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As novas tecnologias de motores diesel para atender aos padrões de emissões e seus impactos nos óleos lubrificantes
Engº Antonio Carlos Alves Ferreira Especialista Técnico – área SP
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Tópicos
2
1. Evolução dos veículos movidos a diesel no Brasil
2. Novas tecnologias necessárias para atender ao Proconve P7
3. Impactos das novas tecnologias dos veículos diesel nos óleos
lubrificantes
4. Óleo Ursa com Tecnologia ISOSYN® da Chevron
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3
Emissões Nocivas ao Meio-Ambiente (NOx e Material Particulado)
Qual a principal preocupação nas grandes cidades?
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Emissões de Particulados
4
Material Particulado (MP)
Fração sólida • Carbono (fuligem) • Cinza (fuligem e aditivos metálicos)
Fração Orgânica Solúvel (FOS) • Material orgânico do óleo de motor • Material orgânico do diesel
Sulfatos (SO4) • Ácido sulfúrico • Água
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Norma de emissões US, Europa & Japão x Proconve
0.14
Material Particulado g/kWh
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
US 02, 2002
Euro III, 2002
Euro II, 1996
Japão, 2007
Euro IV, 2006 Euro V, 2009
Tier 4B, 2014 US 10, 2010 Euro 6, ~2013 Japão 2010
NOx, g/Wh
US 07, 2007
5
Proconve P4
Proconve P5
Proconve P7
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Impacto das regulamentações de emissões para veículos rodoviários nos USA
6
1988
213 kg de MP em 195.000 kms
2007
3,6 kg de MP em 195.000 kms
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De que maneira pode-se reduzir as emissões?
7
● Novos projetos dos motores
● Melhorando a qualidade do combustível (menor teor de “S”)
● Desenvolvendo novas formulações para os óleos de motor
● Introduzindo sistema de pós-tratamento
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Evolução dos Caminhões
8
Fonte: NETZ
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Evolução dos Motores
9
Fonte: NETZ
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Inter-cooling
Maiores pressões de injeção Atraso no ponto de ignição
Turbo alimentação Diesel com
baixo teor de enxofre
Centralização de injetores Novo design de pistões Menor distancia do 1°anel até a cabeça do pistão Pistões
Articulados
Evolução dos Motores Diesel
10
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Evolução do sistema e da pressão de injeção
11
Fonte: NETZ
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Aumento da complexidade x Proconve
12
Fonte: NETZ
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Tecnologias necessárias para atender ao Proconve P7
13
Tecnologia SCR (Rota Européia)
Tecnologia EGR (Rota Americana)
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Duas Rotas Tecnológicas para redução emissões Rota Americana
• Recirculação dos gases de exaustão (EGR)
Combinado com retardo na injeção, reduz temperatura de pico da combustão resultando em baixa emissão de NOx, combustão menos eficiente e alta emissão de particulados que serão reduzidos nos DFP´s (Filtro de particulado de Diesel). Ótimo sistema de injeção e combustão combinado com DOC (Catalisador de Oxidação de Diesel) pode atender Particulados sem DFP.
14
Saída do Turbo
Trocador de Calor
Saída Manifold Válvula EGR
EGR de Alta Pressão
25-35% Mais calor para ser
dissipado pelo coolant
Revestimento (babbit) com severa corrosão
Maior Potencial de
Corrosão
Maior Potencial de
Desgaste dos Mancais
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Duas Rotas Tecnológicas para redução emissões Rota Européia
• Redução Catalítica Seletiva (SCR)
Ótima eficiência de combustão, injeção avançadas, baixa fuligem, boa economia de combustível, baixa emissão de fumaça e particulados, mas alta emissão de NOx que será reduzida no SCR.
15
DPF e SCR
Tanque de Diesel
Tanque de Uréia e Bomba Bosch
Sistema DPF-SCR
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Redução Catalítica Seletiva (SCR)
Tanque de solução de uréia aquosa
1 2
3 4
5 6
T
Indução de ar
Bomba e
injetor
Solução de uréia
atimizada
Catalisador SCR
Resfriado de ar - ar
Catalisador de amônia
C
Turbo
Motor
NO EGR
16
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Material não combustível no DPF em função do consumo de óleo
17
Descarga do Motor
Descarga Limpa
Material não combustível ― Requer limpeza do DPF
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Plano de abastecimento do diesel
18
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Proconve P7 (Euro V): Teor de enxofre de 10 ppm a partir de 2013
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S50
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Novas formulações para os óleos de motor
20
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Onde ocorrem os principais problemas nos motores atuais?
