Sviluppo di una Nuova Tecnologia di Oli per Motori Marini Certificati FC-W e FC-W Catalyst Compatible
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Sviluppo di una Nuova Tecnologia di
Oli per Motori Marini Certificati
FC-W® e FC-W Catalyst Compatible™
Benefici per l’Utilizzatore e per l’Ambiente
Autore: Dr. Brent Dohner,
The Lubrizol Corporation
Wickliffe Ohio USA
Relatore: Ing. Gianfranco Locandro,
Lubrizol Italiana S.p.A.
AMME - 11° Convegno Tribologia
Napoli – 13 maggio 2010
© The Lubrizol Corporation 2010, all rights reserved
Argomenti della presentazione
1998 – Legislazione sulle emissioni e impatto sui
motori marini e i lubrificanti
2004 – Specifica FC-W® e sviluppo dei relativi
lubrificanti
2009 – Specifica FC-W Catalyst Compatible™ e
sviluppo dei relativi lubrificanti
2 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reserved
Premessa
Le preoccupazioni ambientali hanno indotto
l’Agenzia per la protezione dell'ambiente degli
Stati Uniti ad emanare nel 1998 un regolamento
che richiedeva un 75% di diminuzione degli
idrocarburi prodotti dai motori marini entro il 2006.
Molti costruttori stanno quindi producendo motori
marini 4T che incontrano questa
regolamentazione sulle emissioni.
3 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reserved
Premessa
I motori 4T marina sono stati tipicamente lubrificati da oli motori per
autotrazione leggera (PC); tuttavia, l’ambiente in cui questi motori
lavorano è abbastanza diverso da quello dei motori per auto:
- i motori spesso operano in un ambiente corrosivo di acqua salina
Problema: Corrosione
- i motori spesso rimangono fermi per lunghi periodi prima di
riprendere a funzionare a pieno; ciò provoca un accumulo di
carburante e acqua nell’olio
- comunemente si passa spesso dal funzionamento a bassa velocità a
quello a pieni giri molto rapidamente
Problema: Usura
4 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedPremessa
In relazione alle differenti condizioni operative, l’olio usato per le
applicazioni marine dovrebbe avere delle proprietà anti-
corrosione e anti-usura superiori a quelle che oggi sono
richieste nei moderni motori per autovetture
Questi problemi hanno indotto la National Marine Manufacturers
Association (NMMA) a sviluppare la specifica FC-W® (Four-Cycle
Water Cooled) ed un dedicato sistema di approvazione di
prodotto.
5 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedSpecifica FC-W ®:
Protezione addizionale rispetto un olio motore
Un pacchetto di additivi usato per formulare un olio FC-W ® deve
essere almeno a livello API SG (minimo).
Protezione addizionale per la corrosione
l’olio deve proteggere delle strisce di metallo prese dalla camicia di un
cilindro Mercury Marine in un test di corrosione in acqua salina.
Protezione addizionale per l’usura
l’olio deve essere formulato con una viscosità HTHS ≥ 3.3 cPs, dopo
taglio secondo il test ASTM D 6278.
L’olio deve superare un “General Purpose Engine Test” in un motore
Yamaha 115HP.
6 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedSviluppo di un olio FC-W ®:
Scelta del pacchetto di additivazione
Qual è la più importante qualità di un olio per imbarcazioni?
ZINC DITHIOPHOSPHATE TYPES
Performance Aryl Primary Alkyl Secondary Alkyl
Thermal Stability Best Medium Worst
Anti-Wear Protection Worst Medium Best
Hydrolytic Stability Worst Medium Best
Relative Cost High Low Low
Source: W. Gergel, “Lubricant Additive Chemistry," The
International Symposium Technical Organic Additives and
Environment (1984)
É molto importante, quindi, scegliere un pacchetto di
additivi che contiene prevalentemente uno ZDP secondario!
7 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedSviluppo di un olio FC-W®:
Scelta del Viscosity Modifier
Qual è la scelta migliore?
Olefin Copolymer Viscosity Modifiers
Molecular Weight 130,000 203,000 290,000
Shear Stability Index 25 35 45
Formulated into SAE 10W-40 oil
Viscosity (cSt100) 15.1 15.4 15.2
Viscosity after shear 13.1 12.3 10.9
% Viscosity loss 13% 21% 28%
Inoltre, per l’uso ad un basso numero di giri ed in presenza di basse temperature,
il carburante trafila nell’olio. Tipicamente il livello di diluzione del carburante
nell’olio è pari a 6-8%. Questo livello riduce la viscosità dell’olio di circa il 20%.
