Con il continuo sviluppo dei motori a combustione interna per soddisfare standard di emissioni e efficienza sempre più severi, i sistemi di controllo Belt-in-Oil (BIO), noti anche come cinghie bagnate, stanno acquisendo sempre più importanza, in particolare nei motori di dimensioni ridotte con turbocompressore e nelle trasmissioni ibride. Questi sistemi offrono diversi vantaggi rispetto alle configurazioni con cinghie a secco, tra cui un attrito ridotto, una minore rumorosità e vibrazioni (NVH) e una migliore gestione del calore, che rendono i sistemi BIO particolarmente interessanti per i produttori di primo equipaggiamento attenti alle prestazioni, alla durata e all'efficienza dei consumi.
I sistemi BIO sono già in uso in diversi motori, tra cui alcune varianti del 1.0L EcoBoost di Ford, il 1.2L PureTech di Stellantis e la famiglia di motori EA211 di Volkswagen. Tuttavia, l'integrazione della cinghia dentata nel circuito dell'olio del motore comporta nuove sfide, soprattutto per quanto riguarda la formulazione del lubrificante e la compatibilità dei materiali. In questi sistemi, il lubrificante è fondamentale per garantire la durata della cinghia, ridurre l'usura e mantenere pulito l'olio.
Il ruolo e i requisiti dei lubrificanti nei sistemi Belt-in-Oil
Nei sistemi di controllo Belt-in-Oil (BIO), il lubrificante non è solo un fluido ausiliario, ma un componente fondamentale che influisce direttamente sull'efficienza, la durata e l'affidabilità del sistema. Forma un film d'olio continuo tra la cinghia e le pulegge, riducendo così l'attrito, l'usura e la perdita di energia. Allo stesso tempo, dissipa il calore, assorbe le sollecitazioni termiche e protegge la cinghia dentata dall'ossidazione, dall'usura e dalle sollecitazioni meccaniche.
L'immersione nell'olio protegge inoltre la cinghia dall'aria e dalle impurità, prolungandone la durata e riducendo il rischio di crepe o delaminazioni. Rispetto ai sistemi a cinghia secca, le configurazioni BIO offrono un funzionamento più silenzioso, intervalli di manutenzione più lunghi e una maggiore affidabilità, spesso superiore a 150'000 km con una corretta manutenzione e lubrificanti di alta qualità.
Per svolgere efficacemente queste funzioni, il lubrificante deve soddisfare requisiti specifici:
- Compatibilità con i materiali della cinghia per evitare rigonfiamenti, ammorbidimenti, indurimenti o deterioramenti.
- Stabilità al taglio per mantenere la viscosità e la resistenza del film sotto carico meccanico.
- Stabilità termica e ossidativa per resistere alle elevate temperature del motore.
- Il controllo della schiuma tramite additivi garantisce una lubrificazione stabile in caso di ventilazione indotta dalla cinghia.
Queste condizioni esigenti richiedono lubrificanti appositamente studiati per soddisfare sia i requisiti meccanici che chimici dei sistemi BIO.
Formulazione, sfide e qualificazione dei lubrificanti per cinghie in olio
La formulazione dei lubrificanti per sistemi Belt-in-Oil deve garantire un equilibrio tra stabilità termica, compatibilità dei materiali e pulizia. Per soddisfare questi requisiti, i produttori ricorrono solitamente a oli base sintetici come le polialfaolefine (PAO), spesso utilizzate per la loro eccellente stabilità termica e ossidativa.
Altrettanto importante è il pacchetto di additivi. Deve proteggere sia i componenti metallici che quelli elastomerici, controllando al contempo la formazione di schiuma e prevenendo i depositi. Tra gli additivi più importanti figurano gli antischiuma per sopprimere la formazione di schiuma causata dal movimento della cinghia, gli additivi antiusura per proteggere le superfici metalliche e i disperdenti per impedire i depositi sulle cinghie.
La formulazione è tuttavia un delicato esercizio di equilibrio. Gli additivi che migliorano una proprietà possono comprometterne un'altra. Ad esempio, i detergenti aiutano a mantenere pulito il motore, ma possono danneggiare i rivestimenti delle cinghie, i modificatori di attrito migliorano l'efficienza, ma possono compromettere la trazione della cinghia, e gli agenti antiusura come lo ZDDP proteggono i metalli, ma possono danneggiare gli elastomeri e compromettere i sistemi di post-trattamento.
Per garantire prestazioni e durata, i lubrificanti BIO devono superare rigorosi test di qualificazione specifici per gli OEM che vanno oltre le classificazioni API o ACEA standard. Questi test valutano la compatibilità dei materiali delle cinghie, il comportamento di attrito per evitare lo slittamento, la protezione dall'usura delle cinghie e degli ingranaggi e il controllo della formazione di schiuma in condizioni dinamiche. Gli oli idonei vengono sottoposti a test approfonditi sui motori, seguiti dall'analisi di indicatori chiave quali la stabilità della viscosità, il numero totale di acidi (TAN), il numero totale di basi (TBN) e l'ossidazione, al fine di confermare le prestazioni a lungo termine.
Solo i lubrificanti che mantengono le prestazioni al di sopra di questi parametri sono approvati per l'uso nei sistemi BIO. Problemi pratici, come l'usura prematura delle cinghie e la contaminazione dell'olio, hanno spinto gli OEM a rivedere le specifiche dell'olio, a migliorare i materiali delle cinghie e ad adeguare gli intervalli di manutenzione. Queste esperienze dimostrano quanto siano importanti una formulazione precisa, test rigorosi e una stretta collaborazione con gli OEM per garantire il successo a lungo termine dei motori con sistemi BIO.