Oprócz paliwa niezbędny do pracy silnika jest olej silnikowy. Oto jego krótka historia.
Koło i tarcie
Kiedy tylko człowiek odkrył koło i przytwierdził je do czegoś, co stało się pierwszym na świecie wózkiem, szybko zauważył, że w swobodnym poruszaniu się przeszkadza mu tarcie. Kręcące się elementy (koła) napotykały na spory opór, który należało jakoś wyeliminować lub zmniejszyć. Z pomocą przyszły tłuszcze zwierzęce, a później roślinne, pozwalające owo tarcie minimalizować.
Prawdziwą rewolucją było zastąpienie tłuszczów ropą naftową, która znacznie lepiej sprawdzała się w roli środka smarnego dla różnego rodzaju urządzeń. Taki sposób jej wykorzystania jest pomysłem Amerykanina, dr Johna Ellisa, który w 1866 roku prowadził badania nad możliwością wykorzystania ropy naftowej w medycynie. Nie odkrył żadnego takiego zastosowania, ale zainteresowały go jej właściwości smarne. Postanowił skoncentrować swoje badania na stworzeniu z niej substancji, która mogłaby służyć do smarowania silników parowych.
Silniki parowe
Efektem jego prac był smar, powstały z połączenia ropy oraz tłuszczów zwierzęcych i roślinnych. Najważniejszą cechą tej substancji była odporność na wysokie temperatury, której brak był największym problemem dotychczas stosowanych rozwiązań. Tak powstały środek przyczynił się do znaczącego wzrostu popularności i osiągów silników parowych oraz pojazdów, które napędzały.
Znaleźć go można było również w pierwszych automobilach, w których jego działanie, choć korzystne, dawało… zróżnicowane efekty. Działo się tak dlatego, że każdy z producentów stosował olej stworzony według własnej receptury, a te często pozostawiały wiele do życzenia.
Skala lepkości
W miarę upływu lat coraz bardziej paląca stawała się potrzeba stworzenia wysokiej jakości, zestandaryzowanego środka smarnego. Zajęło się tym w latach 30. XX wieku Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacji (SAE), które badało zachowanie różnych olejów przy temperaturze 100 st. C. Powstała w ten sposób skala ocen lepkości, zawierająca się w przedziale 10-50, gdzie 30 uznano za wartość wystarczającą do zwykłych zastosowań w tamtym okresie.
Prawdziwy test dla zestandaryzowanych olejów przyszedł w czasie II wojny światowej, podczas której szczególnie wymagające były silniki samolotów. Ze względu na spore moce, jakie osiągały, wymagały najbardziej wytrzymałego oleju, a więc o oznaczeniu 50. Stosowanie oleju i tej lepkości kusiło także producentów samochodów i powojenne modele mogły pochwalić się zdecydowanie lepszymi osiągami niż ich starsi kuzyni, ale był jeden problem. Otóż olej, który zachowywał swoje właściwości smarne przy 100 st. C, stawał się niezwykle gęsty przy temperaturze 0 st. C, uniemożliwiając uruchomienie silnika. Prowadziło to do sytuacji, w której właściciele aut musieli wymieniać olej zależnie od pory roku.
Z pomocą przyszły jednak firmy zajmujące się tworzeniem plastików. Prowadziły one badania nad petrochemikaliami, które doprowadziły do stworzenia polimerów. Były wśród nich takie, które poprawiały gęstość smaru w wysokich temperaturach, ale nie zmieniając jego właściwości w niższych. Przez ich dodanie można było więc sprawić, że olej o lepkości 30, przy wysokich temperaturach, zachowywał się jak ten o lepkości 50.
Odkrycie to stanowiło kolejny przełom na drodze ku olejom, jakie obecnie znamy, a także spowodowało powstanie dodatkowego oznaczenia z literą „w” (od „winter” – „zima”). Taka ocena zawierała się w przedziale od 25w (zachowanie właściwości do -5 st. C) do 0w (poniżej -30 st. C). Od tego momentu oznaczenia składają się z dwóch członów (przykładowo „10w40”) informujących o temperaturach, w których olej zapewni odpowiednią ochronę dla silnika.
