Rozwój motoryzacji to nie tylko rozwój silników spalinowych i pojazdów, ale przede wszystkim rozwój olejów silnikowych. Początki XIX wieku są czasem projektowania pierwszych silników spalinowych, w których stosowano nie tylko paliwo pochodzenia roślinnego, ale również środki smarowe oparte na olejach i tłuszczach zwierzęcych.

 Przed wynalezieniem środków smarowych na bazie ropy naftowej większość olejów i smarów była produkowana z tłuszczów zwierzęcych i olejów roślinnych. W miarę rozwoju technologicznego i rosnącej popularności silników parowych, środki smarowe pochodzenia zwierzęcego i roślinnego nie były wystarczająco skuteczne, aby zabezpieczyć ruchome części maszyn przed zużyciem^[1].

„Pierwszy” olej silnikowy

 Pierwsze mechaniczne pojazdy pojawiły się już w XVIII wieku. W 1770 roku Nicolas-Joseph Cugnot zbudował trójkołowy pojazd parowy, który służył do transportu artylerii. Był powolny, nieporęczny i miał zasięg zaledwie kilkunastu minut jazdy, ale stanowił pierwszy krok do uniezależnienia się od koni jako siły napędowej^[2]. To właśnie jego silnik smarowany był środkami opartymi na naturalnych olejach i tłuszczach.

 W roku 1885 nastąpił największy przełom w historii motoryzacji. Gottlieb Daimler udoskonalił silnik spalinowy opracowany w 1876 roku przez Nicolasa Otto, tworząc pierwszy pojazd zasilany benzyną. W tym samym roku Karl Benz skonstruował trójkołowy pojazd napędzany silnikiem benzynowym, który jest uznawany za pierwszy prawdziwy samochód.

 Silnik Benza w pojeździe trójkołowym posiadał otwartą skrzynię korbową, która smarowana była olejem roślinnym. Olej był umieszczony w zbiorniku nad silnikiem i ściekał grawitacyjnie, smarując elementy mechaniczne, a następnie trafiał na ziemię.

Rys. 1. Trójkołowiec Karla Benza z silnikiem czterosuwowy ^[3]
Źródło: sportscarforums.com, archiwum

 Wszystkie silniki nowo powstających pojazdów spalinowych wymagały smarowania. Początkowo stosowano do tego różne oleje naturalne (zwierzęce lub roślinne, wśród których bardzo popularny był olej rycynowy), ale szybko przekonano się, że naturalne środki smarowe nie były w stanie sprostać coraz wyższym temperaturom pracy silnika.

 Po wprowadzeniu miski olejowej i rozbryzgowego systemu smarowania silnika najtrudniejszym wyzwaniem było stworzenie olejów silnikowych spełniających równocześnie wiele trudnych zadań w szerokim zakresie temperatur pracy. W latach dwudziestych ubiegłego wieku specyfikacja oleju wymagała tylko, „aby był on lepki”.

Rodzaje olejów silnikowych

 Każdy olej silnikowy składa się z bazy olejowej i z dodatków uszlachetniających, które nadają olejowi odpowiednie właściwości użytkowe.

 Pierwsze oleje silnikowe w latach 20. ubiegłego wieku to były czyste oleje mineralne, otrzymywane z klasycznego przerobu ropy naftowej.

 Dopiero po roku 1930 do bazy olejowej, stanowiącej olej mineralny dodano pierwsze dodatki uszlachetniające – inhibitory – dodatki zapobiegające korozji i utlenieniu.

 Rozwój technologii olejowej doprowadził na początku lat 70. ubiegłego wieku do opracowania syntetycznych baz olejowych, które są produktami o ściśle określonym składzie chemicznym, zatem o ściśle określonych właściwościach.

 Pod względem rozwoju olejów silnikowych rynek amerykański znacznie wyprzedzał rynek europejski. W Europie oleje wielosezonowe mineralne np. 20W/40 pojawiły się dopiero pod koniec lat 60. XX w., natomiast w 1952 roku firma Standard Oil Company of New Jersey, poprzedniczka ExxonMobil, wprowadziła na rynek amerykański pierwszy wielosezonowy olej silnikowy, przeznaczony do eksploatacji zarówno latem, jak i zimą. Z dzisiejszej perspektywy wielu określi to wydarzenie ewolucją, ale w tamtych czasach to była prawdziwa rewolucja. Ułatwiła życie amerykańskim kierowcom ciężarówek, którzy podróżowali na długich trasach^[8].

