Формула смазки: что объединяет гоночное и гражданское масла
Такие компании можно перечесть по пальцам руки и на первых строчках этого небольшого списка культовых имён несомненно будет Shell, которая долгие годы прочно ассоциируется не просто с автоспортом, а с успехами в гонках. Не в последнюю очередь благодаря партнёрству с легендарной маркой Ferrari и гоночной командой Scuderia Ferrari, алые болиды которой с ярко-жёлтой ракушкой на борту прекрасно известны всем, кто хотя бы мельком видел трансляции Формулы-1.
История успеха
Автоспорт — материя непостоянная, в которой даже подписанные контракты не значат ничего и достигнутое и закреплённое на бумаге соглашение вполне может быть изменено в любой миг. И неважно, идёт речь о контракте команды и гонщика или же команды и спонсора. История знает немало примеров, когда договорённостям приходил конец по ходу сезона и пилота выставляли за дверь или же отказывались от работы с каким-то из партнёров коллектива. Правда, всё это не про Shell и Ferrari — пока другие команды кардинально меняют свои ливреи и перебирают одного спонсора за другим, совместная работа итальянского автопроизводителя и британско-нидерландской нефтегазовой компании продолжается аж с 1951 года.
Scuderia Ferrari не остаётся в стороне и позволяет своему партнёру использовать автоспорт в качестве уникального тестового полигона для новинок в области топлива и масел, которые с гоночных трасс и формульной техники перебираются на дороги общего пользования и «гражданские» автомобили. Причём топливо и моторное масло подходит не только для итальянских спорткаров (на конвейере Ferrari в новые машины заливается именно продукция из канистр со знаменитой ракушкой на этикетке), но и для многих других машин. В это долго не веришь, пока своими глазами не побываешь на Гран-при и не пообщаешься с людьми, которые делят своё рабочее время между гоночными трассами и лабораториями, уделяя в равной степени внимание и болидам Формулы-1, и обычным автомобилям.
С гоночных трасс на обычные дороги
Гонки традиционно служили и служат для автопроизводителей и поставщиков автокомпонентов идеальным полигоном для испытания тех решений, которые готовятся к внедрению в серийных машинах. В какой-то момент гоночная техника Формулы-1 достаточно серьёзно отдалилась от дорожных автомобилей, но всё изменилось в 2014, когда в чемпионате мира вступил в силу новый технический регламент — впервые с 1988 года Формула-1 перешла на V-образные 6-цилиндровые турбомоторы, их рабочий объём уменьшился до 1,6 литра, а вместе с двигателем внутреннего сгорания работала сложная гибридная составляющая. Одновременно с этим вырос и ресурс агрегатов, которым теперь предстояло работать без замены вдвое больше, чем раньше.
И этот курс развития чемпионата мира полностью совпал с вектором эволюции машин для дорог общего пользования, где даунсайзинг (уменьшение объёма мотора) и внедрение гибридных систем различной степени сложности давно стали трендом в автомобилях всех классов. Естественно, что новая техника потребовала и нового масла и бензина, хотя с последним всё проще — топливо для Формулы-1 более чем на 99% соответствует тому, что можно купить на обычной АЗС. Всё остальное — огромный секрет, который тщательно охраняется и при этом достаточно часто обновляется. Потому что каждая новая версия мотора получает доработанные по рецептуре ГСМ.
С маслом всё ещё более интересно. Shell применяет технологию PurePlus, которая позволяет получать из природного газа кристально чистое базовое масло с чистотой 99,5%. На разработку было потрачено более 40 лет и тысячи часов исследований, а производством базового масла из природного газа занимается новый завод в Катаре. Именно PurePlus и является тем самым связующим звеном между автоспортом и дорожными машинами, поскольку эта технология используется в маслах для спортивной и гражданской техники.
Суровая обыденность
Впрочем, наиболее ярко преимущества масла из природного газа проявляются не в Формуле-1, а на обычных дорогах. Всё дело в том, что в чемпионате мира масло меняют после каждой сессии гоночного уик-энда — примерно раз в 300-350 километров. В гражданских автомобилях масло должно работать тысячи и десятки тысяч километров, сохраняя при этом свои свойства и не ухудшая характеристики двигателя.
