Officina: con gli oli moderni si consuma meno

Negli ultimi anni, nel campo della lubrificazione, sono stati compiuti grandi passi in avanti, in gran parte grazie al formidabile impegno dei tecnici delle aziende che producono gli oli per motori. Un obiettivo fondamentale era (ed è) quello di contribuire alla riduzione dei consumi (e perciò anche di emissioni di CO2), grazie alla diminuzione degli attriti e quindi al miglioramento del rendimento meccanico.  È chiaro che al crescere di quest’ultimo aumenta la potenza erogata, a pari consumo di carburante. Dunque il miglioramento in questione è vantaggioso anche per il nostro settore, nel quale l’incremento della potenza specifica è di importanza fondamentale (mentre non lo è il contenimento dei consumi).

Officina: il raffreddamento è indiretto quando è a liquido

Lubrificanti motociclistici e automoblistici

In questo caso però i motori motociclistici si sono potuti giovare soltanto in misura nettamente minore dei miglioramenti dei lubrificanti soltanto in misura minore. Dato che nelle moto la frizione di norma è in bagno d’olio e che il cambio viene lubrificato dallo stesso olio del motore, i lubrificanti automobilistici delle ultime generazioni, contenenti additivi modificatori di attrito (che danno un significativo contributo alla riduzione delle perdite meccaniche), non possono essere impiegati. La frizione slitterebbe e il cambio potrebbe essere oggetto di una rapida usura.

Ovviamente possono usare oli automobilistici con gli additivi in questione i modelli con cambio separato e frizione a secco, ma sono davvero pochi. La situazione comunque è in continua evoluzione e sono già entrate in scena molte sostanze e tante soluzioni innovative. Le nanoparticelle stanno diventando una solida realtà anche nel nostro settore e del grafene e dei liquidi ionici (soltanto per fare un paio di esempi) parlano ormai non soltanto gli addetti ai lavori. Sui dati tecnici di alcuni oli (riportati anche sulle lattine) sono menzionati additivi a base di titanio e fullereni. Di questi, ce ne occuperemo presto.

Contribuisce alla diminuzione dei consumi anche una riduzione della viscosità. Si tratta però di una strada possibile soltanto in una certa misura (e lungo la quale sembra che oggi abbiamo raggiunto il limite). Al diminuire della viscosità infatti diminuiscono la capacità di carico del velo d’olio e il suo spessore minimo nell’accoppiamento tra i perni dell’albero a gomiti e le bronzine. Il valore limite, oltre il quale non si deve scendere, pena estesi contatti tra le microasperità delle superfici metalliche, viene generalmente indicato in 0,9 micron. Di importanza fondamentale è stata l’introduzione della prova che consente di rilevare la viscosità ad alta temperatura (150 °C) e sotto una ingente forza di taglio, in modo da simulare ciò che effettivamente accade nel meato bronzina/perno.

Viscosità

Tale viscosità, indicata con la sigla HTHS, è quindi di estrema importanza in quanto ci informa in merito all’effettivo comportamento dell’olio nelle severissime condizioni in questione. Ovvero quando le sollecitazioni di taglio tendono a deformare le molecole e a variarne la disposizione, facendole allineare nella direzione del movimento. Occorre anche osservare che gli oli extra fluidi sono vantaggiosi per le auto ibride e per quelle dotate di sistemi stop and start, nelle quali il motore viene spento e riavviato di continuo ed è quindi importante che il lubrificante raggiunga i punti vitali con la massima rapidità.

Parlando della viscosità, ci si riferisce fondamentalmente alla lubrificazione in regime idrodinamico, con completa separazione delle superfici dei componenti da parte di un velo d’olio. Questo tipo di lubrificazione interessa le bronzine e i pistoni.  Nelle prime si instaura pochi attimi dopo l’avviamento, non appena la rotazione del perno e la sua disposizione eccentrica creano un cuneo fluido sul quale letteralmente esso “galleggia”. In quanto ai pistoni, in prossimità dei punti morti la loro velocità è insufficiente perché si possa avere un regime idrodinamico. Quest’ultimo si instaura quindi soltanto nella parte centrale della corsa, quando la velocità del pistone è considerevole. Come tutti gli appassionati ben sanno la viscosità cambia fortemente al variare della temperatura. Gli oli multigradi sono stati sviluppati proprio per ridurre l’entità di questo cambiamento, che comunque è inevitabile.

È invece meno noto il fatto che la viscosità dei lubrificanti cambia anche al variare della pressione. Questo cambiamento è meno accentuato ma segue una legge esponenziale e quando le pressioni sono molto alte può diventare davvero considerevole. Secondo una fonte, la viscosità di un olio minerale paraffinico passando dalla pressione atmosferica a 1400 bar aumenta di circa 30 volte. Se però ciò avviene non a temperatura ambiente ma a 100 °C, l’incremento è più contenuto. Altre fonti forniscono va-lori sensibilmente più alti (ad esempio, sotto 2000 bar l’incremento di viscosità è di 140 volte secondo una e di “diverse centinaia” secondo un’altra).

Pressioni

Quando si parla di una pressione di 700 o di 1000 bar in una bronzina ci si riferisce alla forza divisa per l’area proiettata della bronzina stessa. In realtà però la distribuzione delle pressioni nel meato non è uniforme. Si possono raggiungere localmente valori molto più alti di quelli nominali. La lubrificazione elastoidrodinamica si basa fondamentalmente sul fortissimo aumento della viscosità nelle minuscole zone di contatto interessate. Addirittura, l’olio diventa più rigido delle superfici metalliche, che vengono così deformate dall’altissimo carico concentrato. Le superfici di contatto sono estremamente ridotte a causa delle geometrie non conformi dei componenti accoppiati (ad esempio, sfere e anelli dei cuscinetti).

Anche il tempo ha la sua importanza. Sotto un carico applicato per una minuscola frazione di secondo un olio si può comporta come un solido elastico! In diversi casi quindi occorre anche tenere conto delle caratteristiche viscoelastiche del lubrificante.