Производство моторных масел для современных двигателей — наукоемкий процесс, в котором все начинается с разработки рецептур. Чтобы показать, как в России разрабатывают и производят высокотехнологичные моторные масла, я отправился на Московский завод смазочных материалов в подмосковном наукограде Фрязино. МЗСМ — одна из производственных площадок компании «Газпромнефть — смазочные материалы» (ГПН-СМ).
Научно-исследовательский центр (НИЦ) ГПН-СМ — единственная в России площадка полного цикла по разработке современных смазочных материалов. Что здесь имеется в виду?
Я уже неоднократно рассказывал, как устроена индустрия производства моторных масел и других смазочных материалов.
Все начинается с базовых масел, которые производят небольшое количество крупнейших производителей с собственной нефтепереработкой (а чаще, и добычей).
Последующая формулировка рецептур чаще всего происходит с учетом использования пакета присадок от одного из нескольких крупнейших мировых производителей. Пакет присадок — согласованная композиция из детергентов, ингибиторов, модификатора трения, противоизносных и противозадирных присадок. Также в моторное масло добавляют модификаторы вязкости, депрессорную присадку, антипенную присадку и иногда краситель. Создание рецептуры – сложнейший наукоемкий процесс, так как нельзя просто взять все и добавить — необходимо учитывать не только влияние присадок на свойства продукта, а еще и друг на друга.
Уникальность НИЦ ГПН-СМ — тут испытывают и создают свои собственные рецептуры пакетов присадок и их компоненты, производство которых налажено в России. Это стало возможным благодаря оснащению специальным оборудованием, не имеющим аналогов в России, а также опытной команде трибологов и химмотологов.
На первом этаже лабораторного корпуса нас встретил главный технолог завода — Дмитрий Олегович Кузьмичев.
Зачем нужно было создавать на заводе по производству масел Научно-исследовательский центр?
Первой задачей, по словам Кузьмичева, было обеспечить полный цикл собственного производства. Процесс разработки смазочных материалов достаточно длительный, и важная его часть — расширенные исследования за рамками спецификаций продукта в лабораториях НИР и НИОКР. Ранее для этих целей российские продукты отправляли в немногочисленные зарубежные лаборатории, где они оказывались в очереди с продукцией производителей из других стран. В прошлом году компания завершила оснащение Центра всеми самыми современными исследовательскими приборами и теперь все испытания проводит здесь. Таким образом, собственные исследовательские мощности и продвинутая лаборатория позволяют не тратить лишних средств и времени.
Вторая ключевая задача, решаемая организацией собственного НИЦ, не менее важна – разработка собственных пакетов присадок.
Используя знания и оборудованиe, специалисты НИЦ изучают компоненты, анализируют их взаимодействие и создают высокотехнологичные присадки и их пакеты. Это делает производство масел гибким и независимым.
Научно-исследовательская работа ведется в компании уже больше 10 лет, за это время ассортимент смазочных материалов превысил 1000 продуктов как для зрелой, так и для современной техники и оборудования. Создание НИЦ позволило сделать процессы более быстрыми и эффективными.
Например, в 2020 году на Омском заводе смазочных материалов налажено промышленное производство синтетической сульфонатной присадки – одного из важных компонентов в производстве моторных масел. Сегодня ряд продуктов с собственными пакетами присадок для дизельных и бензиновых двигателей успешно прошли моторно-стендовые испытания на мощностях ведущих автопроизводителей. Успешно произведены пилотные партии, и уже скоро такие масла поступят к потребителям.
На первом этаже НИЦ размещена аккредитованная испытательная лаборатория, осуществляющая входной и текущий контроль и паспортизацию продукции.
Лаборатория работает на современном автоматическом оборудовании, это не только веяние времени, но и насущная необходимость — цикл испытаний при поступлении продукции из цеха производства составляет 30 минут с момента поступления пробы в лабораторию до момента передачи результатов анализа в цех производства. Это позволяет своевременно выпускать нужные объемы продукции при высоком уровне контроля качества по всей производственной цепочке.