А двигатели предъявляют теперь совсем другие требования, потому что современное законодательство и экологические стандарты вынуждают создавать моторы, которые имеют как можно меньший объём, потребляют как можно меньше топлива и при этом должны выдавать как минимум не меньше (а лучше даже больше) мощности, чем их более кубатурные предшественники. Всё это приводит к тому, что двигатели ужимаются в объёме и обзаводятся при этом турбинами, современными системами впрыска, технологиями вроде Start/Stop и множеством других решений, призванных объединить в одном агрегате экономичность и мощность.
На выходе получается, что масла в системе смазки становится меньше, оно должно быть менее вязким, но при этом масло должно эффективно работать в условиях более высоких температур (из-за турбонаддува) и при резко выросшем количестве циклов запуска (спасибо системе Start/Stop). Ко всему этому добавляется эффект Low Speed Pre Ignition или LSPI — преждевременное воспламенение топливовоздушной смеси в двигателе, характерное для даунсайзинговых моторов, чреватое поломками и даже разрушением двигателя. В отличие от детонации, которая развивается относительно прогнозируемо и в любом диапазоне оборотов, Low Speed Pre Ignition — это неприятный сюрприз, проявляющий себя в диапазоне 1500-2500 об/мин. При этом бороться с LSPI, причины которого до сих пор доподлинно неизвестны инженерам, можно только правильным подбором масла, поскольку смена топлива (хоть другого производителя, хоть изменение октанового числа) не способна нивелировать эту конструктивную особенность малолитражного турбомотора.
В итоге моторное масло обязано сочетать в себе одновременно высокую термическую стабильность и сопротивляемость окислению, улучшенную защиту от износа, хорошую очищаемость двигателя, стойкость к испарению и при всём при этом быть синтетикой с вязкостью 0W — именно этого требуют производители моторов от поставщиком масел. Прибавьте к этому необходимость соответствия стандартам как конкретного автопроизводителя, так и сертификационным стандартам и получите сложную задачу со множеством переменных, решить которую можно разными способами, но лучше, чтобы он был один единственно верный.
Чемпионские технологии для обычных машин
Неудивительно, что Shell, которая имеет колоссальный опыт в автоспорте (кроме Формулы-1 продукция компании представлена в сериях DTM, WRC, Supercars Championship, MotoGP и множестве других чемпионатов), смогла воплотить полученные в гонках знания и наработки в масле для обычных машин. В какой-то мере такие масла опережают своё время, потому что отвечают тем параметрам, которые будут обязательны в спецификации API SP, вступающей в силу с 2020 года. В 2018 году появился стандарт API SN Plus — версия стандарта API SN, соответствующая реалиям современного автопрома и двигателей, которые устанавливаются на машины в наши дни — масла Shell также полностью отвечают этому стандарту.
Как отмечает технический эксперт Shell Ольга Романова, если в двух словах, то новое масло увеличивает ресурс двигателя за счёт его защиты при высоких нагрузках и в условиях низкой температуры, помогает снижать расход топлива, улучшая экономичность и экологичность, а заодно за счёт своей рецептуры борется с эффектом LSPI. Словом, сертификационных испытаний для масел становится больше, условия их жёстче и всё ради того, чтобы владельцы автомобилей испытывали как можно меньше проблем со своими машинами.
Как бы удивительно ни звучало, но в Формуле-1 требования к маслу достаточно похожие. В этом удалось убедиться в Сочи, встретившись в дни Гран-при России с представителями Scuderia Ferrari и автоспортивного подразделения Shell, ответственного за работу с легендарной командой и её клиентами в чемпионате мира — коллективами Alfa Romeo Racing и Haas F1 Team.
Несмотря на абсолютно разные, в сравнении с дорожными машинами, режимы эксплуатации, для болидов также важен низкий расход топлива (превышение установленных регламентом рамок карается наказанием), а также хорошая защита узлов двигателя в экстремальных режимах работы (на сезон из 21 уик-энда у команды три двигателя внутреннего сгорания и три турбины — за четвёртый и последующий узлы полагаются штрафы).