Polimento da Camisa do
Cilindro
Desgaste no turbo-
compressor
Oxidação do Óleo Borra e Fuligem
Desgaste e acúmulo de borra no
trem de válvulas
Depósitos no Pistão
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Efeitos Negativos da Oxidação em Turbo Compressores
G010061
22
Fonte: BorgWarner
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Efeitos Negativos da Fuligem e da Borra no Trem de Válvulas
23
Estes depósitos provocam:
− Deficiência na dissipação de calor e
− Perda de performance do trem-de-válvula
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Efeitos Negativos do acúmulo de depósitos nos pistões
G010061
24
Depósitos nas Canaletas podem causar:
– Desgaste de anéis e camisa – Blowby (nitração do óleo) – Consumo de óleo – Baixa compressão (perda de
força) – Baixa transferência de calor
Depósitos na coroa do pistão podem causar:
– Espelhamento da camisa – Perda de pressão
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Efeitos Negativos da Fuligem e da Borra no Carter
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Óleo de baixa qualidade ou intervalos de troca elevados pode provocar a formação de borra
Entupimento do elemento filtrante
Baixo fluxo de óleo
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Polimento da camisa
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Polimento da camisa devido a excessivo acúmulo de depósitos na parede do pistão também pode causar:
– Elevado consumo de óleo
– Perda de potência (compressão)
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Efeitos Negativos do acúmulo de depósitos nos pistões
G010061
27
Acúmulo de depósitos sob a coroa do pistão reduzem a capacidade de transferência de calor do óleo
Temperaturas mais altas aumenta o acúmulo de depósitos na saia do pistão e canaletas dos anéis de segmento
Acúmulo de depósitos sob a coroa do pistão
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– Maior resistência à oxidação e espessamento
– Maior performance de detergencia e dispersância, inclusive em presença de altos teores de fuligem
– Adequação para trabalhar com intervalos de troca estendidos
– Maior resistência ao cisalhamento
– Menor perda por evaporação
– Maior proteção ao desgaste
– Aditivos com menos metais, Enxofre e Fósforo (low SAPS)
Evolução dos Óleos Lubrificantes
28
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Pacote de Aditivo(15%)
Melhorador de IV(8%)
Óleo Básico (77%)
Óleo de motor
Importância dos óleos básicos no desempenho dos óleos lubrificantes acabados
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– Maior resistência à oxidação e espessamento
– Maior performance de detergencia e dispersância, inclusive em presença de altos teores de fuligem
– Adequação para trabalhar com intervalos de troca estendidos
– Maior resistência ao cisalhamento
– Menor perda por evaporação
– Maior proteção ao desgaste
– Aditivos com menos metais, Enxofre e Fósforo (low SAPS)
Evolução dos Óleos Lubrificantes
30
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Tipos de básicos
31
Grupo II
Grupo III Tecnologia Sintética
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Óleo Básico
Ceras
Desparafinação por solvente
Básicos Grupo I Processo de Extração por Solventes
Processo através da subtração
Remove 50-80% das impurezas através da extração
Remove as ceras por resfriamento
Solventes usados em ambas as etapas
Produz óleos básicos que são perfeitamente adequados a outras aplicações
Solvente
Extr
ator
de
Solv
ente
s
Básico Grupo I
Torre de destilação
a vácuo
Solvente e Aromáticos
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Des
para
finad
or
Cat
alíti
co
Hid
rocr
aque
ador
Básicos Grupo II
Hidroprocessados
Fabricação dos óleos básicos premium - Grupo II e Grupo III com tecnologia Chevron
Reorganiza as moléculas
Converte as ceras em iso-parafinas de alta qualidade
Converte 98-99.99% das impurezas em lubrificantes de alta qualidade
Não utiliza solventes
Permite fabricar os mesmos produtos a partir de diferentes fontes de petróleo
Óleo Básico
Hid
roac
