Cosa impedisce a un motore di distruggersi?

Migliaia di giri al minuto, temperature elevate e parti metalliche in continuo movimento. Come può un motore funzionare per centinaia di migliaia di chilometri senza distruggersi? Quando avviamo un’automobile compiamo un gesto semplicissimo. Dietro quel gesto, però, comincia un’attività meccanica straordinariamente intensa. Pistoni, bielle, albero motore, cuscinetti, alberi a camme e valvole entrano in movimento. In pochi secondi alcune parti raggiungono velocità elevate, mentre combustione e attrito producono calore. Perché, allora, il motore non si distrugge? Una parte fondamentale della risposta è qualcosa che normalmente non vediamo: il lubrificante.

Una pellicola invisibile

Le superfici metalliche che a occhio sembrano perfettamente lisce presentano, su scala microscopica, numerose irregolarità. Quando due superfici scorrono una sull’altra, queste asperità possono interagire generando attrito, calore e usura. Uno dei compiti principali della lubrificazione è proprio quello di separare le superfici attraverso un sottilissimo film di lubrificante, riducendo il contatto diretto e, di conseguenza, attrito e usura. Ma all’interno del motore non esiste un’unica condizione di lavoro. Un cuscinetto dell’albero motore, il contatto tra camma e organo comandato e il sistema pistone-fasce-cilindro sono sottoposti a movimenti, pressioni e velocità differenti. Per questo esistono diversi regimi di lubrificazione. In alcune condizioni il film d’olio riesce a separare completamente le superfici; in altre diventa molto più sottile e le asperità possono arrivare a interagire. Temperatura, velocità, pressione, geometria dei componenti e viscosità del lubrificante determinano ciò che accade in quello spazio microscopico.

L’attrito costa energia

L’attrito non provoca soltanto usura: assorbe anche una parte dell’energia prodotta dal motore. La sua riduzione è quindi da decenni uno degli obiettivi della ricerca nel settore automobilistico. Un ruolo importante è svolto dal gruppo pistone-cilindro. Il comportamento del film d’olio tra pistone, fasce e cilindro influisce infatti sulle perdite per attrito e, di conseguenza, sull’efficienza del motore. Ridurre l’attrito, però, non significa semplicemente utilizzare un olio il più “scorrevole” possibile. Il lubrificante deve mantenere caratteristiche adeguate alle condizioni di funzionamento previste dal costruttore e proteggere le superfici. È una questione di equilibrio.

Non è solo una questione di lubrificazione

L’olio motore svolge infatti più funzioni contemporaneamente. Riduce attrito e usura, contribuisce al trasferimento del calore, protegge le superfici dalla corrosione e deve mantenere le proprie caratteristiche in condizioni operative molto diverse. Gli oli moderni, quindi, non sono semplicemente “olio”: sono formulazioni nelle quali olio base e additivi vengono studiati per garantire determinate prestazioni.

La scienza dell’attrito

Tutto questo rientra nella tribologia, la disciplina che studia l’interazione tra superfici in movimento e, in particolare, attrito, usura e lubrificazione. È una scienza presente praticamente ovunque esista una macchina: automobili, turbine, cuscinetti, ingranaggi e sistemi industriali dipendono tutti, in qualche misura, dal controllo di questi fenomeni. La prossima volta che un motore gira tranquillamente davanti a noi, possiamo quindi pensare a ciò che accade al suo interno. Tra due superfici metalliche, separate da uno spazio quasi invisibile, si gioca una parte importante della vita del motore. E in quello spazio, spesso invisibile, lavora il lubrificante.