Paliwa i oleje

Nagar oglądają przez mikroskop. Nie wyłączają silnika przez 5 dni, spalają w tym czasie 3 tysiące litrów paliwa, a potem przyglądają się głowicy, tłokom, cylindrom. I powtarzają test, tylko z innym środkiem smarnym w silniku. Podgrzewają i schładzają olej, a potem badają jego lepkość. Pasjonaci motoryzacji? Pewnie też, ale przede wszystkim to ich praca. Mieliśmy okazję zwiedzić Centrum Badań i Rozwoju Castrol w Pangbourne i porozmawiać z pracującymi w nim inżynierami.

Tutaj testuje się oleje, wytwarza nowe (krótkie serie próbne), ale przede wszystkim stawia czoła wyzwaniom współczesnej motoryzacji.
– Tak rozumiemy rolę lidera rynku i pioniera technologii, którymi się czujemy. Współpracujemy z producentami samochodów, bo bez tego nie uda się stworzyć dobrych olejów silnikowych. Przy czym współpraca ta nie polega na tym, że koncerny samochodowe coś nam narzucają. Wspólnie opracowujemy technologie – opowiada Paul Beasley, ekspert z centrum w Pangbourne.
Rozwiązania te muszą sprawdzić się w silnikach, które z kolei spełniają szereg teoretycznie wykluczających się wymogów. Są wytyczne środowiskowe, są restrykcje prawne, ale są też oczekiwania kierowców. Efekt to mniejsze silniki (ochrona środowiska), ale z turbodoładowaniem, bo kierowcy nie godzą się na utratę mocy. Dlatego w wielu miejscach współczesnych silników, na przykład na wałku rozrządu, olej musi wytrzymać ciśnienie rzędu nawet 10 ton na centymetr kwadratowy.
– Mówi się, że w ciągu ostatnich 30 lat ciśnienie w silniku wzrosło niemal dwukrotnie. Nie zmieniło się natomiast to, że olej to jedyna składowa silnika, która pracuje ze wszystkimi innymi – dodaje Paul Beasley.
Pozycję lidera rynku, o której kilkakrotnie wspominali goszczący nas w Pangbourne, potwierdzają liczby: 75 milionów użytkowników na świecie w 120 krajach, 7,5 tysiąca pracowników i 25 fabryk. Wreszcie – 38 miliardów litrów oleju zużywanych rocznie.
Centrum Badań i Rozwoju w Pangbourne to największy, ale nie jedyny taki ośrodek Castrola na świecie.
– Jest ich siedem, pozostałe są m.in. w USA, Niemczech, Japonii. Ten, w którym jesteśmy, zatrudnia 700 osób, z czego połowa to wysoko wykwalifikowana kadra techniczna – mówił nam Dave Taylor, koordynator ds. relacji z klientami Centrum Badań i Rozwoju Castrol w Pangbourne.

Silnik pod ciągłą obserwacją
W laboratoriach oglądamy dziesiątki pracujących silników, podpiętych pod system kontroli niczym pacjent w trakcie badania EKG. Inżynierowie nie tylko obserwują poszczególne parametry, ale przede wszystkim regulują obciążenia dla silnika. Zmieniają prędkość, temperaturę i oczywiście olej. W laboratoriach sprawdzane są klasa lepkości w różnych temperaturach, spienianie oleju, a także odporność na tzw. ścinanie. Podczas testów silnikowych kontroluje się czystość silnika, zachowanie pierścieni i tłoków, ekonomię paliwową.
Jednym z testów jest HTHS (High Temperature, High Shear). Test ten, przeprowadzany w temperaturze 150°C, ma dać odpowiedź na pytanie o lepkość oleju w ekstremalnych warunkach. Olej nie może być ani za gęsty (bo to ogranicza jego smarność), ani za rzadki, bo film olejowy zapobiegający tarciu nie będzie trwały.
Kolejne przeprowadzane badanie dotyczy tzw. zjawiska LSPI (Low-speed pre-ignition), czyli nagłego, bardzo wysokiego ciśnienia w cylindrach, które może skutkować nawet uszkodzeniem tłoków, pierścieni czy korbowodów. Ciśnienie rośnie po przedwczesnym zapłonie mieszanki paliwowo-powietrznej. Zapłon ten powinien pojawić się w ściśle określonym momencie cyklu.
– Niektórzy producenci olejów dopiero przygotowują się do badania tego zjawiska i korelacji z olejem silnikowym. My ten związek sprawdzamy od dawna. Wiemy, że olej poprzez swoje niektóre składniki może minimalizować ryzyko LSPI, a jeśli do niego dojdzie, może ograniczać skutki – opowiada Paul Beasley.
W Pangbourne działa pracownia, gdzie przez mikroskop oglądany jest nagar pobrany z silnika, który pracował na różnych olejach. W innym miejscu widzimy jedyne na świecie urządzenie, warte milion dolarów, które pozwala przyjrzeć się składnikom oleju z naprawdę bliska. Maszyna umożliwia obejrzenie każdego elektronu w związkach chemicznych. W tym samym pokoju, tuż obok, miejsce, gdzie sprawdzane jest zachowanie poszczególnych składników środków smarnych po podgrzaniu ich do... 10 tysięcy stopni Celsjusza. W innym miejscu sprawdzamy razem z przewodnikiem, w jaki sposób temperatura 40°C, a w jaki 100°C wpływa na lepkość oleju. Zaglądamy jeszcze do pracowni, gdzie wytwarzane są oleje. I to dosłownie. Starannie wyselekcjonowane i przebadane składniki są mieszane właśnie tutaj. Oczywiście nie jest to produkcja masowa. Tu powstają krótkie serie próbne. Niektóre oleje trafiają do kosza, inne do dalszych badań. Te najlepsze – za jakiś czas do silników samochodowych.
– Rzeczywiście jest tu mnóstwo bardzo nowoczesnego sprzętu, innowacji i technologii. Największym kapitałem tego miejsca są jednak inżynierowie – podkreśla Dave Taylor.

