As novas tecnologias de motores diesel para atender

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
© 2011 Chevron
Tópicos
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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2
Qual a principal preocupação nas grandes
cidades?
Emissões Nocivas ao Meio-Ambiente
(NOx e Material Particulado)
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3
Emissões de Particulados
 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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4
Norma de emissões
US, Europa & Japão x Proconve
Material Particulado g/kWh
0.14
Euro II, 1996
US 02, 2002
0.12
0.10
Euro III, 2002
0.08
Proconve
P7
0.06
0.04
Proconve
P5
Japão, 2007
0.02
Euro V, 2009
US 07, 2007
0.00
0
1.0
Euro IV, 2006
2.0
Tier 4B, 2014
US 10, 2010 Euro 6, ~2013
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Proconve
P4
3.0
4.0
NOx, g/Wh
5.0
6.0
7.0
Japão 2010
5
Impacto das regulamentações de emissões para
veículos rodoviários nos USA
1988
2007
213 kg de MP em
195.000 kms
3,6 kg de MP
em 195.000 kms
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6
De que maneira pode-se reduzir as emissões?
● 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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7
Evolução dos Caminhões
Fonte: NETZ
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8
Evolução dos Motores
Fonte: NETZ
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9
Evolução dos Motores Diesel
Turbo alimentação
Diesel com
baixo
teor de enxofre
Maiores pressões
de injeção
Atraso no ponto
de ignição
Intercooling
Centralização de
injetores
Novo design de
pistões
Pistões
Articulados
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Menor distancia
do 1°anel até a
cabeça do pistão
10
Evolução do sistema e da pressão de injeção
Fonte: NETZ
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11
Aumento da complexidade x Proconve
Fonte: NETZ
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12
Tecnologias necessárias para atender ao
Proconve P7
Tecnologia SCR (Rota Européia)
Tecnologia EGR (Rota Americana)
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13
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
Válvula EGR
Saída Manifold
Saída do Turbo
injeção e combustão
combinado com DOC
(Catalisador de Oxidação
de Diesel) pode atender
Particulados sem DFP.
Trocador de
Calor
EGR de Alta Pressão
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Maior
Potencial de
Corrosão
25-35%
Mais calor
para ser
dissipado
pelo coolant
Maior
Potencial de
Desgaste dos
Mancais
Revestimento
(babbit) com
severa
corrosão
14
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.
Tanque de
Diesel
Tanque de Uréia
e Bomba Bosch
Sistema
DPF-SCR
DPF e SCR
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15
Redução Catalítica Seletiva (SCR)
Indução de ar
Tanque de
solução de
uréia
aquosa
NO EGR
Resfriado de ar - ar
Bomba e
1
injetor
Turbo
C
2
T
3
Solução de
uréia
atimizada
4
5
6
Motor
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Catalisador
SCR
Catalisador de
amônia
16
Material não combustível no DPF em função do
consumo de óleo
Descarga
do Motor
Descarga
Limpa
Material não
combustível ―
Requer limpeza do
DPF
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17
Plano de abastecimento do diesel
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18
Proconve P7 (Euro V): Teor de enxofre de 10 ppm a
partir de 2013
S50
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19
Novas formulações para os óleos de motor
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20
Onde ocorrem os principais problemas nos
motores atuais?