É importante scegliere un VM resistente al taglio
8 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedAggiunta di un inibitore di corrosione
Reference Oil Avg = 37 Candidate Oil Avg = 11
100
80
% Rust
60
40
20
0
Reference Reference Reference Reference Candidate Candidate Candidate Candidate
oil test 1 oil test 2 oil test 3 oil test 4 oil test 1 oil test 2 oil test 3 oil test 4
9 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedConfronto con un olio per PC
Camicia del cilindro in presenza di un olio FC-W 12% ruggine
Camicia del cilindro in presenza di un olio per PC 96% ruggine
10 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedValutazione del test sul motore Yamaha 115HP
Il test viene condotto in un grande serbatoio a circolazione d’acqua per
fuoribordo con un motore standard Yamaha 115HP 4T.
L’usura critica dei componenti non deve mostrare “scuffing”, “spalling”,
“scoring”, o “ring wiping”.
Inoltre, le dimensioni dell’usura critica non deve essere al di fuori dei limiti
riportati dal manuale di servizio Yamaha.
Infine, viene valutata la pulizia del motore e questa deve essere comparabile
o migliore dei risultati ottenuti utilizzando i più recenti oli di riferimento.
11 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedValutazione del test sul motore Yamaha 115HP
La protezione dall’usura è stata eccellente, come si vede dalle foto
dell’albero a camme e dei cuscinetti.
Inoltre, l’analisi dell’olio usato ha indicato solo 25 ppm di ferro dopo
100 ore di test.
12 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedValutazione del Field Test di un olio candidato
L’olio candidato è stato testato sul campo in un motore Yamaha da 115HP
montato su una barca da pesca in affitto a Key Largo, Florida.
13 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedValutazione del Field Test – Sommario
Il motore è stato in funzione per più di 500 ore. L’olio è stato cambiato ogni
100 ore. Tutte le parti sono state ispezionate e non è stato osservato nessun
problema.
L’analisi dell’olio usato ha mostrato che la diluzione del carburante era nel
range del 5-10%, simile al range richiesto da Yamaha nel “General Purpose
Engine Test”.
Il contenuto di ferro nell’olio era molto basso (30 ppm), ciò indica che l’olio
candidato fornisce una eccellente protezione alla corrosione e all’usura.
14 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedProprietà aggiuntiva di un olio FC-W ®
Visto che questa era la prima valutazione dell’olio candidato in ambiente di
acqua salina, è stata valutata anche un’altra proprietà.
Molti utilizzatori mettono la loro barca in una rimessa durante l’inverno. Se la
barca viene fermata senza cambiare olio, si crea l’ambiente giusto per la
corrosione del motore.
Per verificare se l’olio mantiene la sua caratteristica anti-ruggine, è stato
valutato un campione di olio derivante dal field test in una prova di
corrosione FC-W.
15 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedCaratteristica anti-corrosione dell’olio candidato
Dopo 100 ore di marcia in acqua salina, l’olio ha mantenuto la sua caratteristica anti-
corrosione. L’olio usato ha superato il test di corrosione FC-W richiesto per
qualificare un nuovo olio.
Reference Oil Avg = 37 Candidate Oil Avg = 11
100
80
% Rust
60
40
20
0
Reference Reference Reference Reference Candidate Candidate Candidate Candidate
oil test 1 oil test 2 oil test 3 oil test 4 oil test 1 oil test 2 oil test 3 oil test 4
16 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedSommario delle caratteristiche di un olio di qualità FC-W
Nello sviluppo di un olio di qualità superiore che incontra la specifica FC-W,
bisogna apportare diversi cambiamenti formulativi rispetto ad un olio per
autotrazione:
1. Il pacchetto di additivazione dovrebbe contenere principalmente ZDP secondario
come agente anti usura, ciò perché questo fornisce una maggiore protezione
all’usure e maggiore stabilità idrolitica rispetto a quello primario.
2. Si dovrebbe utilizzare un VI stabile al taglio per mantenere lo spessore del film
quando l’olio è in uso ed incrementare, inoltre, la protezione all’usura.
3. Bisogna aggiungere un inibitore di corrosione alla formulazione per prevenire
l’ossidazione quando si opera in ambiente di acqua salina. L’inibitore deve
essere robusto abbastanza da garantire la protezione ed assicurare la vita
dell’olio.
Aggiungere questi elementi quando si formula un olio FC-W darà
molti più vantaggi all’utilizzatore rispetto ad un olio per
autovetture.
17 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedNuovo sviluppo – oli “Catalyst Compatible”
Le nuove leggi sulle emissioni, in fase di definizione, hanno
portato i costruttori a inserire dei catalizzatori sui motori
La necessita di sviluppare oli compatibili con i catalizzatori è
stata sollevata durante l’incontro NMMA del Febbraio 2008
I costruttori di motori volevano che un olio compatibile con i
catalizzatori venisse immesso sul mercato entro il 2010
18 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedUn approccio agli oli
FC-W Catalyst Compatible
Specifica API/ILSAC Specifica FC-W
SG 0.12%P max livello API SG min
L’abilità sta nel creare oli
SL 0.10%P max
compatibili con i catalizzatori
partendo dai più recenti
SM 0.08-0.06%P prodotti con specifica API.