abad
or
Torre de destilação
a vácuo
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Óleos básicos Grupo I, II e III Aromáticos, Enxofre e Nitrogênio
Grupo I Grupo II Grupo III
% peso % wt ppm
Sulfur Enxofre Aromáticos Nitrogênio
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Básicos Grupo I obtidos com processo de remoção de
parafina através de solvente
NEUTRO LEVE
NEUTRO LEVE
NEUTRO PESADO
Básicos Grupo II obtidos com tecnologia Chevron
ISOCRAKING® / ISODEWAXING®
NEUTRO PESADO
Óleos básicos de maior pureza
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36
API CJ-4
Categoria API CJ-4 A Categoria de Óleo para Motor Diesel mais Robusta
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A importância dos requisitos de emissões na evolução das Classificações API para motores diesel
1988 1990
1991 1994
1998 2000
2002
2010 0.80
0.33 0.134
2
6
10
NO
x, g/
kW-H
r
8.05 6.7 6.7
5.4
3.3
1.5
.013
14
14.4
2007
0.27
500-5,000 ppm
500 ppm max 15 ppm max
Teor de enxofre
CE CF-4
CG-4
CH-4 CI-4
CI-4 PLUS
CJ-4
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Os limites químicos da API CJ-4 restringem os tipos de básicos e aditivos utilizados
38
1.0% Cinza Sulfatada
13% Volatilidade 0.12% Fósforo
0.4% Enxofre
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“Ar limpo”
Cinza
O DPF coleta materiais derivados do lubrificante
Detergente e Inibidor
Óleo Básico
Melhor. IV
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A API CJ-4 é uma classificação robusta suportada por 9 testes de motores de comprovação de desempenho
40
*Testado com teores de enxofre mais altos para garantir compatibilidade em motores mais antigos
SAE 10W-30
Cummins ISM
Cummins ISB
Navistar 7.3L
Mack T-11
Cat C-13
Gasoline IIIG
Cat 1N
Mack T-12
*500 ppm
*500 ppm *15 ppm
*15 ppm
*15 ppm
*15 ppm *500 ppm
*500 ppm
*500 ppm GM 6.5L
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Evolução da Carga de Testes de Desempenho das Categorias API para Motores Diesel Pesados
41
NTC400 L-38
1K T7 T6
CF-4
IIIE T9 Foam Shear
HTCBT T8E 1K HEUI
CH-4
M11 RFW 1P
IIIF
T10
Foam Shear HTCBT
M11EGR 1K or 1N
HEUI
T11
RFW
1R
Elastomer Volatility
CI-4 PLUS
NTC400 L-38 1N
IIIE T8
CG-4
CBT RFW
Foam
CJ-4 Chemical Box ISB
T11
Foam Shear HTCBT
ISM 1N
HEUI
T12
RFW
IIIF
Elastomer Volatility
C13
Nív
el d
e D
esem
penh
o
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Resistência a Oxidação
Aeração do Óleo
Estabilidade ao Cizalhamento
Entupimento de Filtro
Depósitos nos Pistões
Corrosão
Borra Desgaste do Trem de Válvulas
Consumo de Óleo
Desgaste de Anéis e Camisas
Disperção de Fuligem
Viscometria do Óleo Usado
Compatibilidade com Sist. Pós-…
CJ-4 CI-4 PLUS CI-4 CH-4 CG-4 CF-4 CF
Comparativo de Desempenho das Categorias API
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43-69
ACEA 2008
Categoria ACEA 2008
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44
Evolução das categorias ACEA
Baixa Emissão
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As novas categorias de performance ACEA E – 2010
45
E9 Motores Baixas Emissões (~ API CJ-4) TBN 7
E7 (~ API CI-4 ou CI-4 Plus) TBN 10
E6 Motores Baixas Emissões e Períodos Super Estendidos de troca TBN 7
E4 Períodos Super Estendidos de troca TBN 12
Categorias E1, E2, E3 e E5 já estão obsoletas
Brasil
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Polimento das camisas
Depósitos no pistão
Corrosão
Desgaste de anéis e camisas
Dispersão de fuligem
Compatível com pós tratamento
Espessamento do óleo (Oxidação)
ACEA E7-08 ACEA E7-04
Comparativo de Desempenho das Categorias ACEA E7-2008 x E7-2004
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Polimento das camisas
Depósitos no pistão
Corrosão
Desgaste de anéis e camisas
Dispersão de fuligem
Compatível com pós tratamento
Espessamento do óleo (Oxidação)
ACEA E9-08 ACEA E7-08
Comparativo de Desempenho das Categorias ACEA E9-2008 x E7-2008
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ISO representa os processos ISOCRACKING® e ISODEWAXING® de fabricação de óleos básicos patenteados pela Chevron.