Desgaste no
turbocompressor
Desgaste e acúmulo
de borra no
trem de válvulas
Polimento da
Camisa do
Cilindro
Depósitos no
Pistão
Oxidação do Óleo
Borra e
Fuligem
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21
Efeitos Negativos da Oxidação em
Turbo Compressores
Fonte: BorgWarner
G010061
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22
Efeitos Negativos da Fuligem e da Borra no
Trem de Válvulas
 Estes depósitos provocam:
− Deficiência na dissipação de
calor e
− Perda de performance do
trem-de-válvula
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23
Efeitos Negativos do acúmulo de depósitos
nos pistões
 Depósitos na coroa do pistão
podem causar:
– Espelhamento da camisa
– Perda de pressão
 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
G010061
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24
Efeitos Negativos da Fuligem e da Borra no
Carter
 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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25
Polimento da camisa
 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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26
Efeitos Negativos do acúmulo de depósitos
nos pistões
Acúmulo de depósitos
sob a coroa do pistão
 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
G010061
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27
Evolução dos Óleos Lubrificantes
– 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)
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28
Importância dos óleos básicos no desempenho
dos óleos lubrificantes acabados
Óleo de motor
Pacote de
Aditivo(15%)
Óleo Básico
(77%)
Melhorador
de IV(8%)
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29
Evolução dos Óleos Lubrificantes
– 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)
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30
Tipos de básicos
Grupo II
Grupo III
Tecnologia
Sintética
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Básicos Grupo I
Processo de Extração por Solventes
Solvente e
Aromáticos
Extrator de
Solventes
Torre de
destilação
a vácuo
Desparafinação
por solvente
Óleo
Básico
Ceras
Solvente
Básico
Grupo I

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
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Hidroacabador
Desparafinador
Catalítico
Torre de
destilação
a vácuo
Hidrocraqueador
Fabricação dos óleos básicos premium - Grupo II e
Grupo III com tecnologia Chevron
Básicos
Grupo II
Hidroprocessados
Óleo
Básico

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
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Óleos básicos Grupo I, II e III
Aromáticos, Enxofre e Nitrogênio
% peso
% wt
Aromáticos
Grupo I
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ppm
Enxofre
Sulfur
Grupo II
Nitrogênio
Grupo III
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Óleos básicos de maior pureza
NEUTRO
LEVE
NEUTRO
PESADO
Básicos Grupo I obtidos com
processo de remoção de
parafina através de solvente
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NEUTRO
LEVE
NEUTRO
PESADO
Básicos Grupo II obtidos com
tecnologia Chevron
ISOCRAKING® / ISODEWAXING®
35
Categoria API CJ-4
A Categoria de Óleo para Motor Diesel mais Robusta
API
CJ-4
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36
A importância dos requisitos de emissões na
evolução das Classificações API para motores diesel
14.4
14
8.05
NOx, g/kW-Hr
6.7 6.7
10
5.4
3.3
6
1988
1990
1991
1.5
2
1994
0.27
CF-4
1998
.013
0.134
0.33
2000
2002
2010
CI-4
PLUS
CJ-4
CG-4
CH-4
2007
0.80
CE
CI-4
Teor de enxofre
500-5,000 ppm
500 ppm max
15 ppm max
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Os limites químicos da API CJ-4 restringem os
tipos de básicos e aditivos utilizados
1.0% Cinza Sulfatada
13% Volatilidade
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0.4% Enxofre
0.12% Fósforo
38
O DPF coleta materiais derivados do lubrificante
“Ar limpo”
Melhor.
IV
Detergente e
Inibidor
Cinza
Óleo Básico
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39
A API CJ-4 é uma classificação robusta suportada por 9
testes de motores de comprovação de desempenho
*500 ppm
Cummins
ISM
GM
6.5L
Mack T-12
*500 ppm
*15 ppm
Cat 1N
Cat C-13
SAE
10W-30
*500 ppm
*500 ppm
*15 ppm
Navistar
7.3L
*Testado com teores de
enxofre mais altos para
garantir compatibilidade
em motores mais antigos
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*15 ppm
Cummins
ISB
*500 ppm
Mack
T-11
*15 ppm
Gasoline
IIIG
40
Evolução da Carga de Testes de Desempenho das
Categorias API para Motores Diesel Pesados
Volatility
RFW
Chemical Box
IIIF
Elastomer
RFW 1K or 1N
1R
T10
T11
M11EGR
IIIF
HEUI HTCBT Shear
C13
1N
HTCBT
RFW
Shear Foam T9
M11
IIIE
HEUI 1K T8E HTCBT
CH-4
CBT
RFW
Foam
1N
L-38
T8
IIIE
NTC400
CG-4
1K
T6
ISM
Shear
T12
ISB
Foam
CJ-4
Foam
CI-4
PLUS
1P
T11
Nível de Desempenho
Volatility
HEUI
Elastomer
T7
L-38 NTC400
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CF-4
41
Comparativo de Desempenho das Categorias API
CJ-4
CI-4 PLUS
CI-4
CH-4
CG-4
CF-4
CF
Resistência a
Oxidação
Compatibilidade
com Sist. Pós-…
Aeração do Óleo
Viscometria do
Óleo Usado
