Ci sono molti gradi di viscosità diversi disponibili, e gli oli per motori più sottili stanno diventando più comuni. La prima cosa da considerare sono i gradi di viscosità raccomandati dagli OEM. Se il vostro motore è di serie, attenetevi a quello che gli ingegneri usavano quando hanno progettato e sviluppato il vostro motore. La maggior parte dei motori permette vari gradi di viscosità, e questo vi permette di fare la selezione che meglio si adatta all’applicazione della vostra attrezzatura. Se il vostro motore è stato modificato, capire questo può aiutarvi a fare la scelta giusta. Scaviamo in modo che questa non sia solo una selezione a testa o croce.
Partendo dalle basi, ci sono due tipi di viscosità, cinematica e dinamica. La viscosità cinematica è riportata nei numeri che tutti conosciamo su un contenitore di olio. Un grado di viscosità cinematica consiste tipicamente di un singolo numero (grado di mono viscosità) o di due numeri con un trattino tra loro (grado di multi viscosità). Poiché la maggior parte dell’olio per impieghi pesanti è multi viscosità, ci concentreremo sul sistema a due numeri. In 15W-40, il primo numero a sinistra (qui 15) rappresenta la viscosità a freddo e contiene la lettera “W” (che sta per inverno, gli ingegneri sono così creativi). Il secondo numero a destra (40 in questo esempio) rappresenta la viscosità cinematica a una normale temperatura di funzionamento del motore, di solito 100 gradi C. Più basso è il numero di viscosità cinematica, più sottile è l’olio. Per esempio, un olio 5W-40 sarà più sottile a temperature fredde di un 15W-40, ma a temperature operative normali entrambi gli oli scorreranno allo stesso modo. Tuttavia, quando si confronta un 10W-30 con un 15W-40, sia a basse che ad alte temperature il 10W-30 sarà più sottile, con meno resistenza al flusso. Basta ricordare che lo sciroppo di mais è alto, il liquore di mais è basso.
Quindi questa è la viscosità cinematica. Ora parliamo della nuova classificazione API. Come mai gli oli CK hanno una viscosità diversa da quelli FA, anche se sono entrambi 10W-30? La viscosità è influenzata da tre cose, la temperatura, la pressione e la velocità di taglio (che si riferisce alla velocità del motore). Per lo più stiamo lavorando a pressione atmosferica o un po’ sopra, quindi possiamo considerarla relativamente costante. La variazione di temperatura va dall’ambiente alla normale temperatura di funzionamento del motore che di solito è intorno ai 100 gradi C. Ciò significa che la variabile più grande è la velocità. La viscosità cinetica è misurata a una velocità molto lenta, sotto l’influenza della sola gravità. Ci sono tre misure di viscosità dinamica che definiscono il grado SAE. Due a bassa temperatura, Cold Cranking Viscosity, CCS, fatta ad alta velocità (taglio) e Mini Rotary Viscosity, MRV, una a bassa velocità (taglio). La viscosità dinamica comunemente usata per i miglioramenti dell’economia di carburante è indicata come viscosità ad alta temperatura e alto taglio (HTHS). Oggi abbiamo la tecnologia nell’olio per modificare la viscosità in modo tale che la viscosità agisca diversamente al variare della velocità, per aiutarci a soddisfare i requisiti dei motori moderni.
Dalla teoria alla pratica
Il compromesso è scegliere tra una viscosità più bassa per diminuire le perdite di pompaggio e di taglio, rispetto al mantenere l’albero a gomito dal toccare le boccole fluttuando su un cuneo di olio (il termine tecnico è lubrificazione idrodinamica.) Un olio a bassa viscosità riduce le perdite parassite, migliorando il risparmio di carburante e la potenza. Le perdite parassite sono cose che tassano la potenza del motore, pensate al parassita, come una sanguisuga. Bella immagine mentale ora? Una minore viscosità è più facile da pompare e da tagliare. Questo è il motivo per cui molti oli per servizio pesante stanno passando dal tradizionale 15W-40 al 10W-30. Se il motore è progettato e costruito per usare un 10W-30, può migliorare il risparmio di carburante e la potenza rispetto all’uso di un 15W-40. La differenza di pompaggio è abbastanza semplice, ma che dire dell’olio da taglio? Questa è la lubrificazione idrodinamica creata quando la manovella scorre attraverso il cuneo di olio fornito dalla pompa dell’olio all’interno dei cuscinetti. Più spesso fa consumare più energia solo per muoversi. Pensate a lanciare una palla da baseball sott’acqua. Se fate il movimento molto lentamente, la quantità di lavoro non è molto diversa da quella che fate in aria (cinematica). Ma se provi a lanciarla più velocemente, la forza necessaria sale ad un ritmo più alto del cambiamento di velocità del tuo braccio (dinamica). Pensate anche a quanto sarebbe più difficile nello sciroppo di mais che nell’acqua. Questo è lo stesso problema che vediamo nelle perdite parassite nei motori, gli alberi a gomito e altre parti mobili del motore devono tranciare l’olio. E più lentamente viene tosato, o più l’olio è sottile, meno energia si perde. Questo è il motivo per cui abbiamo visto una costante diminuzione della velocità di crociera dei motori pesanti, in modo da abbassare le perdite parassite e migliorare il risparmio di carburante.
