La saggezza convenzionale afferma che gli oli motore che aumentano l’economia di carburante permettono meno attrito e prolungano la vita del motore. Lo scopo di questo articolo è di sfidare la saggezza convenzionale, in particolare per quanto riguarda gli oli motore moderni (GF-3 ILSAC/API Starburst).
Fuel Economy: Does Anyone Really Care?
Prima di tutto, dovremmo affrontare il fatto che il consumatore americano non si preoccupa tipicamente del risparmio di carburante, tranne che nei momenti di difficoltà economica. Il veicolo passeggeri più venduto è il Ford F-Series Pickup. Cinque dei primi 10 veicoli più venduti sono camion, e i camion superano le automobili.
Alcuni dei camion sono chiamati sport-utility vehicles, altrimenti noti come SUV, perché i loro proprietari non vogliono ammettere che sono camion. La massa (dimensioni, peso) di questi veicoli non favorisce una grande economia di carburante.
Figura 1. Usura dei cuscinetti
Inoltre, considerate come viene guidata la maggior parte dei veicoli. Chiunque acceleri lentamente o guidi al limite di velocità per risparmiare energia è un pericolo per se stesso e per gli altri guidatori che hanno molta più fretta.
I produttori di automobili, d’altra parte, si preoccupano del risparmio di carburante. Il produttore deve affrontare grandi multe se la flotta di auto che produce non rispetta i requisiti CAFE (Corporate Average Fuel Economy) imposti dal governo federale.
La marcia verso oli più sottili
Gli oli più sottili vengono usati in questi giorni per tre motivi: Risparmiano carburante nei motori di prova, le regole di viscosità sono cambiate e i produttori raccomandano gradi più sottili.
La sequenza VI-B è il test usato per valutare il risparmio di carburante per la specifica GF-3. Il motore del test VI-B è dotato di una camma a rulli, mentre il vecchio test Sequence VI utilizzava una camma a scorrimento. Il vecchio test Sequence VI rispondeva bene ai modificatori di attrito, ma il Sequence VI-B risponde agli oli più sottili.
L’efficienza dell’olio di prova viene confrontata con l’efficienza di un olio di riferimento nel test Sequence VI-B. Per passare, l’olio di prova deve migliorare il risparmio di carburante dall’uno al due per cento, a seconda del grado di viscosità. SAE 5W-20 deve produrre un’efficienza relativa del carburante superiore a SAE 5W-30.
È interessante notare che l’olio di riferimento è SAE 5W-30 completamente sintetico PAO. Per qualificarsi per il GF-3 Starburst, gli oli minerali ordinari dovevano battere il risparmio di carburante dell’olio di riferimento completamente sintetico. (Sembra che ci sia più economia di carburante di un olio base magico.)
Un altro fattore di economia di carburante è il taglio temporaneo dei polimeri. Questi polimeri sono additivi noti come miglioratori dell’indice di viscosità (o modificatori). I polimeri sono plastiche dissolte nell’olio per fornire caratteristiche di multiviscosità. Proprio come alcune plastiche sono più dure, più fragili o più resistenti al calore di altre, polimeri diversi hanno caratteristiche diverse.
I polimeri sono molecole enormi con molti rami. Quando vengono riscaldati, si srotolano e si espandono. I rami si aggrovigliano con quelli di altre molecole di polimeri e intrappolano e controllano molte piccole molecole di olio. Pertanto, una quantità relativamente piccola di polimero può avere un effetto enorme sulla viscosità dell’olio.
Quando l’olio viene forzato tra un cuscinetto e un perno, molti polimeri hanno la tendenza ad allinearsi tra loro, un po’ come i cucchiai. Quando questo accade, la viscosità scende. Poi, quando l’olio avanza attraverso il cuscinetto, le molecole di polimeri si aggrovigliano di nuovo e la viscosità ritorna normale. Questo fenomeno è chiamato taglio temporaneo.
Perché il test Sequence VI-B risponde a riduzioni di viscosità, i formulatori di oli si affidano al taglio dei polimeri per superare il test. Un polimero stabile al taglio rende il superamento del test di economia di carburante GF-3 molto più impegnativo.
