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La parola dell'esperto

In quest’area trovate gli articoli dei nostri tecnici della lubrificazione riguardanti le principali caratteristiche dei lubrificanti e le più recenti evoluzioni tecniche del settore. Un utile guida per conoscere e approfondire temi quali la viscosità, le specifiche prodotto, le normative europee.

La viscosità degli oli motore
Per comprendere la funzione d’uso di un lubrificante è indispensabile introdurre il concetto di viscosità, una delle caratteristiche fondamentali degli oli lubrificanti. La viscosità di un fluido è una proprietà chimico - fisica estremamente importante per tutti i fluidi, non solo per gli oli motore. La viscosità viene definita come la resistenza interna di un fluido, ovvero quanto questo si oppone al proprio scorrimento.

Immaginiamo due superfici sovrapposte ed in movimento relativo che vengano attraversate da un fluido il quale scorre nel "meato" (definito come l'area tra due superfici d'attrito) disponendosi in più strati sovrapposti. Durante il movimento lo strato più in basso rimane fermo, mentre gli strati più in alto scorrono con velocità sempre maggiore raggiungendo al livello più alto, la stessa velocità della superficie in movimento. Negli strati più in basso la velocità scende progressivamente perché ogni singolo strato tende a frenare quello superiore e contemporaneamente a trascinare quello inferiore. Questo movimento di strati porta ad una graduale diminuzione di velocità ed assorbe tanta più energia quanto maggiori sono gli attriti interni che si verificano nel fluido che è in moto di scorrimento. Quindi, maggiore sarà la resistenza interna di un fluido, maggiore sarà l'energia assorbita durante il movimento e di conseguenza maggiore sarà la viscosità.

Spesso il concetto di viscosità viene confuso con quello di densità, che è invece il peso specifico del fluido (kg/litro). Rispetto all'acqua un olio motore è più viscoso (nel senso che è meno scorrevole), ma è anche meno denso (cioè è più leggero: infatti, se versiamo dell'olio motore in un bicchiere contenente acqua, tende a galleggiare).

Lo strumento necessario per misurare la viscosità è il viscosimetro.
Viene misurato il tempo che, una determinata quantità d'olio, impiega per scorrere attraverso un capillare immerso in un bagno di fluido, a temperatura stabilita.
A parità di temperatura non tutti gli oli si comportano in ugual maniera. Questo comportamento, definito per l'appunto “viscosità” dipende:

1) dalla temperatura: all'aumentare di questa la viscosità diminuisce e viceversa;
2) dall'indice di viscosità: è un parametro che indica il cambiamento della viscosità al variare della temperatura. Più questo parametro è alto e meno il lubrificante è sensibile al variare della temperatura. Tale parametro si attesta intorno al valore di 100 per gli oli c.d. ”monogradi” e può superare 160 per quelli c.d. “multigradi”.

La tabella SAE J300 (Society of Automotive Engeneers) classifica gli oli motore in base alla viscosità, e non tiene conto di altre performance del lubrificante, le quali sono invece stabilite dalle specifiche internazionali (API, ACEA) e dalle omologazioni dei singoli Costruttori.

Il primo numero della classificazione seguito dalla lettera “W” (Winter) indica il “comportamento invernale”, ovvero a bassa temperatura, del lubrificante, mentre il secondo indica quello “estivo”, ovvero ad alta temperatura.

Si definisce “monogrado” un olio che garantisce una sola prestazione, a freddo o a caldo, indicata nella tabella, es. SAE 10, SAE 30, SAE 50, ecc.

Un olio “multigrado” garantisce invece sia una prestazione a bassa temperatura che una ad alta temperatura, es. SAE 5W30, SAE 10W40, SAE 15W40, ecc.

La scelta della viscosità di un lubrificante va operata tenendo in considerazione sia la temperatura minima di funzionamento del motore che quella massima; è fondamentale scegliere un olio che resti sufficientemente fluido a bassa temperatura (Winter) per garantire un facile avviamento, ma che, nel contempo, assicuri un mantenimento soddisfacente della viscosità quando il motore è sotto sforzo.

Gli oli motore utilizzati al giorno d'oggi sono praticamente tutti multigradi, gli oli monogradi sono usati generalmente quando la temperatura di impiego varia poco (es. motori stazionari).
La lubrificazione

Lubrificare è indispensabile per ridurre la “frizione” e per proteggere due superfici solide in movimento fra di loro. La frizione é la resistenza o forza incontrata quando un corpo è in movimento rispetto ad un altro [fig.1].