Rys. 2. Oleje silnikowe Castrol i Shell z lat 30. XX wieku
Źródło: © Materiał Partnera, https://autokult.pl/oleje-silnikowe-jakie-sa-rodzaje,6809508687484545a

 Oleje mineralne różnią się od olejów syntetycznych przede wszystkim bazą olejową. W olejach syntetycznych bazę olejową stanowią produkty syntezy chemicznej.

 Bazy syntetyczne charakteryzują się przede wszystkim doskonałymi właściwościami niskotemperaturowymi i wysokim wskaźnikiem lepkości. Powtarzalna jakościowo produkcja pozwoliła na opracowanie i wdrożenie do stosowania olejów silnikowych wielosezonowych w szerokim zakresie temperatur.

 Wraz z pojawieniem się olejów syntetycznych opracowano również oleje semisyntetyczne (półsyntetyczne), których baza olejowa stanowi mieszaninę bazy mineralnej i bazy syntetycznej. Oleje semisyntetyczne, podobnie jak syntetyczne charakteryzują się również wysokim wskaźnikiem lepkości, dobrymi właściwościami niskotemperaturowymi oraz mają wyższa odporność na destrukcję silnika w porównaniu z olejami mineralnymi. Olejami semisyntetycznym są przeważnie oleje w klasie
lepkości 10W/40.

Rys. 3. Fragment gazety z lat 50. XX w. o pierwszym wielosezonowym oleju silnikowym do ciężarówek
Źródło: https://truckfocus.pl/ewolucja-oleju-silnikowego-do-ciezarowek-na-przestrzeni-stulecia/81065

Klasyfikacja lepkościowa olejów silnikowych

 W 1926 roku XX wieku Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacji (Society of Automotive Engineers (SAE)) opracowało obowiązującą do dzisiaj klasyfikację lepkościową tzw. SAE, by umożliwić dobór oleju do temperatury otoczenia^[3]. Oczywiście klasyfikacja lepkościowa wraz z rozwojem kolejnych klas lepkościowych olejów silnikowych ulegała aktualizacji, jednak jej podstawy nie zmieniły się.

Początkowo była oparta na wartościach lepkości oleju w temperaturach –17,8°C i 98,9°C.

Można przyjąć, że od tego momentu rozpoczął się dynamiczny rozwój olejów silnikowych.

 W roku 1997 wprowadzono wymagania SAE J300, które określają wymagania dla 6 klas olejów zimowych (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) i 5 klas olejów letnich (20, 30, 40, 50, 60). Właściwości niskotemperaturowe oleju są określane przez temperaturę granicznej pompowalności. Parametry w wysokich temperaturach określa się przez określenie limitów lepkości kinematycznej w temperaturach 100°C i 150°C. Pomiar lepkości w temperaturze 150°C wykonuje się w warunkach wysokiej prędkości ścinania. Określa się ją jako lepkość HT/HS (High Temperature/High Shear)^[4].

Obecnie obowiązująca klasyfikacją lepkościową dla olejów silnikowych jest klasyfikacja SAEJ300 ze stycznia 2015 roku.

W tabeli 1 przedstawiono klasyfikację lepkościową SAE J300 dla olejów silnikowych z 2015 roku.

Klasyfikacje jakościowe olejów silnikowych

Klasyfikacja wg API

 Wraz z rozwojem klasyfikacji lepkościowej zaczęła rozwijać się klasyfikacja jakościowa. Klasyfikacja jakościowa, w przeciwieństwie do lepkościowej nie określa zachowania się oleju w określonej temperaturze, natomiast określa jakość oleju.

• chłodzenie silnika – odprowadzanie ciepła,
• „uszczelnienie komory spalania,
• „usuwanie zanieczyszczeń i produktów spalania,
• „utrzymywanie silnika w czystości, zapobieganie zaleganiu szlamów, laków i nagarów,
• „ochrona przed korozją wnętrza silnika.

 W latach 20. XX wieku Amerykański Instytut Naftowy (American Petroleum Institute (API)) opracował klasyfikację jakościową, która obowiązuje do dzisiaj. Oczywiście, wraz z powstawanie coraz to nowych silników spalinowych lub nowych rozwiązań, powstają nowe wymagania dla olejów silnikowych, co wiąże się z aktualizacją tej klasyfikacji. Niemniej jednak klasyfikacja API jest pierwszą oraz najstarszą klasyfikacją jakościową i najważniejszym systemem oceny jakości olejów silnikowych, z której do dnia dzisiejszego korzystamy.