На втором этаже – научно-исследовательская лаборатория. Используемое оборудование, по словам представителей НИЦ, уникально — в России такого оснащения больше ни у кого нет. Но главное, конечно, это компетенции — люди.
Рассказ о том, как в НИЦ разрабатывают и исследуют масла, мы начали с
Натальей Юрьевной Геворкян — экспертом отдела исследования и разработок НИЦ ГПН-СМ.
Разработка моторного масла — и любого смазочного материала — начинается с технического задания, в котором перечисляются параметры, которым должен соответствовать готовый продукт.
Затем инженером-исследователем составляется экспериментальная рецептура, исходя из собственного опыта и наработок предприятия.
На предприятии используются отечественные базовые масла 2 и 3 групп, произведенные на собственных предприятиях ГПН, а также масла IV группы.
В 2023 году на площадке Омского завода смазочных материалов планируется пуск в эксплуатацию нового комплекса гидроизодепарафинизации. Он позволит ежегодно получать еще более 200 тыс. тонн базовых масел для современных моторных и индустриальных продуктов 2 и 3 группы. По ассортименту выпускаемой продукции таких комплексов в России еще не было.
Пакеты присадок, как уже сказано выше, в НИЦ в том числе разрабатывают самостоятельно.
С формированием рецептуры, изготавливается образец, который испытывается по основным физико-химическим характеристикам, которые прописаны в паспорте качества масла. Это кинематическая и динамическая вязкость при разных температурах, щелочное число, содержание сульфатной золы, серы, кальция, цинка, фосфора, температура вспышки и застывания, содержание примесей, параметры пенообразования и так далее.
После того, как полученный образец масла будет соответствовать всем базовым требованиям, с ним начинают проводить расширенные исследования, согласно требованиям производителей конкретной техники, для которой предназначено разрабатываемое масло.
Например, компания Renault требует от производителей масел проведения теста на образование высокотемпературных отложений — т.н. Micro Coсking Test. Сертифицированная для проведения данного теста установка есть и в лаборатории НИЦ.
Как говорит сотрудник отдела исследований и разработок новых продуктов Ирина Повх, данный тест наглядно моделирует смолообразование (лакообразование) при высоких температурах на плоских поверхностях двигателя (это и клапана, и поршни). По мнению экспертов НИЦ, тест актуален и для любых других масел, так его используют в испытаниях разных моторных масел, независимо от того, требуется ли для них такой тест производителем целевой техники.
Масло наносится на металлическую пластину, установленную на стенд, под наклоном в полтора градуса. Температура “холодной” и более высокой стороны — 230 градусов Цельсия, горячей — 270 градусов. Результаты теста, выполняемого в течение полутора часов, сравниваются с референсными пластинами — абсолютно чистой и с максимальным лакообразованием.
Для сравнения используется специальный оптический сканер, который самостоятельно анализирует уровень загрязнения пластин и выдает оценку в виде балла.
Для тестового масла G-Energy Active 5W40 тесты показали результат в 8.7 балла из 10 – хороший запас относительно разрешенной семерки.
Соседняя установка проводит Hot Tube Test, который позволяет оценивать смолообразование, но не на плоскостях, а в трубках — то есть в масляных каналах.
Еще один из важных тестов — измерение деструкции полимера. Дело в том, что в масла добавляют специальные полимеры — модификаторы вязкости, работа которых оценивается по двум ключевым параметрам — загущающей способности и стойкости к деструкции (механическому разрушению). Надо сказать, что в составе масла стоимость модификатора вязкости весьма значительная (как и пакета присадок), поэтому некоторые производители масел склонны на этом экономить. Вопрос в том, что в процессе эксплуатации модификатор вязкости подвержен механическому разрушению, вследствие чего масло теряет свои свойства — например, становится слишком жидким при высокой температуре и начинает банально “угорать”. А потеря заданных свойств может повлечь повышенный износ деталей двигателя.
Для теста на деструкцию полимера используется установка на основе дизельной топливной форсунки, через которое заданным числом циклов (30 или 90) подается масло. Деструкция полимера в установке имитирует его изменения в двигателе при контакте компрессионного кольца и стенки цилиндра.