Глава гоночной команды Scuderia Ferrari Маттиа Бинотто подчеркнул, что для победы в Гран-при недостаточно иметь самый мощный двигатель — он должен быть достаточно надёжным, чтобы выдерживать всю дистанцию нескольких гоночных уик-эндов, не теряя при этом своих характеристик. Пилот итальянской команды Шарль Леклер отдельно отметил, что гонщик отлично чувствует, когда болид работает не в полную силу, но с Shell таких моментов не бывает.
От разработки до логистики
Руководитель автоспортивного подразделения Shell по разработке масел для Формулы-1 Йохен Лах, рассказывая о сотрудничестве со Scuderia Ferrari, уделил особое внимание взаимодействию двух компаний. Работа над гоночными двигателями и разработка топлива и масла для них идёт параллельно, при этом учитываются не только характеристики мотора, но и специфические для болидов условия эксплуатации. Такая работа занимает несколько месяцев, а затем, когда Международная автомобильная федерация FIA омологирует ГСМ, начинается совершенно другой труд.
Во-первых, Shell доставляет на каждый этап сотни литров топлива и масел (гонка в Сочи не стала исключением) не только для Scuderia Ferrari, но и для других команд, которые используют итальянские моторы. В сезоне-2019 агрегат Ferrari 064 стоит на машинах Alfa Romeo Racing C38 и Haas VF-19, так что Shell привозит горюче-смазочные материалы для трёх коллективов. Во-вторых, мобильная лаборатория Shell кочует с гонки на гонку, где несколько специалистов на протяжении всех дней уик-энда проводят анализ топлива и масла, чтобы вовремя выявить потенциальные проблемы с болидом. И, судя по тому, что сходы по техническим причинам у Scuderia Ferrari, Alfa Romeo Racing и Haas F1 Team можно перечесть по пальцам, а те, что есть, случились не по вине моторов, в Shell блестяще справляются со своей работой во всех её аспектах.
Лучшим подтверждением тому может служить и статистика — в текущем чемпионате пилоты итальянской команды завоевали 7 поул-позиций, выиграл 3 гонки и установили 4 быстрейших круга. И пусть в сезоне-2019 за титул у Scuderia Ferrari побороться не получилось, в будущее команда смотрит с оптимизмом — прогресс гоночного коллектива очевиден, а сильный партнёр в лице Shell, с которым ковался прежний успех, остаётся с командой.
Компания довольна тем, в каком направлении идёт развитие современной Формулы-1. Взятый на сближение с технологиями дорожных автомобилей курс вкупе с ужесточением технического регламента и увеличением ресурсного срока моторов и коробок передач бросает Shell серьёзный вызов. Приходится, будучи зажатыми в тиски правил, искать новые технологии, новые пути решения появляющихся задач и всё это, по словам Йохена Лаха, не просто делает жизнь специалистов интересней и насыщенней, но и позволяет форсировать темп развития горюче-смазочных материалов для дорожных машин. Подчас опережая не только конкурентов по рынку, но и даже требования контролирующих органов — то, что хотят сделать обязательным для масел или топлива завтра, у Shell есть уже сегодня. И всё это благодаря автоспорту — лучших испытательных стендов, чем 600-сильный BMW M4 DTM, 380-сильный Hyundai i20 Coupe WRC, 645-сильный Ford Performance Mustang Supercar и, конечно, более чем 1000-сильный Ferrari SF90, выступающие в самых разных условиях по всему миру, не найти.
Ну а у всех владельцев дорожных автомобилей, независимо от марки и количества лошадиных сил под капотом, всегда есть возможность добавить своим машинам духа чемпионов из канистры с жёлтой ракушкой на этикетке. Как минимум приятно, когда и в двигателе победоносной Ferrari SF90, и в моторе твоей повседневной машины одно (пусть и с минимальными отличиями) масло.
Спортивные масла 5W-50, 10W-50, 15W-50, 10W-60 и другие. Максимальная защита!
Всё развитие автомобилестроения идет из автоспорта, начиная с самого первого «автопробега» в 1888 году на первом «безлошадном экипаже», сконструированным Карлом Бенцом. С тех пор, как супруга инженера взяла его автомобиль, чтобы съездить к своим родственникам за 180 км, прошло больше 100 лет, было придумано и проведено множество спортивных соревнований, от гонок на газонокосилках до боев грузовиков, а все улучшения и новые идеи, как и раньше, «обкатываются» на спортивных треках, и только после этого уходят в массовое производство.