La frizione tra due solidi è indipendente dalla velocità e dalla superficie macroscopica di contatto tra i due corpi, è invece proporzionale al loro peso. 'Lubrificare' vuol dire quindi 'sostenere' il peso che scorre su una superficie introducendo tra i due corpi uno strato di un'altra sostanza che ne riduca la frizione [fig. 2].

Questa sostanza può essere un gas o un liquido (fluidi) oppure un solido, come ad esempio la grafite in alcune particolari applicazioni. Tutti i fluidi hanno, in misura maggiore o minore, la caratteristica di lubrificare. Un fluido però, per essere un buon lubrificante, deve soddisfare alcune specifiche esigenze.
Il mercurio, per esempio, aderisce molto bene alle pareti metalliche. Una funzione “protettiva” che è una delle proprietà che un lubrificante deve avere. Anche l'alcool aderisce immediatamente alle superfici metalliche ma con un velo troppo sottile per proteggerle. In alcune applicazioni speciali viene utilizzata come “lubrificante” persino l'aria compressa. Nessuno di questi fluidi è però un buon lubrificante perché non soddisfa le numerose esigenze che si richiedono nelle normali applicazioni.
Le caratteristiche più importanti dei lubrificanti ottenuti dai derivati del petrolio sono: una notevole capacità di aderire ai metalli, capacità di formare un film sottile ed omogeneo tra le superfici da lubrificare, una buona resistenza all'acqua, caratteristiche antiruggine, una buona stabilità termica e la capacità di trasferire il calore.
L'aspetto più interessante di tutti però è che, oltre alle suddette proprietà, se ne possono aggiungere altre apportando modifiche al lubrificante durante il processo di produzione; si possono ottenere così prodotti adeguati alle più varie applicazioni industriali e alle sempre più esigenti richieste motoristiche. Gli oli sono stati sviluppati e adeguati in relazione alle specifiche esigenze di lubrificazione dei macchinari. Oggi l'efficienza e lo sviluppo di molte industrie spesso dipende dalla scelta del lubrificante.

Le specifiche degli oli motore

La viscosità non è indice di prestazione di un lubrificante, ma ne indica semplicemente le caratteristiche di scorrevolezza. Le indicazioni che ci permettono di stabilire le reali performance del nostro lubrificante solo le specifiche internazionali, API ed ACEA, e le omologazioni dei singoli Costruttori, da questi emanate per soddisfare particolari esigenze dei loro veicoli.

Le specifiche servono a classificare i lubrificanti in base alle prestazioni, alla composizione e all'impiego a cui sono destinati. Ma cosa vuol dire soddisfare una specifica? Significa garantire almeno il livello minimo di qualità richiesto dalla specifica, ovvero il superamento di tutti i test motoristici previsti dalla stessa.



L'API


La API (American Petroleum Institute), definisce per gli oli motore due categorie identificate con una sigla di due lettere. La prima lettera distingue il tipo di motore a cui è destinato: "S" sta per Service, motore a benzina, "C" sta per Commercial, motore Diesel. La seconda lettera indica invece la severità dei test previsti e quindi il livello prestazionale: più la lettera è avanti nell'alfabeto, maggiori saranno le performance. In linea di principio, dunque, una specifica API più recente (e quindi più severa) soddisferà anche le precedenti. Attualmente siamo ad API SM per i motori a benzina e ad API CI-4 per i motori Diesel (il 4 indica motore Diesel 4 tempi). In particolare: API SN: è stata introdotta nel Ottobre 2010 e prevede test per verificare maggiore resistenza all'ossidazione, protezione dai depositi, miglior protezione dall'usura e performance a bassa temperatura e l’attitudine Fuel Economy.

API CJ-4: introdotta nel 2010, prevede test per verificare la compatibilità del lubrificante con sistemi di ricircolo dei gas di scarico (EGR), e con altri sistemi di controllo dei gas di scarico. I lubrificanti appartenenti a questa categoria forniscono ottima protezione contro l'usura, controllo della fuliggine (soot control) e depositi sui pistoni, e mantenimento della viscosità. E’ un olio adatto a gasoli a basso contenuto di zolfo (0,05%).

Le prove a cui viene sottoposto il lubrificante tengono in considerazione la ricerca di performance motoristiche, l'allungamento degli intervalli di cambio olio, l'aumento di temperatura dell'olio in servizio, la riduzione del consumo di carburante (c.d."Energy Saving") ottenuta grazie a lubrificanti a bassa viscosità (XW20, XW30).

