Il fattore Slick: Trovare un bordo con l’olio

Come la Quaker State e la Hendrick Motorsports stanno utilizzando le nuove tecnologie petrolifere per trovare un vantaggio competitivo

Vedi tutte e 6 le fotoJeff HuneycuttwriterMay 22, 2006

Se il massimo che pensi al tuo olio motore sono le parolacce che borbotti quando pulisci quella pozzanghera che la tua auto da corsa gocciola costantemente sul pavimento del tuo negozio, allora probabilmente stai lasciando cavalli sul tavolo. Anche i produttori stanno imparando questa lezione, con miscele di lubrificanti migliori progettate intorno alle esigenze molto specifiche dei motori a carreggiata ovale.

Due aziende leader sono Quaker State e Hendrick Motorsports nella Nextel Cup Series della NASCAR. La Quaker State è stata sponsor delle auto della HMS per anni, ma la partnership, a quanto pare, comporta molto di più che la consegna di un assegno da parte degli ufficiali della Quaker State.

“Lavoriamo con team in diverse forme di sport motoristici che amano pensare fuori dagli schemi”, dice Mark Ferner, responsabile della ricerca e sviluppo della Quaker State. “Un team come Hendrick Motorsports che è davvero proattivo vuole rendere l’olio motore un componente integrante del pacchetto e non solo un prodotto aggiunto a posteriori. Abbiamo costruito un rapporto in cui ci chiameranno e diranno: “Vogliamo fare questo cambiamento che può far aumentare la temperatura dell’olio di molti gradi”. Potete aiutarci con un olio che possa sopportare quella temperatura per una gara?”. Oppure: “Vogliamo cambiare la metallurgia su questo. L’olio sarà ancora in grado di proteggerlo?”. È allora che le cose si fanno davvero divertenti”.

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Dopo aver discusso le esigenze alla HMS, Ferner afferma che il team di ingegneri della Quaker State coinvolti in applicazioni ad alte prestazioni può lavorare su piccoli lotti di miscele che ritiene debbano funzionare e spedirle alle strutture della HMS a Charlotte, North Carolina. Vengono testate per determinare il loro funzionamento nel pacchetto di motori Nextel Cup.

I test all’HMS si svolgono in diverse fasi. Una è una macchina di prova che è essenzialmente una Spintron di nuova generazione che utilizza un potente motore elettrico per far girare l’albero motore all’interno di un blocco da corsa. Tutto, dalla manovella ai bilancieri alla pompa dell’acqua, può essere installato e testato su questo apparecchio per determinare la potenza necessaria al funzionamento. Per le nuove formulazioni di olio motore, può essere usato non solo per determinare se la nuova miscela riduce l’attrito all’interno del motore, ma può anche far girare tutto all’interno del motore per un periodo di tempo per vedere come l’olio protegge i singoli pezzi dall’usura.

Dopodiché, le miscele sperimentali vengono testate in un motore acceso su un banco prova, in una macchina in corsa in una sessione di test, e forse anche da una macchina durante una gara. Nel corso del tempo, i funzionari dello Stato Quacchero affermano che il rapporto con la HMS ha davvero aiutato l’azienda a comprendere le esigenze particolari di un motore da corsa su pista circolare e a sviluppare miscele di olio per soddisfare tali esigenze.

Q Corse

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Si chiama “Q Racing” e, che ci crediate o no, è molto più di un semplice espediente di marketing con una nuova etichetta sulla roba normale. Paul Bastien, che mescola regolarmente la miscela unica nel suo genere per Hendrick Motorsports, afferma che la miscela Q Racing è unica e si basa su ciò che l’azienda ha imparato lavorando con HMS.

“Poiché l’olio Q Racing non è stato progettato per funzionare con le autovetture, non abbiamo dovuto preoccuparci di rispettare le linee guida del settore o di rispettare le restrizioni di garanzia dei produttori”, spiega Ferner. “In un’autovettura, ci sono alcune cose che si devono fare con l’olio a causa delle marmitte catalitiche. Qui non siamo preoccupati per questo, quindi possiamo fare più cose per aumentare i livelli di protezione contro l’usura”.