Gli stessi fattori che influenzano il risparmio di carburante influenzano anche la potenza. Tuttavia, se continuiamo ad abbassare la viscosità, raggiungeremo un punto in cui l’olio non è abbastanza denso per evitare che la manovella sfreghi sulle boccole durante il funzionamento. Allora cominciamo a perdere la vita e la durata del motore. Per capire lo spessore necessario, dobbiamo conoscere quello che i progettisti di motori chiamano il rapporto Lambda. Cominciamo con l’hardware. La distanza tra i cuscinetti di banco e l’albero motore dipende principalmente da tre fattori principali: la viscosità dell’olio, l’area della boccola a contatto con l’albero motore e la forza che spinge la biella. Il carico del pistone attraverso la biella fa sì che la boccola superiore sulla biella e quella inferiore nei cuscinetti principali siano le prime a mostrare usura. La forza di combustione fa sì che la biella cerchi di spingere l’albero a gomiti fuori dal fondo del blocco.
Per semplificare, consideriamo Lambda come un rapporto tra spessore dell’olio, forza sulla boccola e altezza delle asperità. Abbiamo definito tutti questi fattori tranne l’altezza dell’asperità, quindi cominciamo da lì. Quando le parti vengono lavorate, anche le superfici molto lisce non sono così lisce quando si guarda abbastanza da vicino. Ha senso che più le superfici sono ruvide, più spessore d’olio è necessario per evitare che entrino in contatto tra loro. Più liscio possiamo rendere l’albero motore, meno film d’olio abbiamo bisogno per prevenire lo sfregamento. I miglioramenti nei processi di fabbricazione da parte dei produttori di motori, come la brunitura, la lucidatura e la superfinitura degli alberi a gomito, possono permettere l’uso di oli più sottili.
Tuttavia, allo stesso tempo i progettisti di motori che cercano di aumentare il risparmio di carburante stanno aumentando la pressione dei cilindri, che aumenta la forza sulla biella, premendo il film di olio più sottile. L’aumento del risparmio di carburante e la diminuzione delle emissioni di carbonio si ottengono abbassando la velocità del motore, in modo che il motore possa tagliare l’olio più lentamente (ricordate il lancio della palla da baseball sott’acqua). Allo stesso tempo il motore sta usando un olio più sottile per una migliore economia di carburante, sta vedendo una maggiore forza sulla biella che in passato avrebbe richiesto un olio più spesso. Tecniche di produzione avanzate lo rendono possibile, e lavoriamo a stretto contatto con i produttori di motori per creare il giusto equilibrio tra economia e durata.
Ora una nota veloce per tutti voi che avete chip o aggiornamenti ad alte prestazioni ai vostri motori diesel. Questi aumentano la pressione dei cilindri spesso ben al di sopra dei limiti di progettazione dei produttori, quindi non raccomandiamo un olio di viscosità inferiore. Se i cambiamenti che avete fatto non hanno incluso un aumento delle tecniche di finitura superficiale, dovete almeno mostrare ai vostri cuscinetti un po’ di amore 15W-40.
In una flotta commerciale con una buona economia di carburante, passare a un olio CK 10W-30 è una buona mossa per l’economia di carburante. Se siete più preoccupati per la durata del vostro motore, e fate funzionare i motori fino alla fine della loro vita utile, e un paio di punti percentuali di risparmio di carburante non è così attraente, allora si può scegliere 15W-40. Scegliete la giusta viscosità e il vostro motore vi ringrazierà, continuando a fare il suo lavoro.