L'ACEA


La ACEA (Associazione dei Costruttori Europei di Automobili) 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 standard a seconda del tipo di motorizzazione e di impiego. La classificazione è composta da una lettera indicante la diversa tipologia di motore e da un numero riportante i diversi usi e applicazioni all'interno di una determinata classe, legata a più livelli di performance. Le cat. "A" (motori benzina) e "B" (motori Diesel) sono dedicate al veicolo leggero. La neonata cat. "C" (Catalyst Compatible), di cui abbiamo parlato negli scorsi numeri, è sempre dedicata alle "passenger cars", con in più la richiesta compatibilità del lubrificante con i sistemi di post-trattamento dei gas di scarico comparsi sulle vetture di ultima generazione. La cat. "E" è invece dedicata ai motori Diesel dei veicoli industriali (Trucks, macchine TP, ecc.). A differenza di quanto avviene con le specifiche API, una categoria numerica più elevata non necessariamente significa maggiori performance, occorre pertanto fare riferimento a quanto indicato sul libretto di uso e manutenzione del veicolo. Talvolta può capitare di vedere indicato l'anno della sequenza (es. ACEA B4-02): esso è però da intendersi solo per usi industriali, in quanto una nuova indicazione, pur significando nuovi test o parametri, rientra comunque nella categoria rimanendo compatibile con le applicazioni precedenti. In caso contrario sarebbe necessario inserire una nuova categoria. Soddisfare una specifica ACEA significa, oltre che superare una lunga serie di test motoristici: - certificare ogni singola formula utilizzata, che deve essere depositata presso l'Ente, ed il vincolo, da parte del Produttore, a non cambiarne i componenti; - disporre delle certificazioni ISO 9001/2 (per i siti produttivi); - l'osservazione delle norme ATIEL, l'Ente che ha definito metodologia e parametri alla base delle certificazioni ACEA. L'ultimo aggiornamento delle specifiche ACEA risale al dicembre 2010.

Le definizioni delle categorie sono le seguenti:

A/B: oli per motori benizna e Diesel

A1/B1
oli a bassa viscosità e basso HT/HS (>2,6<3,5 mPa.s), con caratteristiche Fuel Economy. Questi oli possono non essere adatti in alcuni motori. Verificare il libretto di uso e manutenzione del veicolo.
A3/B3
oli stabili adatti per l'utilizzo in mezzi ad elevate prestazioni, impiego severo e prolungati intervalli di cambio.
A3/B4
oli stabili adatti per motori Diesel di autovetture e veicoli commerciali con iniezione diretta. Soddisfano anche i requisiti previsti dalla A3/B3.
A5/B5
oli stabili a bassa viscosità e basso HT/HS (>2,9<3,5 mPa.s), con caratteristiche Fuel Economy. Adatti per un utilizzo severo e lunghi intervalli di cambio. Prevedono prestazioni più elevate rispetto ad A1/B1. Il livello B5 prevede lo stesso livello prestazionale del B4, con in più specifici test per attestare le caratteristiche Fuel Economy. Questi oli possono non essere adatti in alcuni motori. Verificare il libretto di uso e manutenzione del veicolo.

C: oli compatibili con i sistemi catalitici

C1
oli stabili per motori di recente tecnologia dotati di sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Caratteristiche Extra Fuel Economy, Low Saps (tenore in ceneri < 0,5%) e viscosità HTHS min. 2,9 mPa.s.
C2
oli stabili per motori di recente tecnologia dotati di sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Caratteristiche Fuel Economy, Mid Saps (tenore in ceneri < 0,8%) e viscosità HTHS min. 2,9 mPa.s.
C3
oli stabili per motori di recente tecnologia dotati di sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Caratteristiche Low Fuel Economy, Mid Saps (tenore in ceneri < 0,8%) e viscosità HTHS min. 3,5 mPa.s.
C4
oli stabili per motori di recente tecnologia dotati di sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Caratteristiche Extra Fuel Economy, Low Saps (tenore in ceneri < 0,5%) e viscosità HTHS min. 3,5 mPa

I lubrificanti Low SAPs

L'entrata in vigore della severa normativa sulle emissioni Euro 4 (e successiva Euro 5) ha obbligato i Costruttori automobilistici ad adottare sistemi di post-trattamento dei gas di scarico molto sofisticati. Vista la notevole crescita tecnologica e di vendite dei motori diesel (siamo intorno al 50 % dell'immatricolato totale), uno degli obiettivi a cui i Costruttori si sono interessati maggiormente (e che nel contempo rappresenta uno dei traguardi più difficili da raggiungere) è la drastica riduzione delle emissioni di particolato (PM) o c.d. 'polveri sottili'. 