SYN representa o desempenho que rivaliza com o dos óleos sintéticos que só o URSA com tecnologia ISOSYN proporciona.
Proteção avançada e alta performance que rivaliza com os sintéticos.
Tecnologia ISOSYN ®
Óleos básicos Premium com
tecnologia Chevron
Avançada tecnologia em aditivos (aliada a experiência em
formulação de produtos)
48
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Aditivos podem fazer o seu trabalho por mais tempo quando formulados com tecnologia ISOSYN
49
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10
Visc
osid
ade
@ 1
00°C
, cSt
% Fuligem
CF-4
CG-4
CI-4, Group I
CI-4, Group II
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Tecnologia ISOSYN Dispersantes Premium Maximizam a Vida Útil do Filtro e Minimizam a formação de Borra
50 PR760632-1,2
400 horas em teste 100 horas em teste
Ursa® com
dispersante ISOSYN Produto com dispersante
de fuligem pobre
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Tecnologia ISOSYN Previnem Depósitos nos Pistões
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Ursa® com Tecnologia ISOSYN e Detergentes
Premium
Óleos Convencionais
G010061
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Tecnologia ISOSYN Mínimo desgaste nos mancais
52
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Tecnologia ISOSYN Teste Mack T12 – Maior proteção ao desgaste de camisas e anéis
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Benefícios da Tecnologia ISOSYN A pureza que agrega valor
1. Maior vida útil do motor / Intervalos de troca estendidos – Óleos básicos duram por mais tempo
– Aditivos duram por mais tempo
2. Menor formação de borra 3. Menos corrosão
Em aplicações exigentes, como os óleos Premium multigraus para motores diesel, os produtos só podem ser formulados com óleos básicos grupos II, II+ ou III.
54
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Produtos Texaco com ISOSYN
55
Ursa Premium TDX SAE 15W-40 (API CI-4 & ACEA E7-08)
– Supera os óleos minerais Grupo I e II do mercado
Ursa Ultra LE SAE 10W-30 (API CJ-4 & ACEA E9-08)
– Rivaliza com os os sintéticos e semi-sintéticos
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Ursa Premium TDX SAE 15W-40 API CI-4 / ACEA E7 com Tecnologia ISOSYN® Ursa Premium TDX SAE 15W40 sempre foi um campeão das
estradas e um dos mais consagrados lubrificantes para motores diesel do mercado brasileiro, e agora com a tecnologia ISOSYN® supera as exigências dos novos motores quando requerido óleos da especificação API CI-4 e ACEA E7-08.
Ursa Premium TDX com tecnologia ISOSYN®, quando comparado com lubrificantes da mesma categoria de serviço API CI-4 produzidos com básicos e tecnologia convencionais proporciona:
– Menor desgastes de motores – Menor consumo de lubrificante pela utilização de básicos
menos voláteis, reduzindo a evaporação a altas temperaturas
– Melhor retenção de TBN
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Ursa Premium TDX SAE 15W-40 API CI-4 / ACEA E7 com Tecnologia ISOSYN®
Novas especificações (“claims”) para o Ursa Premium TDX
CAT ECF-2
Passa no rigoroso teste de motor CAT C 13 (que avalia principalmente a formação de depósitos nos pistões e a vida do óleo lubrificante)
ACEA E7-08
Passa no teste de resistência a oxidação induzida PDSC (que tem o dobro de requerimento da versão ACEA anterior)
Passa nos novos testes de motores definidos na versão 2008, que são mais representativos do mercado
57
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Ursa Ultra LE SAE 10W-30 API CJ-4 / ACEA E9 com Tecnologia ISOSYN®
58
Porque Ursa Ultra LE?
LE vem da sigla Low Emission, baixa emissão de poluentes.
Para atender as novas normas de emissões da Europa e América do Norte os lubrificantes necessitam ter uma formulação com baixos teores de fósforo, cinzas e enxofre para NÃO atacar os catalisadores.
Preferencialmente recomendado para os motores EURO V, com SCR ou EGR, que foram lançados no início de 2012 no Brasil para atender a legislação de emissão de gases (Proconve 7) para caminhões e ônibus.
