Teoria del motore: olio

(Questo articolo è apparso originariamente nel numero di aprile 2016 della rivista Kitplanes. Ed.) Questo mese la nostra continua introduzione alla tecnologia dei motori inizia con un esame del sistema di lubrificazione considerando ciò che pompa: l'olio. La lubrificazione è una preoccupazione di fondo per il pilota medio, ma è un must perché senza di essa, l'usura metallo-metallo riduce presto qualsiasi motore a un inutile pasticcio di cuscinetti fusi e brutti trucioli metallici. In pratica, mantenere la corretta temperatura dell’olio è la sfida diretta per la maggior parte dei costruttori e dei piloti di aerei sperimentali.

Il petrolio, la sostanza della vita nei motori a combustione interna, conduce una doppia esistenza nei nostri propulsori aeronautici raffreddati ad aria. È l'ovvio fluido di lavoro nel sistema di lubrificazione, ma allo stesso tempo svolge un ruolo importante, anche se spesso trascurato, nel sistema di raffreddamento. Occasionalmente viene utilizzato anche come fluido idraulico sostitutivo nei sistemi di eliche a passo regolabile.

Come lubrificante, l'olio è principalmente responsabile della riduzione dell'attrito tra le parti mobili del motore, ma allontana anche le impurità, fornisce protezione dalla corrosione al metallo del motore altrimenti non placcato e non verniciato e aiuta a sigillare le fasce elastiche del pistone al cilindro.

Come liquido di raffreddamento, l'olio trasferisce il calore di combustione dal pistone e dallo spinotto, vulnerabili e caldissimi, al radiatore dell'olio dove viene disperso nell'atmosfera. È anche la principale fonte di raffreddamento per l'intera estremità inferiore del motore, ovvero l'albero motore, le bielle e, in particolare, i cuscinetti principale, biella e reggispinta, inoltre è anche il refrigerante principale per il treno di valvole dove le molle delle valvole sono particolarmente bisognose. Infatti, mentre i tipici motori aeronautici sono etichettati come raffreddati ad aria, le uniche parti principalmente raffreddate ad aria sono le testate. Sarebbe più corretto, anche se laborioso, dire che si tratta di motori raffreddati ad aria e olio. Lo stesso vale anche per i motori raffreddati ad acqua, anche se la maggiore densità dell'acqua in genere gestisce una percentuale maggiore del calore disperso del motore.

Per i nostri scopi notiamo che l'olio minerale (quello tradizionale) è raffinato dal petrolio greggio e l'olio sintetico è lo stesso materiale più altamente raffinato, o un materiale totalmente diverso sintetizzato da fonti non grezze. L'olio sintetico è più uniforme nella sua struttura molecolare e contiene molte meno sostanze estranee presenti nell'olio minerale (cere e simili) che non hanno nulla a che fare con la lubrificazione dei motori. L’olio sintetico ha diverse qualità desiderabili per compensare il suo costo maggiore, in particolare rimane stabile – non si decompone in residui gommosi – alle alte temperature. L'olio minerale inizia a deteriorarsi notevolmente intorno ai 240°F, mentre l'olio sintetico spesso resiste a temperature centinaia di gradi più alte. In effetti, le alte temperature dell'olio rappresentano innanzitutto una minaccia per l'olio minerale, ma con alcuni sintetici la prima cosa da dare è il materiale dei cuscinetti nel motore.

Uno svantaggio dell'olio sintetico venduto inizialmente agli aviatori era la sua capacità minima di trasportare piombo estraneo da 100 litri di benzina in soluzione. Considerato un problema legato agli additivi, la formazione di morchie è stata presumibilmente un problema con i sintetici al 100%, e l'olio sintetico viene ora offerto principalmente come miscela 30% sintetico/70% minerale per formare olio semisintetico. Non ha problemi con la formazione di fanghi.

L'olio è anche classificato in base alla viscosità, che è lo spessore del liquido, misurato dalla sua resistenza al versamento ad una determinata temperatura. La viscosità è importante in quanto fornisce il "corpo" che ammortizza il contatto metallo-metallo. Nel caso delle automobili, la viscosità dell'olio è chiamata "peso", come in "peso 30" ed è stabilita in conformità con gli standard stabiliti dalla Society of Automotive Engineers (SAE). Nell'aviazione questa proprietà è formalmente nota come "grado" e i numeri risultano circa il doppio di quelli del peso SAE. Quindi, ad esempio, il grado 100 corrisponde al peso 50. Naturalmente oggigiorno in aeroporto si sente parlare più spesso di "peso" che di "grado".

Il peso o la qualità dell'olio dipende principalmente dall'intervallo di temperatura di esercizio dell'olio, sebbene anche gli spazi interni del motore (tra i perni dell'albero motore e i relativi cuscinetti o tra le fasce elastiche e le pareti del cilindro) svolgano un ruolo importante. Pertanto, il ciclo di lavoro leggero dei motori automobilistici significa temperature dell'olio relativamente basse, inoltre questi motori dalla struttura compatta presentano piccoli giochi d'olio, quindi impiegano oli da 20 a 30 pesi al massimo. I nostri motori aeronautici raffreddati ad olio/aria funzionano a lungo, a lungo e forniscono un calore generoso nell'olio, così denso che il peso tipico è di 50, con alcuni radiali legacy che raggiungono il peso di 60, grazie ai loro cavernosi spazi vuoti per l'olio.