Questo elemento inquinante è una caratteristica peculiare dei motori a gasolio: la normativa Euro 4 prevede valori di PM molto prossimi allo zero: 0,025 g/km. Per rientrare in questo limite, la maggioranza delle motorizzazioni diesel Euro 4, ed in particolare quelle di cilindrata medio-elevata, hanno adottato un particolare dispositivo chiamato 'Filtro del Particolato' ('DPF', acronimo di 'Diesel Particulate Filter').


Questo filtro si comporta come una trappola per il PM, essendo in grado di trattenere le particelle solide e di abbattere le emissioni con un'efficienza molto alta. Come noto, però, tutti i filtri tendono ad occludersi col tempo e devono essere quindi 'rigenerati'. 


La fase di rigenerazione avviene innalzando la temperatura all'interno del filtro ad oltre 600 °C, tramite delle post-iniezioni di carburante nella camera di combustione durante la fase di scarico (il 5° tempo, così è stato soprannominato da Peugeot). Alla temperatura di circa 600 °C il particolato brucia completamente liberando i pori. Tale rigenerazione avviene periodicamente ed è comandata dal sistema di diagnostica dell'auto che rileva la differenza di pressione tra ingresso e uscita del filtro. Tuttavia, il DPF intrappola non solo il particolato ma tutti i solidi emessi allo scarico, tra cui i residui della combustione, incluso anche il lubrificante che trafila in camera di scoppio. 


Gli elementi metallici del lubrificante, sottoposti ad alte temperature, formano composti solidi (le cosiddette 'ceneri') che non possono essere eliminati se non a temperature di migliaia di gradi. Questi rappresentano, pertanto, una parte non rigenerabile e si accumulano nei pori del filtro senza poter essere rimossi durante la rigenerazione; una loro elevata concentrazione comporterebbe una notevole diminuzione della pressione di uscita dei gas di scarico ed un notevole scadimento delle prestazioni dell'auto. 


E' dunque in questa fase che l'olio lubrificante è chiamato a fare la sua parte: la formulazione 'Low SAPs' rappresenta la naturale evoluzione nella tecnologia degli oli lubrificanti in quanto è quella a più alta compatibilità con i filtri DPF. I lubrificanti 'Low SAPs' (Sulphated Ash, Phosphorus and Sulphur ) hanno un bassissimo contenuto di ceneri solfatate, fosforo, zolfo ed evitano pertanto la prematura ostruzione del filtro DPF. 


Utilizzando lubrificanti tradizionali, anche se di buona qualità (il classico 'semisintetico 10W40', di gran lunga il più richiesto dalle officine generiche), il fenomeno dell'intasamento del filtro potrà avvenire in tempi relativamente brevi (meno di 100.000 km), con conseguente drastica diminuzione di efficienza del motore, fino al completo arresto del veicolo. 


La sostituzione del filtro, potrebbe poi costare anche più di un migliaio di euro. E' evidente che la nuova tecnologia ha rappresentato per i formulatori una vera e propria sfida tecnica: occorre infatti garantire lunghi intervalli di cambio d'olio, fino a 50.000 Km, prerogativa delle vetture moderne, ma rispettando dei veri e propri 'limiti' nella formulazione. E' questa l'essenza della sfida 'Low SAPs': abbandonare le tecnologie convenzionali a favore di soluzioni completamente nuove. 

Come distinguere un olio di tecnologia tradizionale da uno 'Low SAPs'? Ci aiutano le specifiche ACEA e le omologazioni dei vari Costruttori; per quanto concerne ACEA, l’Ente europeo ha previsto, accanto alla categoria 'A' per i motori a benzina e alla 'B' per i motori diesel, una terza categoria 'C', ovvero benzina e diesel 'Catalyst Compatible', compatibile con catalizzatori e sistemi di post-trattamento vari. La tabella mostra le caratteristiche chimico-fisiche ed i test che devono superare i lubrificanti appartenenti alla classe 'C'. 