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Desenvolvido para ser utilizado em motores equipados com EGR, DPF e SCR
Testes de campo realizados nos EUA em 8 estados e utilizando várias marcas de caminhões mostraram que URSA ULTRA LE SAE 10W30 API CJ-4 quando comparado com sua versão no grau SAE 15W40, que ambos apresentam os mesmos níveis de proteção ao desgaste metálico
Ursa Ultra LE SAE 10W-30 proporciona economia de combustível até 1,0 % se comparado a óleos SAE 15W-40
Facilita a otimização e/ou extensão dos períodos de troca devido ao seu superior desempenho
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Ursa Ultra LE SAE 10W-30 API CJ-4 / ACEA E9 com Tecnologia ISOSYN®
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Ursa Ultra LE SAE 10W-30 x SAE 15W-40 Até 1% de economia de combustível
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Grau de Viscosidade
% de Economia de Combustível Relativo a um SAE 15W-40
0%
1.0%
Teste de ciclo de Emissões 13 Pontos Teste de Motor em Dinamômetro Volvo D12D
Precisão do Teste + 0.2%
60
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Ursa® Premium TDX SAE 15W-40 API CI-4 /ACEA E7
– Certificado
• API CI-4 (Licenciado) • ACEA E7-08
– Aprovado • Mercedes Benz 228.3 • Volvo VDS-3
– Atende • Caterpillar ECF-2 • Cummins CES 20078 • MAN M3275 & 271 • MTU categ. 2
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Ursa® Ultra LE SAE 10W-30 API CJ-4 /ACEA E9 1.0% de Cinza Sulfatada
– Certificado • API CJ-4, CI-4 Plus, CI-4, SM (licenciado), • ACEA E9-08
– Atende • Caterpillar ECF-3, ECF-2 • Cummins CES 20081 • MAN 3575 • Mercedes Benz 228.31 (*) • Volvo VDS-4 • MTU categ. 2.1
(*) Aprovações em andamento
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Motores Euro V (Proconv P7) no Brasil...
DPF SCR EGR Agrale Sim Ford Sim MAN / Volkswagen Sim (*) Sim
(Cummins/MAN D026) Sim (MAN D08)
Mercedes Sim (**) Sim Scania Sim Volvo Sim
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(*) A Amarok diesel requer um produto especifico Low SAPS
(**) A nova Sprinter com o motor OM651 com DPF (filtro de particula) deve ser abastecido exclusivamente com óleos lubrificantes classe MB 228.51 ou 229.51
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Recomendações dos fabricantes no Brasil para frota com motores Euro V (Proconve P7)
Agrale : API CI-4 (para motores MWM)
Ford: API CI-4 (apenas motores Cummins)
MAN: API CI-4 (para motores Cummins/MWM)
Mercedes: MB 228.3 + API CI-4 Plus (Sendo definido. Ainda não foi divulgada qualquer carta de informação a respeito)
Volvo: ACEA E7 (para 3 tipos de motores)
Scania: ACEA E7
64
E7-08 Issue 2
A maioria de motores c/ EGR A maioria das unidades SCR sem DPF
API CI-4 or CI-4 Plus
MB 228.3 TBN Min 8
CAT ECF 2 MAN 3275
Cummins 20078 MTU Categ 2
Volvo VDS-3
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Recomendação Chevron para frota brasileira
Ursa® Premium TDX SAE 15W-40 Todos os motores Euro III e a
maioria dos motores Euro V
Foco em:
– Diesel > 500 ppm
– Durabilidade
– Intervalos de drenagem estendida
Ursa® Ultra LE SAE 10W-30 Crítica para motores Euro V
(produzidos em 2012 - principalmente equipado com DPFs)
Recomendado para todos os motores usando diesel < 50 ppm
Foco em:
– Economia de combustível
– Durabilidade do catalisador & DPF
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Para onde estamos caminhando…
SAE Grade
Padrões de Emissão US-2010 / US Tier 4 / Euro VI / Japão 2009
% Biodiesel
Mesmo Sistema de pós-tratamento
Grupo API II/III
Caixa química de óleo do motor
Diesel de Ultra baixo % enxofre
66
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Duvidas…?
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Família Ursa® Proteção Total para o seu Caminhão