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“Per esempio, un motore da corsa in genere ha un treno di valvole ad alto carico per ridurre al minimo il galleggiamento delle valvole ad alto numero di giri. Molte persone potrebbero non rendersi conto che nel treno valvole del motore, le pressioni tra l’inseguitore e l’albero a camme possono essere estremamente elevate. Anche in un’autovettura, le pressioni a velocità sono nell’ordine di 200.000 psi. Per un’auto da corsa è ancora peggio. È sufficiente per spremere l’olio di base – sia che si tratti di un olio sintetico o convenzionale – e causare un contatto metallo-metallo. Dobbiamo fare affidamento su una speciale chimica additiva che può formare un rivestimento sacrificale sulla camma e sui sollevatori in grado di resistere a quelle pressioni”. Poiché queste pressioni sono ancora più elevate su un’auto da corsa che su un’autovettura, Ferner dice che i chimici della Quaker State hanno preso misure ancora più grandi per proteggere la camma rispetto ad altri oli.

“Siamo stati molto attenti anche alla combinazione dei modificatori di attrito utilizzati”, continua. “Abbiamo fatto alcuni test al banco da soli e abbiamo visto che se aggiungiamo il modificatore di attrito ‘A’, otteniamo due cavalli di potenza in più. Se aggiungiamo il modificatore di attrito ‘B’, otteniamo anche due cavalli in più. Ma se proviamo ad aggiungere entrambi i modificatori di attrito nella stessa miscela, finiamo per perdere tre cavalli da dove siamo partiti. Quindi siamo stati molto attenti con la miscela per assicurarci che l’olio sia il più scivoloso possibile per liberare più cavalli possibile”.

Mentre parlavamo con Ferner, Bastien e il dottor Andrew Randolph, direttore dello sviluppo dei motori della Hendrick Motorsports, abbiamo raccolto molti consigli e informazioni utili, indipendentemente dalla marca di olio utilizzata. Abbiamo pensato di trasmetterne alcune anche a voi.

La filosofia di Hendrick

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“L’unico consiglio che darei, a prescindere dalla classe che si esegue, è di usare un olio motore di qualità che sia il più sottile possibile, e di farlo funzionare con la minima pressione possibile”, dice Randolph. Naturalmente, mentre dice questo, Randolph sorride perché sa che la domanda da un milione di dollari è: come si fa a scoprire quanto sottile si può far funzionare l’olio e con quanta poca pressione?

Si possono scrivere molti libri proprio su questo argomento, ma per avere una risposta più semplice e pratica, Randolph mi fa fare un tour degli impianti dei motori di Hendrick e mi mostra alcune delle risposte che hanno trovato per i loro problemi di lubrificazione. È interessante notare che, secondo Randolph, il reparto motori della HMS sta spesso sperimentando diverse viscosità ed è disposto, in un certo senso, a costruire il motore intorno all’olio motore. Con questo, intende dire che le tolleranze dei cuscinetti e la pressione dell’olio che vogliono, oltre a quanto calore sono disposti a dire che è accettabile.

Quando si tratta di combattere l’attrito all’interno del motore, Randolph dice che ci sono tre aree principali di preoccupazione: i cuscinetti (sia principali che a camme), l’interfaccia tra il lobo dell’albero a camme e la faccia del sollevatore, e l’interfaccia tra la punta dell’asta di spinta e la presa del bilanciere. Ovunque l’oliatura sia critica, la HMS cerca di assicurarsi che sia consegnata in quel punto sotto pressione. Per esempio, oltre a fornire olio al perno della camma attraverso le gallerie dell’olio sotto pressione, gli spruzzatori di olio puntano anche un flusso costante di olio su ciascuno dei lobi della camma. Per evitare che le pinne da polso si incrinino all’interno della piccola estremità dell’asta, ogni asta viene anche tagliata con una galleria d’olio attraverso la trave. L’olio pressurizzato alimenta il cuscinetto dell’asta dall’albero a camme, e una parte di questo si fa strada attraverso la galleria nella trave dell’asta per lubrificare la spina da polso.