Первый автомобиль Карла Бенца Benz Motorwagen №1
Спортивный мотор
Если отвечать на вопрос, чем спортивный двигатель отличается от «гражданского», то правильным ответом будет «всем!» Существенная разница и в режимах работы, и в материалах, и в конструкции самого двигателя и прилежащих узлов. С этой разницей сталкиваются те, кто тюнингует свой автомобиль для любительских покатушек: приходится менять не только элементы двигателя, но и выхлопную систему, и систему подачи топлива, чтобы сделать машину по-настоящему спортивной. Например, используются спортивные распредвалы, кованные поршни усовершенствованной геометрии, специальные клапаны и втулки.
Обычный распредвал (слева)
и спортивный с увеличенными кулачками (справа)
Особая конструкция требует и особенных смазочных материалов: для спортивных автомобилей используются специальные масла, позволяющие раскрыть весь потенциал мощного двигателя.
Зачем нужна высокая вязкость?
«Спортивными» называют два типа моторных масел: с особо низкой (такие как 0W-20 или 5W-20) и с высокой вязкостью, как моторное масло 5W-50, 10W-50 или даже 20W-60. Но так же, как эти масла отличаются своими свойствами, они отличаются и назначением. Более подробно низковязкостные масла рассмотрены в статье «Маловязкие масла 0W-20, 0W-30, 5W-20, 5W-30», в том числе и такое их свойство как предельно низкое гидродинамическое сопротивление. Их используют в специальных тонко подогнанных двигателях для заездов на короткие и очень короткие дистанции, где всё решают доли секунды и нужно выжать из мотора предельную мощность как можно быстрей.
Совершенно по-другому используются масла с высоким показателем вязкости. В первую очередь назначение: для гонок на длинные дистанции, кольцевых, по бездорожью, в условиях высокой запыленности или холодной погоды. Другими словами, там, где от масла требуется выносливость: способность долгое время противостоять высоким температурам, нагрузкам и жесткому стилю вождения. А еще вязкие масла могут создавать толстую защитную пленку на металле и надежный масляный клин в парах трения.
Масляный клин
Задача каждого масла – образовывать тонкий предохранительный слой между трущимися деталями. Это так называемый масляный клин, на который, собственно, и приходится основная нагрузка. Чем меньше вязкость масла, тем тоньше будет эффективная прослойка жидкости, и тем тоньше должны быть сами зазоры. И наоборот, в больших зазорах нужна более толстая прослойка, образуемая сплошной пленкой с высоким коэффициентом поверхностного натяжения. Самая большая нагрузка ложится на вкладыши коленвала, которые, по сути, являются подшипниками скольжения и требуют строго подходящей смазки. Будет слишком жидкое масло – не получится достаточной толщины упругой жидкостной прослойки, а слишком вязкое просто не проникнет в мельчайшие зазоры. Результат в обоих случаях – сухое трение, проворот вкладышей и капремонт двигателя.
Масляная прослойка в подшипнике скольжения
сохраняется даже при высоких нагрузках
Помимо защиты от сухого трения масляная прослойка отводит тепло от нагретых участков (например, именно через масло охлаждается верхняя часть поршня, от которой тепло отводится через кольца на масляную пленку). Как только нарушается баланс между теплопроводностью масла и режимом работы мотора, начинаются проблемы: перегрев, чрезмерное температурное расширение деталей, задиры и прочие «радости жизни».
Отличие спортивных двигателей в чуть больших, чем в обычных двигателях, тепловых зазорах: конструкторы оставляют «запас» на дополнительное тепловое расширение, и эти зазоры нужно заполнить маслом. Именно поэтому для адекватной работы в спортивные автомобили наливают масла самой высокой вязкости – обычные «городские» не подходят.
Чем еще, кроме вязкости, отличаются спортивные масла?
Конечно, говорить только о цифрах SAE было бы в корне неверно: ведь наравне со специализированными продуктами для автоспорта есть другие моторные масла с такой же вязкостью, но к спортивным соревнованиям не имеющие никакого отношения. В чём же отличие?
