Tendinte moderne in fabricarea motoarelor

In proiectarea noilor motoare se tine seama de anumite cerinte care se refera la: eficienta, protejarea mediului, reducerea consumului de combustibil, in conditiile unor puteri specifice din ce in ce mai ridicate. In continuare se vor prezenta, fara a intra in detalii, principalele aspecte tehnice.

Motoare pe benzina

• Continuarea dezvoltarii procedurii MPI (injectie multi-punct) si a unor noi convertoare catalitice care sa indeplineasca viitoarele cerinte pentru gazele arse.
• Utilizarea sistemului valvetronic de modificare a sectiunilor la admisie in functie de solicitarea motorului pentru reducerea consumului.
• Optimizarea caracteristicii de cuplu in raport cu conditiile de exploatare a motorului cu ajutorul axelor cu came variabile.
• Realizarea unor noi materiale si aliaje care sa permita constructii mai usoare la puteri marite si etansari la incarcari termice ridicate.

Motoare Diesel

• Utilizarea injectiei directe (DI) in locul celei indirecte (IDI).
• Folosirea sistemului de injectie pompa-injector cu presiuni de peste 2050 bar.
• Adoptarea sistemului Common-Rail (cu rampa centrala de presiune) cu injectie la presiuni de peste 2000 bar. Se asigura astfel performante ridicate la turatii scazute, reducerea consumului, evitarea functionarii motorului ‘’la rece’’ si reducerea emisiilor poluante printr-o ardere mai completa.

Motorul Diesel – Otto

• Combina avantajele folosirii benzinei si a unui motor cu aprindere prin comprimare (Diesel).
• Se asigura reducerea consumului de combustibil si a emisiilor poluante.
• Acest tip de motor este cunoscut sub denumirea de HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition) – aprinderea prin comprimare a unei incarcaturi omogene. Pentru obtinerea rezultatelor dorite este necesar un control strict al combustiei, prin senzori electronici.

Tendinte in formularea noilor uleiuri

Reducerea poluarii

Noul standard Euro 4 (in vigoare din 2005) prevede valori foarte reduse pentru continutul in particule (funingine, in principal, dar si alte elemente) din gazele arse. Deoarece prin arderea funinginei se degaja cantitati insemnate de NOx, pentru reducerea continutului acestui produs in limitele impuse prin normele EURO (vezi tabelul), gazele de evacuare trebuie supuse unor tratamente suplimentare: EGR (Exaust Gas Recirculation) – recircularea gazelor arse si SCR (Selective Catalytic Reduction) – reducator catalitic selectiv (cu solutie de uree).

Prezenta in ulei a aditivilor care formeaza cenusa are o influenta insemnata in durata de utilizare a filtrului pentru particule – DPF (Diesel Particulate Filter). Particulele de funingine rezultate prin combustie care se acumuleaza in DPF pot fi ‘’arse’’ in acesta prin adaugarea in filtru a unor aditivi care sa reduca temperatura de ardere a cenusei sau prin injectarea, pe timp foarte scurt, a unei cantitati mai mari de combustibil prin procedee comandate electronic. In aceste conditii si prin utilizarea unor uleiuri cu continut redus sau mediu SAPS (Suphated Ash Phosphor Sulphur – cenusa sulfat, fosfor si sulf), uleiurile cu viscozitati 0W-X nu asigura lubrifierea corespunzatoare in conditii severe de exploatare. Ca urmare, se folosesc uleiuri, cu nivel scazut de cenusa sulfat, cu viscozitati 5W-X si uleiuri de baza sintetice.

Deoarece in acelasi timp cu reducerea funinginei trebuie scazut si continutul de NOx, trebuie utilizate sistemele EGR si SCR. Prin adaugarea de solutie de uree in sistemul SCR, NOx este transformat in azot si apa.

Prelungirea duratei de utilizare

Deoarece multe autovehicule sunt exploatate in conditii severe, cum ar fi cele cu porniri si opriri frecvente pe distante scurte, intervalele de schimb depind de conditiile individuale de utilizare. Ca urmare, stabilirea perioadei de utilizare a uleiului prin metode electronice este folosita din ce in ce mai mult deoarece pot fi urmariti o serie de parametri care au influenta in acest sens: temperatura uleiului, turatia, numarul de porniri.

Viscozitate scazuta

In prezent, se utilizeaza din ce in ce mai mult uleiurile cu viscozitati reduse, in special SAE 0W-40 si 0W-30 (cu caracteristici HTHS – High Temperature High Shear – temperatura ridicata, forfecare ridicata) datorita unor avantaje, cum ar fi:

• reducerea uzurii la porniri ‘’la rece’’
• cresterea randamentului prin reducerea frecarilor
• reducerea consumului de combustibil si a emisiilor poluante, in special pentru uleiurile cu caracteristici HTHS.

Proprietatile uleiurilor pentru motoare

• protectie antiuzura
• reducerea frecarii
• stabilitatea filmului lubrifiant
• lubrifiere la temperaturi ridicate
• stabilitate la oxidare
• proprietati detergente
• proprietati dispersante
• stabilitate termica
• fuiditate la temperaturi joase
• indice de viscozitate ridicat
• rezistenta la forfecare
• prevenirea auto-aprinderii
• protectie anticoroziva
• reducerea spumarii
• proprietati de dezaerare
• racire
• etansare
• rezistenta la stocare
• compatibilitate cu metalele si materialele de etansare
• prevenirea depunerilor la temperaturi ridicate si scazute

Toate aceste proprietati au influenta in asigurarea lubrifierii corespunzatoare a partilor in miscare ale motoarelor si sunt obtinute printr-o formulare corecta (selectionarea uleiurilor de baza si aditivilor) si incercari pe motoare de testare. Intre caracteristicile uleiurilor, motoarelor si regimul de exploatare exista o corelare stransa.