 Klasyfikacja API określana jest za pomocą dwóch liter, z których pierwsza wskazuje rodzaj silnika, a druga – poziom jakości oleju. Im wyższa litera alfabetu tym olej o lepszej jakości, uwzględniający nowocześniejsze konstrukcje silników i bardziej wymagające warunki pracy.

• Oleje do silników benzynowych – oznaczane są literą „S”.
• „Oleje do silników wysokoprężnych (diesla) – oznaczone są literą „C”.
• „Oleje do niektórych silników wysokoprężnych (diesla), np. wysokoobrotowych – oznaczane są literą „F” – ta klasa powstała dopiero w 2017 roku.

W tabeli 2 i 3 przedstawiono klasyfikację jakościową API dla olejów silnikowych.

Tabela 1. Klasyfikacja lepkościowa SAE J300
Źródło: https://specol.com.pl/pl/aktualnosci/klasa-lepkosci-oleju-silnikowego-b2.html

Klasyfikacja wg ACEA

 Różnice w konstrukcji silników amerykańskich i europejskich oraz odmienne arunki ich eksploatacji były przyczyną opracowania europejskiej klasyfikacji jakościowej olejów silnikowych. W latach 1985–1995 XX wieku obowiązywała klasyfikacja wprowadzona przez Stowarzyszenie Europejskich Producentów Samochodów pod nazwą CCMC. Klasyfikacja europejska CCMC podobnie jak API, dzieli oleje na 2 grupy:

• G – do silników czterosuwowych z zapłonem iskrowym,
• „D – do silników wysokoprężnych z zapłonem samoczynnym.

Klasyfikacja ta wprowadza również dodatkową podgrupę:

• PD – do silników wysokoprężnych z zapłonem samoczynnym stosowanych w samochodach osobowych i dostawczych.

Następująca po literze G lub D cyfra od 1 wzwyż mówi o kolejnej klasie jakości w grupie.

 Różnice między obu klasyfikacjami (API i CCMC) dotyczą przede wszystkim odmiennych testów silnikowych i procedur badawczych.

 Klasyfikacja CCMC oparta jest na testach różnych silników europejskich producentów, różniących się w rozwiązaniach konstrukcyjnych od silników amerykańskich. Ponadto klasyfikacja CCMC wycofuje z systemu oleje niższych klas jakościowych (starsze), utrzymując tylko najnowsze klasy, mimo, że oleje niższych klas są nadal obecne na rynku.

 W 1996 roku ubiegłego wieku Stowarzyszenie Europejskich Producentów Samochodów wprowadziło nową klasyfikację ACEA zastępując dotychczasową klasyfikacje CCMC.

 Klasyfikacja ACEA obejmuje nowy podział olejów silnikowych związany z ich przeznaczeniem oraz określa minimalny poziom wymagań dla poszczególnych klas jakościowych olejów silnikowych stosowanych do smarowania współczesnych silników samochodowych.

 Celem tej klasyfikacji jest określenie wymagań stawianych olejom silnikowym dla różnych typów pojazdów: osobowych, dostawczych i ciężarowych.

 Klasyfikacja ACEA rozróżnia 4 grupy olejów silnikowych: A, B, C oraz E. Ponadto każda z tych grup dzieli się na podkategorie oznaczone cyframi, które w dodatkowy sposób określają właściwości oraz zastosowanie olejów^[9].

 Klasyfikacja ACEA ulega stałej aktualizacji, gdy tylko pojawiają się nowe wymagania dla olejów silnikowych. Została ona wprowadzona w ubiegłym wieku w1996 roku, a już w 1998 roku dokonano jej aktualizacji. Kolejne aktualizacje zostały wprowadzone w 1999 roku, następnie w 2002, 2004, 2007, 2008, 2010 i 2012 roku.

Obecnie obowiązującą klasyfikacją ACEA jest klasyfikacja z 2012 roku.