Базовая основа
Самые «легкие» масла делаются на синтетической основе, средние – на полусинтетике, вязкие – на минералке. Это правило не относится к спортивным продуктам: в них заложен такой запас прочности, который невозможен ни для полусинтетики, ни для гидрокрекинговой базы. Все спортивные масла, как правило, делаются Fully Synthetic на основе ПАО (полиальфаолеинов), ПАГ (полиалкиленгликолей) или даже эстеров. Последние – самые дорогие, но и самые прогрессивные. Даже в виде присадок эстеры придают маслам исключительные свойства: максимальное сцепление с металлом, очень прочную масляную пленку (прочность на разрыв при вертикальной нагрузке 22000 кг/см² у эстеров против 6500 кг/см² у ПАО и 900 кг/см² у минеральной базы), стойкость к высоким температурам и скоростям.
Моторное масло Motul Sport 5W-50,
синтетическая основа с эстеровыми присадками
Использование синтетической базы позволяет получить масла с заранее заданными свойствами: нужной вязкостью, стойкостью к термической и механической деструкции, толщиной масляной пленки и показателями гидродинамического сопротивления.
Присадки
Для спортивных масел используются особые присадки, обеспечивающие максимальную защиту. Например, соединения цинка (пакет ZDDP), имеющие противозадирные свойства и придающие прочность масляной пленке. А также щелочные присадки, позволяющие маслу противостоять прорывающимся в картер продуктам сгорания топлива. И ни одно масло не обходится без хорошей порции диспергирующих присадок, не дающих нагару оседать на металле, так называемого пакета TVN.
Однако все эти компоненты никак не сочетаются с современными чувствительными катализаторами и сажевыми фильтрами. «Спорт» и «эко» совместить крайне сложно.
Сервисный интервал
В отличие от «повседневных» масел, спортивные смазочные материалы не делаются в расчете на долгое использование. Их задача – защитить мотор здесь и сейчас, отработав по-максимуму во время гонки. По завершению любых более-менее серьезных соревнований мотор перебирают, а масло меняют намного чаще, чем даже обычную «минералку» в старых семейных автомобилях. Сервисный интервал многих (хоть и не всех) масел – 3-5 тыс. км, но эти километры можно проехать с максимальной скоростью. Среди спортивных продуктов нет масел Long Life.
HTHS моторного масла
Показатель HTHS напрямую связан с показателем SAE. По сути, с помощью теста HTHS и определяется высокотемпературная вязкость масла, по которой можно судить, для каких режимов и каких моторов оно предназначено.
Переводится этот показатель как вязкость при высокой температуре и высокой скорости сдвига (High-Temperature High-Shear rate viscosity) и означает показатель вязкости масла в рабочих условиях двигателя: температура 150 ⁰ С и скорость сдвига (взаимного движения трущихся пар) 10^6 ∙ с-1 (миллион единиц градиента). Измеряется HTHS в миллипаскалях в секунду (мПа ∙ с), а для лабораторных испытаний используется специальный стандартизированный вискозиметр, в котором замеряется сопротивление жидкости в рабочих условиях.
Необходимость реальных испытаний масла (вместо более простых математических расчетов) возникла благодаря прогрессу в химической промышленности: добавляемые в масло модификаторы вязкости нелинейно реагируют на изменения рабочих условий, в отличие от простого минерального масла без каких-либо загустителей.
Помимо вязкости при высокой температуре и скорости сдвига, определяется и вязкость при температуре 100 ⁰ С и малой скорости сдвига. На основании этих тестов определяются классы масел по SAE:
Чем выше вязкость, тем толще масляная пленка и надежней защита, и именно поэтому масла с высоким показателем HTHS используют в гоночных моторах, где и температуры, и скорости сдвига всегда максимальные. Такие масла рассчитаны не на экономию топлива, а на сохранение мотора.
Характеристики спортивных масел
Чаще всего масла именно спортивного назначения встречаются в категории высокой вязкости: 5W-50, 10W-50, 15W-50, 10W-60, 20W-60 и т.д. Некоторые производители делают специализированные спортивные масла и очень низких, и средних степеней вязкости, например, моторное масло Motul (Мотюль). Это относится ко всей серии Motul 300V, которая предназначена для различных видов гонок: от коротких дистанций до многодневных ралли по бездорожью.
