Dare un senso alle specifiche dell'olio motore.

Capire il ruolo dell'olio motore

L'olio motore riduce l'attrito tra le superfici

Riduce l'usura

Riduce il calore tra le parti scorrevoli

Riduce la perdita di energia

Agisce come un refrigerante per rimuovere il calore dall'area di attrito

Agisce come una guarnizione tra il cilindro e le fasce del pistone

Che cos'è la viscosità dell'olio motore?

La viscosità è una misura che classifica la resistenza al flusso di un liquido. Tuttavia, poiché l'olio si assottiglia quando si riscalda e si addensa quando si raffredda, la classificazione della viscosità dell'olio deve includere un riferimento alla temperatura. Esistono inoltre due tipi di misurazioni della viscosità dell'olio: cinematica e assoluta (detta anche dinamica).

La viscosità cinematica dell'olio motore si misura in centistokes (cST) o mm2/s. Un centistoke è 1/100 di uno stoke. Lo stoke è una misura determinata da quanto una certa massa (densità) di liquido si muove (in centimetri) durante un periodo di tempo, in base ai grammi per centimetro cubo attraverso un orifizio.

Ecco un semplice esempio di viscosità cinematica: praticare un foro di dimensioni prestabilite in un bicchierino e tapparlo. Riempire quindi il bicchierino con olio per motori a 100° C. Staccare il foro e misurare quanti grammi di olio passano attraverso il foro in un periodo di tempo prestabilito. A questo punto si ottiene il valore cinematico. Sfortunatamente, i motori non funzionano in questo modo: misurare la resistenza al flusso dell'olio in un motore è molto più complicato di quanto si possa immaginare.complicato.

In primo luogo, i motori non si affidano alla gravità per ottenere un flusso, ma fanno circolare l'olio sotto pressione utilizzando una pompa dell'olio. In secondo luogo, l'olio del motore non gocciola semplicemente da un foro in una tazza. Deve viaggiare tra i cuscinetti e gli alberi rotanti e attraverso stretti passaggi della galleria dell'olio. Mentre l'olio scivola tra i cuscinetti e gli alberi e attraverso i passaggi, incontra una resistenza.

Invece di lasciare la parte superiore della tazza aperta all'atmosfera, la tappiamo e applichiamo una pressione di 10 psi. Poi attacchiamo una cannuccia da 12″ al foro sul fondo della tazza. Se ripetiamo il test a -17,7°C (0°F) otterremo un risultato completamente diverso, che sarà la viscosità assoluta o dinamica.

In altre parole, la viscosità assoluta dell'olio motore misura il comportamento dell'olio quando il motore è in moto e l'olio viene pompato. La viscosità assoluta/dinamica di un olio motore indica il comportamento dell'olio all'avvio a freddo, quando si aziona la manovella e la sua capacità di pompaggio a freddo.

Come si esprime la viscosità dell'olio motore?

La Society of Automotive Engineers (SAE) utilizza una classificazione comune "XW-XX", dove il numero che precede la "W" (inverno) rappresenta la bassa temperatura assoluta/dinamica dell'olio (prestazioni a -17,7°C (0°F)) e l'altro numero rappresenta l'alta temperatura cinematica dell'olio a 100°C (212°F).

La gradazione invernale viene calcolata utilizzando uno speciale apparecchio di prova chiamato simulatore di marcia a freddo e ogni grado dell'olio viene misurato in mPa's. Il grado ad alta temperatura dell'olio viene misurato in (cSt).

NOTA IMPORTANTE: I gradi di olio indicati di seguito sono testati a temperature diverse: l'olio 0W è testato a -35°C, mentre l'olio 5W è testato a -30°C. Le viscosità dei gradi W sono massime consentite, mentre le viscosità dei gradi per alte temperature sono minime.

Quindi, un olio di grado 5W-30 si addensa meno di un olio di grado 10W-30 a freddo, il che significa che un olio 5W-30 consente al motore di girare più velocemente e alla pompa dell'olio di pompare più facilmente rispetto a un olio 10W-30 alla stessa temperatura.