После заданного числа тестовых циклов (например, 30 или 90), за которые установка будет гонять масло по кругу через форсунку, образец отправляется на автоматический вискозиметр.
С его помощью проверяют, осталось ли масло в своем классе по вязкости. Тестовый образец лишь немного потерял в кинематической вязкости на 100 градусах, опять же, с запасом в пределах допусков.
Вибрационный трибометр помогает досконально оценивать трибологические свойства масла — трение, износ, смазку.
По сравнению с распространенными четырехшариковыми машинами трения — это космический корабль по сравнению с паровозом. Свойства масел тут можно исследовать гораздо более гибко и точно, имитируя как усредненный двигатель, так и какой-то конкретный. Зная температурный режим, ход поршня, рабочую частоту вращения коленвала, и другие показатели конкретного двигателя, испытатели могут с легкостью внести изменения в программу испытаний, и получить максимально точный результат. Но для обычных масел все-таки используют усредненный набор параметров согласно требованиям автопрома.
Популярная у производителей смазочных материалов четырехшариковая машина трения позволяет эффектно сваривать четыре стальных шарика при наступлении предела фрикционных свойств испытуемой смазки.
Но по большому счету, настраивать тут можно только температуру. Трибометр имеет возможность смены пар трения, регулировки усилия, амплитуды, частоты, температуры.
Специализированный высокотемпературный вискозиметр позволяет определять динамическую вязкость масел при высокой температуре и высокой скорости сдвига.
Схематически, тестовая установка включает в себя конический подшипник, в котором между ротором и статором находится масло. Создаваемый им момент на валу при температуре в 150 градусов Цельсия пересчитывается в показатель вязкости.
Проведение этих и других исследований дает специалистам максимум информации, необходимой при тестах и разработке новых продуктов.
После успешного завершения программы расширенного лабораторного тестирования, изготавливается очередной образец масла, который направляется на моторно-стендовые испытания. Выдержав их, масло направляется на полевые испытания, где накатывается определенное количество моточасов. После прохождения всех полевых испытаний и получения всех допусков данная рецептура выходит в производство. После чего — паспортизация, и лишь потом масло направляется на производство, то есть, блендинг.
В среднем до того, как попасть к потребителю один продукт проходит до 800 испытаний.
В цех блендинга все ингредиенты сложного высокотехнологичного коктейля под названием “моторное масло” попадают по трубопроводам.
В работу вступает полностью автоматическая установка поточного смешения, в которой с высокой точностью дозируются компоненты и одновременно подаются через индивидуальные трубопроводы.
Оператор производства выбирает на компьютере рецептуру, выданную технологом и щелчком мыши запускает в производство. Система сама отмеряет необходимое количество компонентов, активирует запорную арматуру и насосы, и автоматически подает необходимое количество того или иного компонента в общий поток.
После окончания работ трубопроводы также автоматически герметично очищаются при помощи специального поршня.
Уже готовое масло направляется в цех фасовки. Масло разливается как в канистры 1, 4 и 5 литров, так и в 205-литровые бочки для крупных покупателей.
Одновременно на заводе во Фрязино работает 7 современных линий фасовки с подачей канистр по вертикальному конвейеру.
Канистры едут по линии, в них заливается масло,
закручивается крышка, наклеивается наклейка,
затем происходит упаковка в коробки.
Все происходит автоматически, включая отбраковку канистр при помощи лазерных датчиков — важно, чтобы была точно до миллиметра докручена крышка, без изъянов наклеена этикетка и вообще не было внешних дефектов. Готовая продукция в коробках транспортируется на склад.
Вот так вот в России разрабатываю и производят современные моторные масла. А вы что думаете на этот счет?
***
Читайте также другие мои производственные репортажи:
— Как делают радиаторы
— Как делают пластичные смазки в России
— Как делают тормозные колодки в России
— Как делают шины в России
— Как делают Lada Vesta
— Как делают автомобили Mitsubishi в России
— Как делают автомобили Nissan в России
— Как делают автомобили Mercedes в России
— Как добывают уголь в России
— Как в России делают силикатный кирпич
— Как в России делают лодки-болотоходы