У других производителей в одной категории вязкости можно встретить и спортивные, и просто высоковязкостные масла для повседневного использования, но спортивные всегда делаются на 100% синтетической основе, а «гражданские» масла высокой вязкости – на недорогой минеральной базе. Кроме того, спортивные масла и маркируются специальным образом, чтобы выделить их среди остального ассортимента.
Характеристика SAE 5W50
Примеры таких масел: Comma Motorsport 5W-50, Motul Sport 5W-50, Elf HTX 805 5W-50. Не специализированные, но подходящие для любительского спорта масла: Liqui Moly Synthoil High Tech 5W-50, Mobil 1 5W-50 и Mobil 1 Peak Life 5W-50.
Характеристика SAE 10W50
Примеры таких масел: Total Quartz Racing 10W-50, Liqui Moly Molygen 10W-50.
Характеристика SAE 15W50
Отличается от 10W-50 меньшей устойчивостью к холоду: такие масла не дают гарантию легкого старта в зимнее время. Зато обладают повышенной вязкостью, позволяющей защитить не только тюнингованные, но и отреставрированные ретро-моторы.
Вязкость 15W-50 – не самый популярный продукт на рынке: для наших холодов она не слишком подходит, а для жары применяются масла SAE 60. Но в этой категории можно найти смазочные материалы для старых автомобилей, в том числе гоночных, которые используются для скоростного спорта и соревнований на выносливость.
Пример такого масла – Motul 300V Competition 15W-50, предназначенное для длительных соревнований старых ретро-машин. Масло устойчиво к самым высоким температурам и надежно защищает двигатель от нагара и перегрева. Еще одно масло для гоночных ретро-автомобилей – Kroon Oil Classic Racing Oil 15W-50 на полусинтетической основе, предназначенное для участия в спортивных соревнованиях.
Характеристика SAE 10W60
Очень высокий индекс вязкости: сохраняет свои свойства и при низких (зимних) температурах, и при экстремально высоких. Одна из самых популярных категорий спортивных масел, в которой представлены продукты крупнейших производителей.
Моторное масло 10W-60 делается и для новейших спортивных, и для старых автомобилей, моторы которых и в лучшие времена не требовали маловязких масел, а при значительном износе нуждаются в еще более плотных смазочных материалах. Однако между такими маслами есть существенная разница: если спортивные производятся на базе ПАО и у многих производителей легированы эстерами, то обычные масла делаются на минеральной основе и содержат большое количество специфических присадок (в основном моющих и противоизносных).
Примеры спортивных масел: Kroon Oil Emperol Racing 10W-60, Shell Helix Ultra Racing 10W-60, Castrol Edge Sport 10W-60, Liqui Moly Synthoil Race Tech GT1 10W-60, Total Quartz Racing 10W-60.
Характеристика SAE 20W-60
Вязкость 20W-50 и 20W-60 – не самые популярные в категории именно спортивных масел: узкая специфика позволяет использовать их только при строго определенных условиях. Чаще всего их можно встретить в категории спортивных ретро-масел для очень старых автомобилей с высокообъемными двигателями, участвующих в мотопробегах и гонках. В качестве еще одного варианта использования – ралли по пустыне при экстремально высоких температурах и тяжелых нагрузках, но и с этой задачей справляются более массовые серийные масла.
Высокая вязкость рассчитывается еще и на значительное разжижение масла топливом, прорывающимся в картер. Даже в случае довольно сильного разбавления масло продолжит полноценно выполнять свои задачи, не подвергая опасности ценный двигатель.
Пример масла: Motul 300V Le Mans 20W-60 на эстеровой основе.
Как правило, гонщики и автомастера, участвующие в спортивных соревнованиях, знают о маслах всё. А вот рядовые пользователи зачастую используют спортивные масла в автомобилях, не предназначенных для такой «роскоши», получая преждевременный износ и сокращение моторесурса вместо ожидаемой прибавки мощности. Все-таки, лучше спортивные масла использовать для гонок, а в старенький «жигуль» заливать недорогую минералку. Самое главное условие всегда остается неизменным: масло должно быть качественным.
Больше информации о моторных маслах вы можете найти в статье «Моторное масло: всё, что вы хотели знать».
Помощь при выборе масла для автомобиля «Гид покупателя».