Nuove regole che definiscono i requisiti di flusso a freddo dei gradi di viscosità SAE (SAE J300) sono entrate in vigore nel giugno 2001. I produttori di automobili temevano che i moderni sistemi di iniezione potessero permettere al motore di avviarsi a temperature più basse di quanto l’olio potesse fluire nella pompa dell’olio. Di conseguenza, le nuove regole hanno avuto un effetto di assottigliamento dell’olio.
Le case automobilistiche ora raccomandano oli più sottili per i loro veicoli rispetto al passato. Anni fa, SAE 10W-40 era il grado di viscosità più comunemente raccomandato, poi è passato a SAE 10W-30. SAE 5W-30 è più popolare ora, ma Ford e Honda raccomandano SAE 5W-20. È probabile che un’adozione più diffusa di SAE 5W-20 e altri oli sottili possa verificarsi per aiutare a rispettare i requisiti CAFE.
A causa del cambiamento dei requisiti di flusso a freddo e del test di risparmio di carburante che spinge i formulatori verso il fondo del grado di viscosità, gli oli SAE 10W-30 di oggi sono più simili agli oli SAE 5W-30 di ieri (GF-1 spec). Oltre a questo, c’è una tendenza dei produttori di auto a raccomandare gradi più sottili. Questo sembra ridicolo. I SUV e i camion, con le loro quattro ruote motrici intrinsecamente meno efficienti e l’aerodinamica da muro di mattoni, hanno bisogno di motori potenti e divoratori di gas per spostare la loro massa in fretta. In risposta, i produttori di automobili raccomandano di usare oli sottili per risparmiare carburante. Incredibile!
Viscosità e usura
Gli oli più sottili hanno meno resistenza, e quindi meno attrito e usura. Giusto? Forse nel motore di prova o nei motori che sperimentano il funzionamento normale. Ma oli un po’ più densi possono offrire maggiore protezione per operazioni più severe come la guida attraverso le montagne, il traino di una barca, condizioni polverose, brevi viaggi, alti giri, sovraccarico, surriscaldamento e raffreddamento eccessivo.
Figura 2. Usura dell’anello
Qualunque particella abrasiva uguale o più grande dello spessore del film d’olio causerà usura. I filtri sono necessari per mantenere i contaminanti piccoli. L’altro lato dell’equazione è lo spessore del film d’olio. Un film d’olio più spesso può accogliere contaminanti più grandi.
La temperatura ha un grande effetto sulla viscosità e sullo spessore del film. Come punto di riferimento, un aumento di grado SAE in viscosità è necessario per superare l’influenza di un aumento di 20°F della temperatura del motore. A un dato punto di riferimento, c’è una differenza di circa 20°F. tra i gradi di viscosità SAE 30, 40 e 50. SAE 20 è un po’ più vicino a 30 rispetto agli altri salti, perché SAE 30 deve essere 30°F più alto di SAE 20 per essere approssimativamente la viscosità equivalente.
In altre parole, un SAE 20 a 190°F è circa la stessa viscosità cinematica di un SAE 30 a 220°F, che è circa la stessa viscosità di un SAE 40 a 240°F. Questa approssimazione funziona bene nella gamma di temperature da 190°F a 260°F. Si potrebbe essere sorpresi dalla leggera differenza tra la viscosità diretta e gli oli multiviscosità con lo stesso numero posteriore (per esempio, SAE 30, SAE 5W-30, e SAE 10W-30).
Se un olio SAE 50 a 260°F è sottile come un olio SAE 20 a 190°F, immaginate quanto sottile diventa il film d’olio quando si usa un SAE 5W-20 e il motore si surriscalda. Quando un motore si surriscalda, la pellicola d’olio diventa pericolosamente sottile e può rompersi.
Ford si sta scontrando con i suoi requisiti CAFE e raccomanda l’olio SAE 5W-20 per la maggior parte dei suoi motori negli Stati Uniti. Sostiene che SAE 5W-20 è ottimale per l’efficienza del carburante e l’usura.
Per determinare se gli oli SAE 5W-20 forniscono lo stesso livello di protezione degli oli SAE 5W-30, è stato consultato Dagenham Motors in Inghilterra, uno dei più grandi rivenditori Ford in Europa. SAE 5W-30 è richiesto ai fini della garanzia in Inghilterra, e SAE 5W-20 non è nemmeno disponibile. Se il SAE 5W-20 fosse migliore sia per il risparmio di carburante che per l’usura, perché Ford non lo raccomanderebbe per i suoi stessi motori in Europa?