Pierwszy olej syntetyczny i półsyntetyczny
Sytuacja na rynku miała jednak charakter dynamiczny i rosły wymagania odnośnie oleju. Silniki były coraz mocniejsze i bardziej wydajne, potrzebowały więc lepszego środka smarnego. Z pomocą przyszły niedawno odkryte poliolefiny, czyli rodzaj polimerów zawierających węgiel i wodór. Użycie ich, jako bazy olejowej, pozwalało stworzyć środek smarny, który charakteryzował się lepszą ochroną silnika i odprowadzaniem ciepła, zachowywał swoje właściwości w większym zakresie temperatur, a także wolniej się starzał. Tak powstał pierwszy olej syntetyczny.
Jego zastosowanie w bolidach Formuły 1 z lat 70. umożliwiło pracę silników na znacznie wyższych obrotach (nawet ponad 10 tys. obr./min.) oraz pozwoliło na zmniejszenie ilości potrzebnego oleju, a w konsekwencji wielkości jego chłodnicy.
Nowy rodzaj środka smarnego trafił również do zwykłych samochodów, ale zauważalnie różnił się on od tego znanego z motorsportu. Ponieważ silniki aut poruszających się po drogach pracowały w o wiele mniej ekstremalnych warunkach, niż ma to miejsce w Formule 1, mineralne oleje wzbogacono poliolrfinsmi, co pozwoliło na poprawienie ich właściwości. Obecnie ten rodzaj olejów nazywamy półsyntetycznymi.
Niepewne początki i ważne odkrycie
Nie oznacza to jednak, że rozpoczęła się wtedy era syntetycznych środków smarnych. Wręcz przeciwnie – kierowcy sceptycznie podchodzili do nowych olejów, zakładając, że coś „syntetycznego”, a więc „sztucznego”, jest automatycznie gorsze od naturalnej odmiany. Przed producentami oleju stanęło więc niemałe zadanie.
Z pomocą przyszły dopiero odkrycia przemysłu lotniczego. Stworzono tam środki smarne na bazie estrów polihydroksylowych na potrzeby turbin gazowych. Okazały się one tak trwałe i odporne na zużycie, że po „zalaniu” w fabryce silnika odrzutowego, nie wymagał on nigdy wymiany. Wadą była jedynie bardzo wysoka cena.
Pomimo tego nowym rodzajem oleju zainteresował się przemysł motoryzacyjny, czego efektem było zastosowanie go w latach 80. w Formule 1. Bolidy wyposażono wtedy w nowe silniki, o pojemności zaledwie 1,5 litra i mocy nawet powyżej 1000 KM. Tak ekstremalne warunki wymagały naprawdę wyjątkowego oleju i takim też okazał się nowy wynalazek. Obecnie jego ceny znacznie zmalały, ale wykorzystuje się go tylko w wyjątkowych sytuacjach – na przykład do zabytkowych samochodów.
Era syntetyków
Najlepszymi olejami, które stosuje się powszechnie, są dzisiaj oleje syntetyczne Zdobyły one uznanie kierowców. Wynika to z ich zalet i przewagi nad olejami mineralnymi, które są niezaprzeczalne.
Szczególnym przypadkiem syntetycznego środka smarnego jest Shell Helix Ultra, powstający z wykorzystaniem nowatorskiej Technologii Shell PurePlus. Wykorzystuje się w niej nie ropę naftową, ale gaz ziemny. Jego synteza umożliwia otrzymanie bazy olejowej niemal zupełnie pozbawionej jakichkolwiek zanieczyszczeń. Dzięki temu silnik utrzymywany jest w czystości porównywalnej z fabryczną. Shell Helix Ultra charakteryzuje się także lepszą lepkością, niższym współczynnikiem tarcia oraz zmniejszoną lotnością w porównaniu z dotychczas stosowanymi olejami syntetycznymi.
Olej silnikowy nieustannie jest więc ulepszany i modyfikowany, co pozwala na utrzymywanie naszych silników w coraz lepszej kondycji.