di Fange

Come si è già accennato, nell’articolo sulla lubrificazione, all’olio motore sono affidate varie importanti funzioni.

Esse possono essere così riassunte:

— Formare in qualsiasi condizione di esercizio un adeguato strato lubrificante sui vari accoppiamenti meccanici in movimento relativo, allo scopo di limitare al massimo resistenza di attrito e l’usura delle superfici a contatto.
— Assicurare la pulizia del motore prevenendo la formazione di depositi.
— Proteggere le parti del motore dalla formazione di ruggine e dall’attacco chimico di prodotti acidi derivanti dalla combustione.
— Collaborare con le fasce elastiche alla tenuta tra pistone e camicia, in modo da impedire, per quanto possibile, perdite di potenza.
— Integrare il sistema di raffreddamento del motore, in modo da mantenere la temperatura entro quei limiti che ne assicurano il buon funzionamento.

Data la varietà delle funzioni che devono svolgere è necessario che gli oli siano formulati in modo da possedere determinate caratteristiche e proprietà. Esamineremo qui di seguito le più importanti.

Viscosità

La viscosità è la caratteristica che riveste importanza primaria nella lubrificazione dei motori; essa deve essere contenuta entro opportuni limiti. Un olio troppo viscoso creerebbe problemi notevolissimi, specialmente alle basse temperature, nei riguardi dell’avviamento del motore e della circolazione dell’olio nelle canalizzazioni del circuito di lubrificazione. Infatti il tempo che impiega l’olio a raggiungere tutti i punti da lubrificare dipende essenzialmente dalla viscosità dell’olio stesso alla temperatura d’avviamento.

Quanto maggior è tale viscosità, tanto più lentamente l’olio entra in circolazione; ciò comporta evidentemente maggiori usure.

È però necessario che un olio per motori abbia una viscosità sufficiente alle alte temperature, tipiche del normale funzionamento a regime: infatti, qualora la viscosità fosse troppa bassa, il velo lubrificante si potrebbe interrompere provocando in un primo tempo sensibili usure e successivamente grippaggio o fusione negli accoppiamenti meccanici più delicati (perno-bronzina, pistone-camicia, ecc.).

Bisogna tenere presente infine che la viscosità influisce sul consumo d’olio e sulle perdite di potenza. Più fluido è l’olio, minori sono le perdite di potenza per attrito interno del lubrificante e maggiore è l’asportazione di calore.

Il legame tra viscosità e consumo d’olio è invece più complesso; infatti, mentre la quantità d’olio che viene aspirata nelle camere di combustione attraverso le guide delle valvole diminuisce all’aumentare della viscosità, il consumo attraverso l’accoppiamento pistone-cilindro può essere influenzato da una maggiore viscosità in modo positivo o negativo a seconda della struttura del motore e delle condizioni di esercizio.

Indice di viscosità

La viscosità di un lubrificante aumenta al diminuire della temperatura e viceversa. Le variazioni di viscosità, sempre di entità rilevante nell’intervallo di temperatura che si riscontra nei motori, differiscono per i vari tipi di olio e sono misurate mediante una grandezza appositamente definita, denominata indice di viscosità.

L’indice di viscosità assume valori tanto più alti quanto minori sono le variazioni di viscosità al variare della temperatura.

Da quanto esposto nel paragrafo precedente risulta che le variazioni di viscosità devono essere mantenute entro i limiti più ristretti; ciò ha condotto alla formulazione di oli motore con indice di viscosità sempre più elevato. Per ottenere l’aumento dell’indice di viscosità si è ricorso in un primo tempo alla scelta di particolari grezzi e di opportuni processi di raffinazione ed in un secondo tempo alla aggiunta di appositi additivi (Viscosity Index Improvers).

Questi sono costituiti da polimeri come i polimetacrilati, polisobutileni, copolimeri etilene-propilene, copolimeri sti-rolo-butadiene, ecc.

L’azione di tali additivi è tanto maggiore quanto maggiore è il loro peso molecolare e ciò è spiegabile con le variazioni di forma che subiscono le loro molecole al variare della temperatura.

All’aumentare della temperatura queste molecole aumentano di volume ed inglobano una maggiore quantità di olio ostacolandone lo scorrimento. Viene così parzialmente compensata la diminuzione di viscosità dell’olio in cui sono disperse.

Alle basse temperature, invece, le molecole assumono una forma compatta con volume minimo ed influenzano in misura più limitata la viscosità dell’olio base. Con il crescere del peso molecolare diminuisce però la resistenza al taglio di queste molecole polimeriche che, spezzandosi, perdono parzialmente la loro efficacia. Occorre perciò bilanciare opportunamente le loro dimensioni in modo da non avere una eccessiva riduzione di viscosità durante l’esercizio.

Alcuni di questi additivi esercitano anche azioni complementari in quanto contribuiscono ad abbassare il punto di scorrimento e ad aumentare il potere disperdente del lubrificante. Queste proprietà verranno trattate più dettagliatamente in seguito.

Punto di scorrimento

II punto di scorrimento è la più bassa temperatura alla quale l’olio possiede ancora la capacità di scorrere.