A temperature più elevate, un olio di grado 5W-30 si assottiglia più rapidamente di un olio di grado 5W-40 alle stesse alte temperature.

Indice di viscosità (VI)

Tutti gli oli si assottigliano con il riscaldamento. La velocità di assottigliamento dell'olio è espressa dal suo indice di viscosità. Se l'olio ha una velocità di assottigliamento molto lenta con l'aumentare della temperatura, il suo VI è elevato. In altre parole, un olio con un VI elevato mantiene una viscosità più costante in un ampio intervallo di temperature.

L'effetto della temperatura sulla viscosità dell'olio NON è uniforme.

L'assottigliamento o l'addensamento dell'olio non sono lineari: ad esempio, la viscosità cinematica di un olio varia in misura maggiore tra 50°F e 59°F rispetto a quella tra 176°F e 185°F.

"L'indice di viscosità (VI) per le basi e gli oli lubrificanti è stato sviluppato da Dean e Davis della Standard Oil nel 1929. A quel tempo non erano disponibili oli multigrado e oli sintetici. Per la scala VI sono stati fissati due punti limite: gli oli con una bassa variazione di viscosità in funzione della temperatura (oli HVI raffinati da greggi della Pennsylvania, olio paraffinico) si trovavano all'estremità alta della scala.

Il loro VI è stato indicato con 100, che rappresenta il miglior VI. Gli oli con una significativa variazione di viscosità (oli LVI, raffinati da greggi del golfo del Texas, olio naftenico) rappresentano la fascia bassa. Il loro VI è stato indicato con 0, che rappresenta il peggior VI possibile. I valori di VI si riferiscono agli oli minerali. Gli oli lubrificanti sono stati poi confrontati con questi parametri di riferimento. Se l'olio era simile all'olio paraffinico, un VI di 100Se era simile all'olio naftenico, veniva assegnato un VI pari a 0. Nel mezzo, veniva assegnato un VI di circa 50. Per aumentare il VI a valori superiori a 100, in seguito sono stati sviluppati nuovi tipi di olio base e additivi speciali".

Il VI dell'olio motore varia da -60 a 400, a seconda dei tipi di modificatori di viscosità utilizzati dalla raffineria o dal miscelatore. In genere, l'olio motore contiene dal 5% al 20% di additivi miglioratori di viscosità.

Questo è importante. Spesso si pensa che il primo e il secondo numero siano entrambi valori cinematici, ma non è così. Il numero prima della W è la viscosità assoluta dell'olio durante l'avviamento a manovella basata sul simulatore di avviamento a freddo ASTM TEST D5293) e la viscosità di pompaggio basata su ASTM D4684, ASTM D3829, ASTM D6821 o ASTM D6896 (mini viscosimetro rotativo). L'avviamento a manovella a freddo simula l'avviamento a freddo di un motore a varie temperature.in base alla viscosità prevista dell'olio da testare. In altre parole, i tester non utilizzano la stessa temperatura per ogni olio.

Ad esempio, per ottenere una classificazione 0W, l'olio non deve superare un massimo di 6200 mPa (megapascal) di viscosità di avviamento a -31°F (-35°C) e una viscosità massima di pompaggio di 60.000 mPa a -40°F/C.

Per capire come due oli con lo stesso numero iniziale possano avere due viscosità assolute diverse, si veda questo grafico.

Quindi un olio da 5W fornirà SEMPRE una migliore capacità di avviamento e di pompaggio rispetto a un 10W a TUTTE le temperature. Ovviamente, è più importante usare un olio da 0W o 5W nei climi più freddi per favorire l'avviamento e la capacità di pompaggio, ma un olio da 0W o 5W aiuta l'avviamento e la capacità di pompaggio anche a temperature più calde.