Dostępne na rynku
Zaprojektowane i przetestowane oleje trafiają na rynek.
– Kilka lat temu najniższą dostępną klasą oleju było 0W-20, dziś jest to 0W-8 – opowiada Paul Beasley.
Na rynku dostępne są dwie główne kategorie olejów Castrol: Castrol Edge i Castrol Magnatec.
– Nasze najmocniejsze, najbardziej zaawansowane oleje silnikowe zmieniają swoją strukturę wskutek rosnącego ciśnienia – podkreśla Paul Beasley, rozpoczynając prezentację pierwszej serii produktów. Castrol Edge to olej klasy premium, który z założenia ma odpowiadać na wspomniany już problem wysokiego ciśnienia w coraz mniejszych silnikach. Ale nie tylko. – Wyższe i zmieniające się ciśnienie to wyzwanie dla oleju silnikowego. Oleje z serii Castrol Edge dostosowują swoją strukturę do danej sytuacji, dlatego możemy mówić o inteligentnych olejach. Inaczej obciążony jest silnik przy dynamicznej jeździe, a inaczej podczas oczekiwania w korku czy przy jeździe ekonomicznej. To gwarancja odpowiedniej wytrzymałości przy dużych obciążeniach, ale jednocześnie tarcia zmniejszonego o 15% i lekkiej pracy wtedy, kiedy jest to możliwe, co przekłada się na niższe spalanie paliwa. W produktach tych używamy też technologii Titanium FST, która podwaja trwałość filmu olejowego. Wytrzymałość oleju budują metaloorganiczne polimery tytanu. 
Na konferencji zapowiedziano, na razie bez szczegółów, że w przyszłym roku w serii Castrol Edge pojawi się kolejny nowy produkt.
75% zużycia silnika następuje podczas jego rozruchu i rozgrzewania. Odpowiedź na pytanie, jak zabezpieczyć ten moment, była inspiracją do produkcji olejów serii Castrol Magnatec.
– Specjalna technologia inteligentnych molekuł zabezpiecza elementy silnika za każdym razem, kiedy kierowca rusza. To idealny olej do wielkomiejskich korków – opowiada Paul Beasley. – Molekuły tworzą warstwę ochronną w miejscach największych obciążeń w silniku. Warstwa ta, i to jest w tym produkcie najciekawsze, nie spływa po wyłączeniu silnika. Molekuły odbudowują warstwę, w miejsce starych wchodzą nowe.

Castrol w motorsporcie
Obecność marki w Formule 1 to nie tylko dbałość o wizerunek i cele marketingowe. Na podstawie zebranych tu doświadczeń inżynierowe Castrol opracowują oleje dostępne dla zwykłych kierowców.
– Formuła 1 to tak naprawdę wyścig inżynierów. W tych wyścigach tak samo jak moc silnika ważna jest ich wytrzymałość – mówi Will Pickford, technolog Castrol. Na rynku dostępny jest olej Castrol Edge Supercar w trzech klasach: 0W-20, 5W-50 i 10W-60. To produkt dedykowany mocnym, sportowym silnikom.
Olej 0W-20 ma m.in. aprobatę do stosowania w samochodach Aston Martin DB11. Castrol deklaruje tu niski poziom pienienia i redukcję osadów, co przekłada się na szybszą reakcję silnika na gaz. Kolejny produkt, 10W-60, jest zatwierdzony do stosowania w modelach BMW M, silnikach Koenigsegg oraz w modelach takich jak Aston Martin V8 Vantage S, Bugatti Chiron czy Ferrari FF.

Tekst i fot. Piotr Łukaszewicz