Estabilidade ao
Cizalhamento
Disperção de
Fuligem
Entupimento de
Filtro
Desgaste de Anéis
e Camisas
Depósitos nos
Pistões
Consumo de Óleo
Desgaste do Trem
de Válvulas
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Corrosão
Borra
42
Categoria ACEA 2008
ACEA
2008
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43-69
Evolução das categorias ACEA
Baixa Emissão
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44
As novas categorias de performance ACEA E – 2010
E9
Motores Baixas
Emissões
(~ API CJ-4)
TBN 7
E6
Motores Baixas Emissões e
Períodos Super Estendidos de
troca
TBN 7
Brasil
E7
(~ API CI-4 ou
CI-4 Plus)
TBN 10
E4
Períodos Super
Estendidos de troca
TBN 12
Categorias E1, E2, E3 e E5 já estão obsoletas
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45
Comparativo de Desempenho das Categorias ACEA
E7-2008 x E7-2004
ACEA E7-08
ACEA E7-04
Polimento das
camisas
Espessamento do
óleo (Oxidação)
Compatível com
pós tratamento
Dispersão de
fuligem
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Depósitos no
pistão
Corrosão
Desgaste de
anéis e camisas
46
Comparativo de Desempenho das Categorias ACEA
E9-2008 x E7-2008
ACEA E9-08
ACEA E7-08
Polimento das
camisas
Espessamento do
óleo (Oxidação)
Compatível com
pós tratamento
Dispersão de
fuligem
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Depósitos no
pistão
Corrosão
Desgaste de
anéis e camisas
47
Tecnologia ISOSYN ®
ISO representa os processos ISOCRACKING® e ISODEWAXING®
fabricação de óleos básicos patenteados pela Chevron.
de
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.
Óleos básicos
Premium com
tecnologia Chevron
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Avançada tecnologia em
aditivos (aliada a
experiência em
formulação de produtos)
48
Aditivos podem fazer o seu trabalho por mais
tempo quando formulados com tecnologia ISOSYN
80
Viscosidade @ 100°C, cSt
CF-4
70
CI-4, Group I
60
50
CG-4
40
CI-4, Group II
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
% Fuligem
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49
Tecnologia ISOSYN
Dispersantes Premium Maximizam a Vida Útil do Filtro e
Minimizam a formação de Borra
Ursa® com
dispersante ISOSYN
400 horas em teste
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PR760632-1,2
Produto com dispersante
de fuligem pobre
100 horas em teste
50
Tecnologia ISOSYN
Previnem Depósitos nos Pistões
Ursa® com Tecnologia
ISOSYN e Detergentes
Premium
Óleos Convencionais
G010061
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51
Tecnologia ISOSYN
Mínimo desgaste nos mancais
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52
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.
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Produtos Texaco com ISOSYN
 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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55
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
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57
Ursa Ultra LE SAE 10W-30 API CJ-4 / ACEA E9
com Tecnologia ISOSYN®
 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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58
Ursa Ultra LE SAE 10W-30 API CJ-4 / ACEA E9
com Tecnologia ISOSYN®
 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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59
Ursa Ultra LE SAE 10W-30 x SAE 15W-40
Até 1% de economia de combustível
% de Economia de Combustível Relativo a um SAE 15W-40
Teste de ciclo de Emissões 13 Pontos
Teste de Motor em Dinamômetro Volvo D12D
Precisão do Teste + 0.2%
1.0%
0%
Grau de Viscosidade
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60
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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61
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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62
Motores Euro V (Proconv P7) no Brasil...
DPF
SCR
Agrale
Sim
Ford
Sim
EGR
MAN / Volkswagen
Sim (*)
Sim
Sim
(Cummins/MAN D026) (MAN D08)
Mercedes
Sim (**)
Sim
Scania
Sim
Volvo
Sim
(*) 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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63
Recomendações dos fabricantes no Brasil para
frota com motores Euro V (Proconve P7)
E7-08
Issue 2
API
CAT
Cummins
A maioria de motores c/ EGR
A maioria das unidades SCR sem
DPF
CI-4 or
CI-4 Plus
MB
ECF 2
MAN
20078
MTU
228.3
TBN Min 8
3275
Categ 2
Volvo VDS-3
 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
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64
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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65
Para onde estamos caminhando…
Diesel de Ultra
baixo % enxofre
Grupo API
II/III
SAE
Grade
% Biodiesel
Padrões de
Emissão
US-2010 /
US Tier 4 / Euro
VI / Japão 2009
Caixa química de
Mesmo Sistema
óleo do motor
de pós-tratamento
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66
Duvidas…?
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67
Família Ursa® Proteção Total para o seu Caminhão
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