(Abbassando %P quel tanto da
garantire la protezione anti-
usura) Inoltre, si possono
usare ZDP e oli base a bassa
volatilità per incrementare la
protezione del catalizzatore.
19 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedSviluppo di un olio “Catalyst Compatible”
Esperimento studiato per valutare:
Livello %P , tipo di P, tipo di oli base
Tutti gli oli sono 10W-40 e certificati FC-W
Oil API %P P Type Base Oil Volatility*
A SG 0.12% conventional mineral 16
B SG 0.12% low volatility mineral 17
C SL 0.10% low volatility mineral 17
D SL 0.10% low volatility synthetic 8
E SM 0.08% low volatility synthetic 8
*ASTM D5800
20 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedValutazione del Field Test degli oli candidati
Gli oli candidati sono stati testati ancora su un motore Yamaha da 115HP
montato su una barca da pesca in affitto a Key Largo, Florida.
21 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reserved10 = Clean
22
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
API SG /
Conventional
ZDP / Mineral
API SG / Low
Volatility ZDP
/ Mineral
API SL / Low
© The Lubrizol Corporation 2010, all rights reserved
Volatility ZDP
/ Mineral
Average Piston Varnish
API SL / Low
Volatility ZDP
/ Synthetic
API SM / Low
Volatility ZDP
/ Synthetic
Pulizia del Pistone
Base sintetica
ZDP a bassa volatilità
Pistone da un olio API SM10 = Clean
23
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
API SG /
Conventional
ZDP / Mineral
API SG / Low
Volatility ZDP
/ Mineral
API SL / Low
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Volatility ZDP
/ Mineral
Valve Deck Sludge
API SL / Low
Volatility ZDP
/ Synthetic
API SM / Low
Volatility ZDP
/ Synthetic
Pulizia del treno valvole
Base sintetica
ZDP bassa volatilità
Treno valvole da un olio API SMProtezione anti usura
Alesaggio e albero a camme
Used Oil Fe Analyses (ppm) da un olio API SM
ZDP bassa volatilità
100
80 Base sintetica
60
40
20
0
Volatility ZDP
Volatility ZDP
Volatility ZDP
Volatility ZDP
Conventional
ZDP / Mineral
API SG / Low
API SM / Low
API SL / Low
API SL / Low
/ Synthetic
/ Synthetic
API SG /
/ Mineral
/ Mineral
24 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reserved25
75
80
85
90
95
100
API SG /
Conventional
ZDP / Mineral
© The Lubrizol Corporation 2010, all rights reserved
API SG / Low
ZDP bassa volatilità
Volatility ZDP
/ Mineral
API SL / Low
Volatility ZDP
/ Mineral
Riduzione livello ZDP
API SL / Low
%P Retention in Used Oils
Volatility ZDP
/ Synthetic
Olio bassa volatilità
API SM / Low
Volatility ZDP
/ Synthetic
Massimo
BeneficioSommario di un olio di qualità
FC-W Catalyst Compatible™
Principali domande e risposte di questo studio
- Sono tutti questi oli capaci di assicurare un livello globale di performance in
termini di pulizia del motore? SI
- Visto che il livello %P è stato ridotto, la protezione dall’usura viene
garantita? SI
- Il mantenimento della %P dipende dal tipo di ZDP utilizzato? SI
- Il mantenimento della %P viene influenzato dalla volatilità dell’olio base? SI
26 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedSommario di un olio di qualità
FC-W Catalyst Compatible™
In aggiunta, quindi, alle caratteristiche che deve avere un olio FC-W,
quello compatibile con i catalizzatori dovrebbe anche avere:
1. Ridotto livello %P come definito da un olio di livello API SM.
2. Uno ZDP a bassa volatilità.
3. Un olio base a bassa volatilità.
Unendo tutte queste caratteristiche ad un prodotto FC-W si otterranno
notevoli vantaggi per l’ambiente.
27 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedUna nuova specifica è stata sviluppata per gli oli
Catalyst Compatible FC-W
Specifica API/ILSAC
Specifica FC-W
SG 0.12%P max
API SG (min)
SL 0.10%P max
Spec FC-W Catalyst Compatible™
SM 0.08-0.06%P
API SM min
(disponibile per la licenza da Sett ’09)
L’olio API SM oggetto di questo studio è stato certificato
Come FC-W Catalyst Compatible™ da NMMA
28 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedConclusioni
In seguito ai cambiamenti della legislazione ambientale, molti costruttori di
motori stanno costruendo motori marini 4T e considerando la possibilità di
inserire il catalizzatore per avere dei benefici per l’ambiente
La NMMA ha definito una nuova qualità di oli motore per incontrare le necessità
di questi motori marini 4T
Questi oli sviluppati per le specifiche NMMA sono stati sviluppati, testati sul
campo e resi disponibili per il mercato
Questi oli sono in grado di produrre benefici per l’utilizzatore e per l’ambiente
29 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedThank you
for your
attention!
30 © The Lubrizol Corporation 2010, all rights reservedPuoi anche leggere