Cambiamenti delle proprietà antiusura
Un altro cambiamento avvenuto negli oli per motori di autovetture con GF-2 e GF-3 è un limite più severo sul fosforo, che è parte dell’additivo antiusura al fosfato di zinco (ZDDP). I produttori di automobili sono preoccupati che il fosforo si depositi sulle superfici del convertitore catalitico e accorci la sua vita.
Questa è una questione complicata, e i depositi dipendono dalla chimica ZDDP specifica e dalla formulazione dell’olio finito. L’industria non è riuscita a progettare un test del motore per la tendenza a formare depositi nel convertitore catalitico di un olio. Pertanto, i produttori di automobili hanno fissato un limite arbitrario per l’olio motore dello 0,1% di fosforo.
Gli additivi antiusura sono importanti in assenza di un film idrodinamico, come nel treno valvole. Gli additivi antiusura sono attivati dal calore di attrito, che li fa reagire con la superficie calda e formare una barriera chimica all’usura.
Il meccanismo con cui si formano i depositi di fosforo sulle superfici del convertitore catalitico non è completamente compreso. Non è direttamente correlato alla volatilità dell’olio o al suo consumo. D’altra parte, se l’usura del motore fa aumentare il consumo d’olio, il rischio di formare depositi di fosforo nel convertitore aumenterebbe drammaticamente. Sembra che prevenire l’usura e il consumo d’olio dovrebbe essere una priorità.
In passato, i formulatori d’olio potevano fare un prodotto premium semplicemente aggiungendo più ZDDP. Una mossa simile oggi risulterebbe in una formulazione dell’olio che non supporterebbe le garanzie delle nuove auto.
Pensiero a breve termine
Come l’usura aumenta, l’efficienza di un motore diminuisce. L’usura del treno valvole cambia leggermente la fasatura e il movimento delle valvole. L’usura degli anelli e dei rivestimenti influisce sulla compressione. L’usura danneggia l’efficienza del carburante e la potenza di uscita di una quantità impercettibile all’inizio, ma poi la differenza nel risparmio di carburante tra un SAE 10W-30 e un SAE 5W-20 è appena percettibile. L’efficienza continua a diminuire con il progredire dell’usura. Forse l’ottimizzazione della protezione contro l’usura è il modo per ridurre il consumo di carburante durante la vita del motore.
Sicuramente i motori che hanno subito un’usura significativa degli anelli e delle guarnizioni beneficiano di oli più spessi. L’uso di un olio più spesso si traduce in aumenti di compressione, miglioramenti delle prestazioni e riduzione del consumo di olio.
Gli oli ad alto chilometraggio sono una categoria relativamente nuova di oli per motori di autovetture. Questi prodotti contengono tipicamente più additivi detergenti/disperdenti e antiusura degli oli per auto nuove. Tipicamente contengono un agente di rigonfiamento delle guarnizioni e sono disponibili in gradi di viscosità più spessi di quelli raccomandati dalla maggior parte delle auto nuove. “Alto chilometraggio” sembra essere definito da “non appena la vostra auto è fuori garanzia.”
Cosa usare
Anche se gli oli più sottili con meno additivi antiusura superano i prodotti più robusti nel test di risparmio di carburante a 96 ore, non è chiaro se tali prodotti fanno risparmiare carburante durante la vita utile del motore.
Ogni liquido è un compromesso. Gli oli raccomandati dai produttori di automobili sembrano compromettere la protezione dall’usura in condizioni severe per guadagnare economia di carburante e durata del catalizzatore. È importante riconoscere che usare un prodotto che offre più protezione dall’usura molto probabilmente comprometterà la vostra garanzia. Gli oli più spessi compromettono anche il flusso a freddo, che può essere preoccupante a seconda del clima e della stagione.
La migliore protezione contro l’usura è probabilmente un prodotto che è un po’ più spesso (come SAE 10W-30 o 15W-40) e ha più additivi antiusura degli oli che supportano la garanzia. L’olio migliore per il vostro veicolo dipende dalle vostre abitudini di guida, dall’età del vostro motore e dal clima in cui guidate, ma non è necessariamente il tipo di olio specificato nel manuale del proprietario o stampato sull’asta di livello.