Categoria C1 - 10 C2 - 10 C3 - 10 C4 - 10
Caratteristiche chimico/fisiche
Viscosità SAE J300 Nessuna restrizione salvo i limiti HT/HS dei Costruttori
HTHS (high temp. & high share) mPa.s a 150°C ≥ 2,9 ≥ 2,9 ≥ 3,5 ≥ 3,5
S (Zolfo) ASTM D5185 % ≤ 0,2 ≤ 0,3 ≤ 0,3 ≤ 0,2
P (fosforo e ZnDDP derivati) ASTM D5185 % ≤ 0,05 ≤ 0,09 ≥ 0,07 ÷ ≤ 0,09 ≤ 0,09
Ceneri solfatate ASTM D874 % ≤ 0,5 ≤ 0,8 ≤ 0,8 ≤ 0,5
TBN ASTM D2896     ≥ 6 ≥ 6
Test motoristici
M111 Fuel Economy vs SAE 15W-40 ≥ 3,0 ≥ 2,5 ≥ 1,0 per Grado xW30
OM646LA usura cilindro/distribuzione e aumeto visc. prestazioni come A5/B5 -2010
TU5JP-L4 (depositi a caldo/blocco sui segmenti) Test prestazioni come A5/B5 2010
Sequenza VG ASTM D6593-00 (depositi a freddo)
TU3M Usura distribuzione
M111 depositi / vernici nella coppa
DV4TD dispersività
VW TDI pulizia pistone e blocco segmenti
Caratteristiche e prestazioni degli oli moto
La formulazione dei prodotti specifici per moto presenta sostanziali differenze rispetto a quella dei lubrificanti destinati alle autovetture.

Gli oli moto si dividono in due grandi categorie:
  • oli per motori a 2T
  • oli per motori a 4T

    • Gli oli per motori a 2 tempi


      Nel caso degli oli per motori a 2 tempi (dove non vi è recupero d'olio), essi partecipano attivamente alla combustione. Le caratteristiche principali che devono avere sono pertanto le seguenti: un'additivazione che permetta di mantenere una miscela stabile ed omogenea (miscela benzina + olio, importante soprattutto in motocicli con miscelazione separata), un'elevato potere lubrificante, una formulazione che contenga un basso tenore in ceneri (o addirittura "ashless", senza ceneri), al fine di prevenire depositi sui pistoni o tra anelli e cilindri, che potrebbero provocare usure abrasive o peggio pre-accensioni e grippaggi. Tutte queste caratteristiche permettono di mantenere il mezzo correttamente lubrificato e protetto, mantenendone inalterata nel tempo la potenza originale, con bassi livelli di emissioni e fumosità allo scarico.

      Gli oli per motori a 4 tempi


      Discorso completamente diverso per gli oli per motori a 4 tempi, la cui formulazione è più simile a quella degli oli per autovetture, ma con alcune sostanziali differenze.
      Gli oli 4T per moto con lubrificazione frizione/cambio separata e/o frizione a secco sono quelli che più si avvicinano agli oli auto.

      La vera differenza sta negli oli 4T per moto con frizione e cambio a bagno d'olio (la maggior parte delle moto stradali di grossa cilindrata). In questo caso, oltre a tutte le caratteristiche che deve avere un buon olio 4T, è indispensabile che nella formulazione non siano presenti additivi c.d. "friction modifier", modificatori del coefficiente di attrito, che potrebbero provocare slittamenti della frizione in fase di accelerazione.

      Le prestazioni degli oli moto




      Le prestazioni dei lubrificanti destinati ai motocicli sono le seguenti:
      API (American Petroleum Institute)
      • motori a 2T: la specifica corrente è l'API TC. Il livello API TC da solo non è comunque ritenuto sufficiente per molti Costruttori Europei.
      • motori a 4T: le specifiche SF/SG/SH/SJ/SL prevedono gli stessi standard automobilistici.

      JASO (Japanese Automotive Standardazing Organization)
      • motori a 2T: FA/FB/FC/FD in ordine di severità riguardo a potere lubrificante, detergenza, fumosità allo scarico, ostruzione luci di scarico.
      • motori a 4T: JASO MA (a sua volta suddiviso in MA-1 e MA-2 differenti nel coefficiente di frizione)/JASO MB. Gli oli JASO MB non sono adatti per moto con frizione a bagno d'olio.

      ISO (International Standardizing Organisation)
      Tale specifica si applica solo ai motori a 2T: ISO-L-EGB (uguale a JASO FB) / ISO-L-EGC (uguale a JASO FC) / ISO-L-EGD con test di detergenza severizzati.
      TISI (Thai Industrial Standard Institute)
      Anche questa specifica vale solo per i motori a 2T: pass/not pass, livello "Low Smoke" equivalente a JASO FC e ISO-L-EGC.
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