È importantissimo che il punto di scorrimento di un lubrificante sia sempre inferiore alla temperatura minima ambiente. Se ciò non accadesse l’olio sarebbe praticamente congelato nella coppa e nelle tubazioni per cui non potrebbe entrare in circolazione e giungere a lubrificare organi. Tra l’altro, dato che anche l’eventuale film di olio rimasto sulle superfici dei cilindri e degli altri organi si troverebbe allo stato solido, l’attrito da vincere sarebbe molto maggiore e notevolissimo l’assorbimento di energia richiesto per l’avviamento. Poiché il punto di scorrimento degli oli minerali attualmente impiegati nei lubrificanti per motore dipende principalmente dalla grandezza dei cristalli di paraffina che si formano in seguito al raffreddamento, per abbassarlo vengono aggiunti speciali additivi (Pour Point Depressants) i quali creano intorno ai primi cristalli formatisi una sorta di rivestimento che ne rende molto difficile l’accrescimento. Gli additivi Pour Point Depressants più impiegati sono costituiti da polimetacrilati di peso molecolare più basso di quelli che si adoperano come Viscosity Index Improvers.

Volatilità

Gli oli minerali sono costituiti da diverse frazioni di idrocarburi con differente peso molecolare; le più leggere, che sono anche le più fluide, evaporano più facilmente di quelle più pesanti.

La presenza di frazioni molto leggere in un lubrificante comporta una maggiore evaporazione e di conseguenza elevati consumi di olio, aumento di viscosità del lubrificante, in quanto costituito dalle frazioni pesanti non evaporate e formazione di lacche e di depositi carboniosi dovuti alla decomposizione dei vapori di olio sulle parti più calde del motore.

Per limitare il più possibile questo fenomeno è necessario che le frazioni di idrocarburi contenute in un olio motore distillino in un intervallo di temperatura molto ristretto cioè che le loro volatilità siano il più possibile vicine. Ciò è particolarmente importante per gli oli più fluidi che sono quelli che presentano la maggiore volatilità. Tali considerazioni sono valide soprattutto per gli oli multigradi i quali sono ottenuti miscelando oli base fluidi, e di conseguenza molto volatili, con additivi che aumentano l’indice di viscosità.

Per tale motivo negli oli multigradi si può ridurre notevolmente la volatilità sostituendo la parte più fluida, e quindi più volatile, dell’olio minerale con una opportuna percentuale di olio di sintesi avente volatilità molto più bassa rispetto agli olio minerali di pari viscosità.

Stabilità all’ossidazione

Tutti gli idrocarburi possono reagire con l’ossigeno quando sono esposti all’aria a temperature elevate e per un periodo di tempo sufficientemente lungo. Nel caso dei lubrificanti la tendenza all’ossidazione è più o meno pronunciata a seconda della costituzione dell’olio, della temperatura a cui opera e dei tipi di metalli con i quali si trova a contatto.

Questi ultimi, infatti, agendo da catalizzatori, possono accelerare i processi di ossidazione.

L’ossidazione dell’olio ha luogo per fasi successive:

inizialmente si formano dei perossidi organici che, oltre ad essere importanti agenti corrosivi per alcuni tipi di metalli dei cuscinetti, agiscono quali promotori di ulteriori reazioni di ossidazione nella restante massa di lubrificante; si arriva così alla formazione di prodotti complessi acidi e corrosivi, di morchie e di prodotti insolubili, nonché all’aumento della viscosità dell’olio.

Per limitare la formazione di prodotti ossidati, oltre ad una accurata scelta delle basi, vengono aggiunti all’olio opportuni additivi.

Tali additivi, detti inibitori di ossidazione, rallentano sensibilmente il processo ossidativo decomponendo i perossidi organici formatisi e trasformandoli in prodotti del tutto inerti. Alcuni additivi antiossidanti, inoltre, hanno efficacia anche nel proteggere i cuscinetti dalla corrosione, formando sulle superfici metalliche un film protettivo.

Gli additivi antiossidanti più comuni sono:

— solfofenati organici
— composti fendici
— composti organici solfo-fosforizzati.

Negli oli motore vengono prevalentemente impiegati gli

additivi dell’ultimo tipo.

Detergenza e disperdenza

La progettazione del motore, le prestazioni che deve fornire, le sue condizioni di utilizzazione e di manutenzione, il carburante o il combustibile e l’olio lubrificante sono i fattori principali che influiscono sull’entità dei depositi che si formano all’interno dei motori.

La natura dei depositi dipende in primo luogo dalla temperatura delle superfici metalliche sulle quali si formano. Si può quindi procedere alla distinzione qui di seguito riportata.

Depositi sulle superfici ad alta temperatura

Essi si formano appunto sulle superfici che si trovano ad alta temperatura cioè nelle camere di combustione, sulle teste dei pistoni e delle valvole.

Tra le cause di formazione di questi depositi, oltre alle condizioni di utilizzazione ed alla configurazione del motore, sono da elencare il tipo di carburante o di combustibile, il tipo di olio lubrificante (natura dell’olio base, contenuto di additivi organometallici) e le polveri provenienti dalla usura e dall’aria aspirata nel motore.

Nei motori ad accensione per scintilla questi depositi costituiscono dei punti caldi che possono essere la causa dell’insorgere del fenomeno della preaccensione; inoltre possono impedire la chiusura perfetta delle valvole di scarico, quando si formino in quantità eccessiva sulle loro sedi.

I lubrificanti non hanno alcuna possibilità di asportare i depositi di questo tipo, data la posizione e le condizioni in cui si formano; tuttavia è possibile evitare almeno in parte che i lubrificanti concorrano alla formazione dei depositi limitando l’impiego degli additivi che contengono metalli.