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Un aspetto interessante di come HMS controlla il flusso dell’olio all’interno dei suoi motori è che il motore può dare attivamente priorità a ciò che va dove. Gli spruzzatori d’olio sono installati nella parte inferiore del blocco puntati sul lato inferiore dei pistoni. Questo spruzzo d’olio aiuta ad allontanare il calore dai pistoni e favorisce l’oliatura tra le pinne da polso e le sporgenze dei perni nei pistoni. Questa, tuttavia, non è una funzione critica di oliatura, quindi gli spruzzatori sono costruiti con piccoli blocchi di misurazione che tagliano il flusso quando la pressione scende al di sotto di un certo punto. Per esempio, quando un’auto da corsa è ferma al minimo durante un pit stop, il basso livello di giri al minuto significa che la pressione dell’olio non è così alta come quando l’auto è a regime di giri. Questo è quando gli scoiattoli si spengono in modo che quando il pilota inchioda il gas per accelerare fuori dai box, c’è ancora molto olio nei cuscinetti e spruzza sui lobi.

Minerale vs. Sintetico

Secondo Ferner, la differenza tra l’olio minerale e l’olio sintetico non è che uno sia naturalmente più scivoloso di un altro, come si potrebbe pensare. In termini di lubrificazione, gli stock di base degli oli minerali e sintetici sono abbastanza simili: è il modo in cui reagiscono al calore che li differenzia.

“Dove l’olio sintetico brilla davvero è in situazioni di temperature estreme”, dice. “Nelle corse si parla di ambienti molto caldi, quindi limiteremo la nostra discussione a questo. Avere un olio in grado di resistere più a lungo a temperature più elevate ci apre alcune porte. Se si dovesse prendere un olio motore convenzionale a base minerale e sottoporlo alle condizioni più brutali, quello che si vedrebbe è che inizierà lentamente ad ossidarsi mentre reagisce con il calore e l’ossigeno. Comincia a formare particelle di morchia che ispessiscono l’olio. Quindi, se si tiene traccia dell’olio nel tempo di funzionamento del motore, si vedrebbe l’olio iniziare a diventare sempre più denso ad un ritmo progressivo fino ad arrivare al punto che l’olio di base non può più sopportare. Poi la viscosità sale alle stelle fino a raggiungere molto rapidamente una condizione semi-solida”.

Anche se di solito si lavora a basse temperature dell’olio e dell’acqua o si cambia spesso l’olio a base minerale, ci possono comunque essere degli inconvenienti. Le temperature dell’olio intorno alle fasce elastiche possono raggiungere i 400-450 gradi F, quindi anche se si esegue un sensore di temperatura dell’olio in padella, probabilmente non si ottiene il quadro completo. Inoltre, poiché la viscosità dell’olio a base minerale fa cambiamenti molto maggiori con l’olio convenzionale che con quello sintetico, può essere più difficile trovare quel “punto dolce” quando tutto funziona correttamente. Trovare la giusta combinazione di viscosità, pressione dell’olio e distanze dei cuscinetti da far funzionare è difficile. Aggiungete a questo il fatto che la viscosità dell’olio cambia con la temperatura, e vi siete appena fatti un bersaglio mobile. Questo è particolarmente vero se state cercando di qualificarvi e di far correre lo stesso olio o se il programma di gara in pista non sempre vi dà la possibilità di riscaldare il vostro motore.

