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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?

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● 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

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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.

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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

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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

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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

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Tipos de básicos

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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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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

39

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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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Evolução das categorias ACEA

Baixa Emissão

http://digiads.com.au/car-news/latest-OBVIO-news/2007_Obvio_012_Flexfuel_Electric_200706.html�

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As novas categorias de performance ACEA E – 2010

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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

47

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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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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

62

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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

63

(*) 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

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