Corelari intre caracteristicile uleiurilor si a motoarelor

Uleiuri de baza

Conform API (American Institute of Petroleum), uleiurile de baza, obtinute prin diferite procedee tehnologice, sunt impartite in cinci gupe, dupa cum se prezinta in tabelul 2.

Uzual, sunt folosite uleiurile minerale parafinice obtinute prin rafinare cu solventi si care au o structura moleculara extrem de diferita. Prin procedee speciale de prelucrare, se obtin uleiuri de baza cu calitati imbunatatite, cunoscute drept hidrocarburi sintetice (HC). In prezent, nici aceste uleiuri nu mai satisfac cerintele motoarelor cu performante foarte ridicate. Ca urmare, se folosesc din ce in ce mai mult uleiurile din Grupa III cu structuri moleculare modificate chimic, cu continut redus de sulf, indice de viscozitate ridicat si fara aromate.

Clasificarea API a uleiurilor de baza

Uleiurile de baza sintetice, cum ar fi PAO sau PIO (Poli Internal Olefine – a caror tehnologie de fabricare apartine Grupului ENI), asigura performante ridicate si perioade de utilizare prelungite pentru uleiul de motor. Spre exemplificare, in tabelul 3 se prezinta principalele caracteristici ale uleiurilor minerale si sintetice.

Principalele caracteristici ale uleiurilor minerale si sintetice

Aditivi

In functie de uleiurile de baza, selectionarea aditivilor, a combinatiilor si a concentratiilor lor, joaca un rol important in asigurarea performantelor uleiului finit.

Aditivii folositi in mod curent in formularea uleiurilor pentru motoare sunt prezentati in continuare, impreuna cu actiunile lor specifice:

• Antioxidanti – intarzie reactiile de degradare oxidativa, prelungind durata de utilizare a uleiului. Reduc depunerile de degradare sub forma de slam.
• Anticorozivi – asigura protectia anticoroziva si antirugina a pieselor metalice ale motorului.
• Antiuzura – reduc uzurile suprafetelor in contact, in miscare relativa.
• Detergenti – mentin in stare curata piesele motorului, impiedecand formarea depunerilor sub forma de lac pe piesele calde si de slam in zonele cu temperaturi mai reduse.
• Dispersanti – mentin in suspensie, in ulei, produsele obtinute prin degradarea lubrifiantului si arderea combustibilului. Aceste produse sunt transportate de ulei prin filtru, evitandu-se astfel depunerea lor in zonele cu temperaturi mai scazute. Particulele cu dimensiuni reduse, care trec prin filtru, provoaca, dupa un anumit timp, innegrirea uleiului, datorita capacitatii lui de a mentine in suspensie aceste produse.
• Amelioratori de indice de viscozitate – prin cresterea valorii indicelui de viscozitate se asigura o variatie mai redusa a viscozitatii cu temperatura, deci o lubrifiere adecvata la temperaturi ridicate si porniri usoare la temperaturi scazute.
• Modificatori de frecare – asigura reducerea frecarilor, deci si a uzurilor, maresc randamentul mecanic si scad astfel consumul de combustibil.
• Antispumanti – previn spumarea excesiva, prin inglobarea aerului in ulei, asigurand astfel continuitatea peliculei lubrifiante intre piesele in frecare, deci reducerea uzurilor.
• Depresanti – coborarea punctelor de curgere, asigurand astfel utilizarea uleiului la temperaturi mai reduse.

Clasificari si specificatii

Cerintele de performanta pe care trebuie sa le indeplineasca uleiurile pentru motoare fac obiectul unor sisteme de clasificare ce au la baza testari pe aparatura de laborator, pe motoare standard si in conditii reale de exploatare. Aceste clasificari, elaborate de organisme internationale (API, ACEA), producatorii de autovehicule sau/si motoare, iau in considerare tipul motorului si al autovehiculului (motoare Diesel sau Otto pentru autoturisme, vehicule comerciale usoare sau grele etc.) si conditiile de operare. Trebuie notat faptul ca toate specificatiile de calitate fac referire la clasa de viscozitate, aceasta facand obiectul unei clasificari, SAE, unanim acceptate.

Clasificarea pe baza viscozitatii

Dupa cum s-a mentionat, aceasta clasificare este aceea propusa de SAE (Society of Automotive Engineers – USA), prezentata in tabelul 4.

• Uleiurile monograd cu clasele 20…60 sunt caracterizate prin valorile viscozitatilor cinematice la 100oC, in timp ce acelea cu clasele 0W…25W prin viscozitatile dinamice la temperaturi intre -30oC si – 5oC. De mentionat ca indicativul W provine de la initiala cuvantului winter (iarna).
• Uleiurile multigrad sunt acele produse care asigura o anumita viscozitate la 100oC, corespunzatoare clasei SAE X si o alta valoare corespunzatoare clasei SAE W Y. Notarea acestor uleiuri este de forma: SAE YW-X, cum ar fi, de exemplu, SAE 15W-40. Un astfel de ulei are o viscozitate la 100oC cuprinsa intre 12,5 si 16,3 mm2/s si una de maximum 707000 mPa.s la -20oC, asigurand, in plus, pompabilitatea la -25oC.
• Recent, pentru uleiurile multigrad s-au introdus limite pentru scaderea temporara a viscozitatii dinamice la temperatura de 150oC si o viteza de forfecare de 106 s-1.