Gli oli sintetici sono molto più stabili in un intervallo di temperature. Anche se non è perfetto, la viscosità e la capacità di proteggere un motore di un olio sintetico sarà più o meno la stessa a 180 e 220 rispetto ad un olio convenzionale. Se state per fare una prova di qualificazione e desiderate avvolgere completamente il muso dell’auto, il breve picco di temperatura dell’olio che ne risulterà non sarà così dannoso. Allo stesso modo, potete anche farla franca con temperature leggermente più alte per un periodo più lungo. Anche se probabilmente è un po’ troppo radicale per il resto di noi, Randolph ammette che la HMS ha corso con temperature dell’olio fino a 350 gradi F.

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Inoltre, la stabilità che un sintetico offre rispetto ad un olio a base minerale permette ai chimici progettisti il vantaggio con quali additivi sono in grado di lavorare. “Anche se si cambia l’olio regolarmente e non ci si preoccupa dell’accumulo di morchie, il vantaggio del sintetico è che le molecole dell’olio base sono più consistenti”, aggiunge Bastien. “Siamo in grado di concentrare realmente lo sforzo di formulazione sugli additivi che fanno il loro lavoro specifico, piuttosto che cercare di trovare additivi che funzionano mentre l’olio base cambia o si ossida”. La base più consistente che il sintetico ci fornisce ci permette di ampliare i nostri parametri di ciò che possiamo realizzare con i nostri pacchetti di additivi”.

Schiuma

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Poiché viene spruzzato sotto pressione, spruzzato dalle guarnizioni delle valvole e dall’albero a gomito, e per il resto semplicemente volando dappertutto all’interno del motore, spesso è più facile di quanto si pensi che le bolle d’aria rimangano intrappolate nell’olio. “Schiuma” l’olio è il termine usato quando così tante bolle d’aria sono intrappolate nell’olio in una zona che non può più funzionare come previsto. Le bolle d’aria sono comprimibili e riducono la capacità dell’olio di separare le parti metalliche in movimento con un film sottile. È anche difficile da pompare in modo efficace.

Uno dei primi segnali che indicano che l’olio motore è schiumaiolo è una perdita di pressione dell’olio. Sfortunatamente, molti piloti leggono la mancanza di pressione come la mancanza di olio quando in realtà è il contrario. Troppo olio nella coppa permette all’albero motore di spruzzare l’olio, causando la formazione di bolle d’aria. L’aggiunta di bolle d’aria nell’olio ha l’effetto di aumentare il volume percepito dell’olio, aumentando così il livello del fluido nella coppa dell’olio. Questo permette a più olio di entrare in contatto con i contrappesi dell’albero a gomiti mentre gira e lo frusta. Potete vedere dove stiamo andando da qui. Ci sono altri modi in cui l’aria rimane intrappolata nell’olio oltre al contatto con l’albero motore, ma i risultati non sono mai buoni.

Purtroppo, gli alti livelli di giri al minuto inerenti alle corse rendono molto più probabile la formazione di schiuma nell’olio. Gli oli da corsa di qualità includeranno additivi che combattono la tendenza alla schiuma, ma è anche necessario prendere tutte le precauzioni possibili per mantenere la schiuma verso il basso, compreso il fatto di non far scorrere più olio di quello che la padella e il vassoio del vento possono contenere efficacemente.

Se si sospetta che l’olio motore sia schiumoso, a volte può essere difficile da confermare. Se vi limitate ai test su pista, sperimentate di usare meno olio nella pentola. Se il vostro problema è in realtà la fame di olio al pick-up, il problema della bassa pressione dovrebbe comunque persistere. Se, tuttavia, il problema della formazione di schiuma è causato da troppo olio, questo potrebbe risolverlo. Se avete il lusso del test al banco motore, provate a monitorare il livello dell’olio nella padella subito dopo una serie di tiri. Le bolle d’aria nell’olio aumenteranno leggermente il livello nella padella. Se riuscite a tracciarlo, potete farvi un’idea se la formazione di schiuma è un problema nel vostro motore. CT

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