4.
I test previsti dalla API, dalla SH in poi, sono condotti seguendo le regole previste dal protocollo CMA (controllo dei test motoristici, controllo delle formulazioni, controllo dei dati).

Per ottenere questa classificazione, un lubrificante deve superare quattro prove motoristiche che considerano:
• l’ aumento della temperatura dell’olio motore in servizio
• l’allungamento dell’intervallo di cambio fissato dai costruttori
• la ricerca di performance motoristiche
• la rigidità di norme di protezione dell’ambiente
• la riduzione del consumo di carburante grazie ad una scarsa viscosità (solo per oli “Energie conserving”).

SPECIFICHE API “S”, per motori benzina

 

SPECIFICHE API “C”, per motori diesel

Tralascio del tutto le specifiche Jaso che sono praticamente sovrapponibili alle Acea e sono usate sopratutto nel settore motociclistico 2 e 4 tempi, visto che nel settore auto le usa e pare manco sempre, vedendo quello che ho trovato , solo la Toyota. Se diventassero di uso comune provvederò ad aggiungerle.

By Autobas

 

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