Tabela 2. Klasyfikacja jakościowa API dla olejów do silników benzynowych

Oleje silnikowe ACEA A/B ^[9]

 Grupa ACEA A/B obejmuje oleje silnikowe przeznaczone do silników benzynowych (A) oraz wysokoprężnych (diesel) (B) w samochodach osobowych i lekkich pojazdach dostawczych. Są to oleje o wysokiej jakości, które zapewniają odpowiednią ochronę przed zużyciem i osadami oraz stabilność w wysokich temperaturach:

• ACEA A1/B1 – oleje o niskiej lepkości, przeznaczone do silników o lekkiej konstrukcji; mają niski współczynnik tarcia oraz zmniejszają zużycie paliwa.
• „ACEA A3/B3 – oleje o wysokiej stabilności, odpowiednie do wydłużonych okresów między wymianami oraz do silników o wyższych wymaganiach.
• „ACEA A3/B4 – oleje przeznaczone do silników benzynowych i wysokoprężnych o wysokiej wydajności, również tych z bezpośrednim wtryskiem.
• „ACEA A5/B5 – oleje o niskiej lepkości i wysokiej trwałości, zoptymalizowane pod kątem oszczędności paliwa.

Tabela 3. Klasyfikacja jakościowa API dla olejów do silników wysokoprężnych (diesla)

Oleje silnikowe ACEA E ^[9]

 Grupa ACEA E obejmuje oleje przeznaczone do silników wysokoprężnych (diesla) stosowanych w pojazdach ciężarowych, autobusach i maszynach roboczych:

• ACEA E4 – oleje stosowane w silnikach wysokoprężnych w pojazdach ciężarowych i autobusach, które pracują w trudnych warunkach i przy wydłużonych przebiegach między wymianami.
• „ACEA E6 – oleje niskopopiołowe do silników wysokoprężnych z filtrami cząstek stałych (DPF) i układami recyrkulacji spalin (EGR), wymagające najwyższej ochrony i czystości silnika.
• „ACEA E7 – stosowane w pojazdach ciężarowych i autobusach, zapewniające ochronę przed zużyciem i osadami.
• „ACEA E9 – oleje niskopopiołowe, kompatybilne z DPF i EGR, przeznaczone do nowoczesnych silników spełniających rygorystyczne normy emisji spalin (np. Euro VI).

 Rozwój środków smarowych, zwłaszcza olejów silnikowych jest ściśle związany z rozwojem przemysłu motoryzacyjnego zwłaszcza w obszarze konstrukcji nowych silników lub modyfikacji już istniejących. Coraz większe wymagania stawiane silnikom pod kątem ochrony środowiska, zmuszają producentów do szukania nowych rozwiązań ograniczających emisje szkodliwych składników spalin. Stosowane w silnikach katalizatory i filtry cząstek stałych praktycznie wyeliminowały z olejów związki siarki i fosforu, które do niedawna stanowiły główne składniki dodatków przeciwzużyciowych. To samo dotyczy baz olejowych – coraz częściej wykorzystuje się syntetyczne oleje bazowe, aby spełnić wymagania odnośnie lepkości i wysokich temperatur pracy silnika. Ograniczenia te znacznie komplikują i zwiększają koszty opracowania i produkcji nowych olejów, które muszą sprostać wymaganiom współczesnych pojazdów silnikowych.

•  Monika Ziółkowska
Sieć Badawcza Łukasiewicz
Przemysłowy Instytut Motoryzacji

Bibliografia

1. https://glowny-mechanik.pl/2017/10/17/150-historii-olejow-smarow

2. https://oskolaf.pl/2025/04/historia-samochodu

3. https://www.e-autonaprawa.pl/artykuly/3242/rozwoj-olejow-silnikowych-dla-motoryzacji-cz-i.html#:~:text=Po%20wprowadzeniu%20miski%20olejowej%20i%20rozbryzgowego%20systemu,silnika%20najtrudniejszym%20wyzwaniem%20by%C5%82o%20stworzenie%20olej%C3%B3w%20silnikowych

4. https://gazeo.pl/poradniki/eksploatacja/Oleje-silnikowe,artykul,5606.html

5. https://intercars.pl/blog/historia/pierwszy-samochod-na-swiecie-czyli-kilka-slow-o-poczatkach-historii-motoryzacji-i-patentwagenie

6. https://moto.wp.pl/znasz-historie-oleju-silnikowego-6036892601279617a

7. https://specol.com.pl/pl/aktualnosci/doradca-olejowy--b1.html

8. https://truckfocus.pl/ewolucja-oleju-silnikowego-do-ciezarowek-na-przestrzeni-stulecia/81065

9. https://www.shell.pl/paliwa-oleje-i-plyny-do-chlod-nic/oleje-silnikowe-i-srodki-smarne/blog/klasyfikacja--acea.html