Esaminiamo ora le differenze in mPa assoluti/dinamici di due oli con lo stesso primo numero: 10W40 e 10W-60

L'olio 10W-40 ha una viscosità dinamica di 735,42 mPa @ 0°C. Ma l'olio 10W-60 ha una viscosità dinamica di 1453,82 mPa @ 0°C. Entrambi gli oli sono 10W! Quindi, anche se sono entrambi 10W, hanno caratteristiche di avviamento e pompaggio completamente diverse.

Tipi di modificatori dell'indice di viscosità

Gli oli semplici e multigrado contengono modificatori di viscosità sia per gli oli convenzionali che per quelli sintetici. I produttori utilizzano una varietà di prodotti, come polimeri o copolimeri solubili in olio.

Punto di scorrimento e depressori del punto di scorrimento

Il punto di scorrimento di un olio è la temperatura alla quale l'olio non scorre più. Gli additivi che abbassano il punto di scorrimento rallentano l'addensamento dell'olio a temperature più basse ritardando la cristallizzazione dei componenti paraffinici dell'olio, abbassando così la temperatura del punto di scorrimento.

Miglioratori dell'indice di viscosità (VII)

Gli additivi VII sono solitamente molecole polimeriche a catena lunga e ad alto peso molecolare che cambiano forma al variare della temperatura. Quando sono freddi, sono ripiegati strettamente o arrotolati. Quando sono allo stato freddo, non aumentano la viscosità dell'olio. Tuttavia, quando la temperatura dell'olio aumenta, le molecole si "srotolano" e occupano più spazio, aumentando l'attrito dell'olio motore.In altre parole, agiscono come addensanti per ridurre l'assottigliamento dell'olio.

- copolimeri di olefine (OCP)

- polialchilmetacrilati (PAMA)

- poli-isobutileni (PIB)

- polimeri a blocchi di stirene

- metilmetacrilato (MMA)

- gomma polibutadiene (PBR)

- cis-poliisoprene (una gomma sintetica)

- palmitato di polivinile

- caprilato di polivinile,

- copolimeri di palmitato di vinile e acetato di vinile,

Ma i polimeri VII hanno un lato negativo: più alto è il peso molecolare del polimero, più si espande. Ma più alto è il peso molecolare, più sono inclini a "cesoiare" quando scorrono tra due parti in movimento. Se un raffinatore/miscelatore di petrolio usa una concentrazione più alta di polimeri VII ad alto peso molecolare, più riesce a prevenire l'assottigliamento dell'olio quando l'olio è nuovo. Ma quando l'olio è nuovo, il polimero è più resistente.accumulando chilometri, il taglio danneggia i polimeri e riduce di fatto la capacità di mantenere la viscosità dichiarata. Pertanto, i polimeri a catena lunga si rompono abbastanza rapidamente a causa del "taglio" tra le parti in movimento. In effetti, in un breve periodo di tempo, il taglio causato dal motore può far sì che un olio 5w30 si comporti come un olio 5w20 (o inferiore). Ciò comporta una diminuzione della protezione del motore.

D'altra parte, un miscelatore/raffinatore può aggiungere alcuni polimeri ad alto peso molecolare insieme a polimeri a basso peso molecolare, in combinazione con una base ad alta viscosità, per fornire un equilibrio tra la diluizione ad alta temperatura e una maggiore durata dell'olio. In altre parole, è una ricetta che dipende dal singolo raffinatore/raffinatore.

In sintesi

Gli oli motore moderni sono costituiti da una miscela di olio base con additivi per ridurre l'assottigliamento a temperature più elevate e altri additivi per ridurre l'ispessimento a temperature più basse. Oltre agli additivi legati alla viscosità, i raffinatori e i miscelatori aggiungono additivi anticorrosivi, modificatori dell'attrito, detergenti e antischiuma.

La scelta della viscosità e della qualità del brodo di base, così come i tipi e le quantità di additivi, sono completamente a discrezione del raffinatore o del miscelatore indipendente. Si tratta di una ricetta basata sul prezzo delle materie prime e sulla reputazione qualitativa che il raffinatore o il miscelatore desiderano raggiungere.