Первый автосервисный журнал
Издается с 1997 года

Моторное масло в машинах трения

Моторное масло в машинах трения

Мечта любого потребителя – найти такое масло, которое одновременно обеспечит ему отсутствие износа автомобильного двигателя, его максимальную мощность и заодно снизит расход топлива. Однако вынужден разочаровать: что бы ни писали в рекламе, но реально это неосуществимо.

Прежде чем приобретать любой смазочный материал (а в случае производителя – базовые масла и присадки), покупатель должен выстроить для себя приоритеты: что ему важнее? Максимальный ресурс? Максимальная мощность? Минимальный расход топлива? И только после этого начинать анализировать рынок масел – не поддаваясь на яркие и «завлекательные» объявления о том, что какой-то продукт обладает «чудодейственными свойствами», способными превратить старый двигатель в новый. Чудес, к сожалению, не бывает. А бывает грамотный подбор продукта, который даст реальный эффект.

Есть несколько критериев выбора смазочных материалов, а также фирм-производителей – попробуем в них разобраться.

В машинах, созданных в
Институте машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН), используется принцип непрерывного измерения износа
В машинах, созданных в Институте машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН), используется принцип непрерывного измерения износа

Например, если на этикетке препарата написано, что его применение экономит 7% и более топлива, то можно дальше не читать. Потому что если даже удастся свести потери на трение в узлах двигателя к нулю, то экономия топлива составит не более 7%.

Чтобы снизить энергетические потери, можно идти двумя путями. Либо, используя высоковязкий смазочный материал «А» (рис. б), заставить все пары трения, дающие в сумме более 90% потерь (поршни, поршневые кольца, коренные и шатунные подшипники, кулачки и подшипники распредвала), работать в области минимальных значений момента сил трения Мmin. Либо перей­ти на менее вязкий материал «Б», который на режиме холостого хода Vxx будет работать, изнашивая граничные защитные пленки на трущихся поверхностях (рис. в).

Первое недопустимо, потому что в этом случае будет использоваться менее 50% мощности двигателя. Второе чревато резким износом пар трения. В обоих случаях специфика возвратно-поступательного движения поршней (в ВМТ и НМТ скорость поршня равна нулю, а моменты сил трения в этих областях достигают максимальных значений) накладывает серьезные ограничения на возможности снижения трения. Однако, используя менее вязкие смазочные материалы, можно вдвое снизить потери на трение в коренных и шатунных подшипниках, кулачках и подшипниках распредвала (или распредвалов в современных многоклапанных двигателях). Кстати, эти потери составляют около 45% всех потерь на трение в ДВС.

Можно подсчитать, что экономия топлива при этом составит менее 1,6%. С учетом мизерного снижения потерь в цилиндропоршневой группе можно сказать, что уменьшение потерь на трение в ДВС, достигающее 2%, – это блестящий результат.

Но к сожалению, он может быть существенно омрачен низким ресурсом. Дело в том, что сплошная гидродинамическая смазочная пленка между трущимися поверхностями (рис. в) в этом случае гораздо тоньше, чем в таком же диапазоне скоростей скольжения у высоковязкого смазочного материала. Кроме того, скорость скольжения холостого хода Vxx оказывается ниже скорости скольжения V2Б, при которой возникает сплошная гидродинамическая смазочная пленка – главный фактор, обеспечивающий длительную и почти безызносную работу.

Особо следует остановиться на «прилюдных» экспериментах с использованием, в частности, машин трения. Демонстрируемые (в том числе и на выставках) «поразительные» результаты снижения трения и износа имеют, как правило, ту же природу, что и при механической обработке металлов.

Например, при токарных работах, сверлении и т.д. применяются различные жирные кислоты, в том числе и олеиновая кислота С18Р34О2. Взаимодействуя с металлами, она создает на трущихся поверхностях металлические мыла, что приводит к некоторому снижению твердости (разрыхлению) поверхностного слоя и «деликатному» его удалению.

Отсутствие омыленных поверхностных слоев, например, в гипоидных и тяжелонагруженных передачах может приводить к катастрофическим видам износа, таким как заедание и задир, с полным выходом узла из строя. Поэтому добавки, имеющие такое же воздействие, что и олеиновая кислота, могут использоваться в ступенчатых КПП и в ДВС, но в строго дозированных количествах. В противном случае они, слишком активно взаимодействуя с материалами синхронизаторов и вкладышей, быстро выводят их из строя.

Вернемся к началу разговора. Потребители приобретают смазочный материал, руководствуясь рекомендациями фирмы-производителя. Более «продвинутые» хотели бы иметь рекомендации для поиска оптимального смазочного материала – в соответствии с собственными приоритетами.

Однако существует парадокс – фирмы-производители не знают, какой смазочный материал образует при трении наиболее толстую (при данной нагрузке, температуре и скорости) разделяющую трущиеся поверхности смазочную пленку. А если и знают, то не публикуют эту информацию. А ведь более толстая смазочная пленка обеспечивает, кроме всего прочего, при существующих воздушных, топливных и масляных фильтрах снижение повреждаемости трущихся поверхностей из-за неизбежного наличия в масле абразивных частиц.

Фирмы-производители также не знают (или не публикуют) данные о том, при каких скоростях относительного перемещения трущихся поверхностей, в каких скоростных диапазонах VА или VБ при данных нагрузке и температуре у различных смазочных масел существует сплошная гидродинамическая пленка (рис. а). А ведь максимальная скорость, при которой еще существует сплошная смазочная пленка, – важнейший параметр, обеспечивающий при заданном ресурсе реализацию автомобилем максимальной мощности и надежности.

Прецизионные машины трения, созданные в Институте машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН), позволяют получить точные и объективные данные о свойствах масел
Прецизионные машины трения, созданные в Институте машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН), позволяют получить точные и объективные данные о свойствах масел

Таким образом, на этикетке следовало бы отражать ранг смазочного материала в соответствии со следующими параметрами.

Во-первых, реальным сроком службы вязкостных (загущающих) присадок. У некоторых загущенных масел задолго до срока смены из-за деструкции и других факторов вязкость снижается почти до вязкости базового масла.

Во-вторых, реализуемой толщиной смазочной пленки.

В-третьих, максимальной скоростью V4А или V4Б, приводящей к разрушению сплошной смазочной пленки, – Hi, Mild, Low.

В результате потребитель получит информацию о несущей способности смазочного материала, которая зависит от совокупного влияния температуры, давления, скорости сдвига, теплоемкости, стойкости вязкостных присадок и т.д.

Кроме того, было бы полезно знать, через какое время несущая способность пленки уменьшится на 10, 20 или 50%.

Все эти данные более полно отражают реальную способность смазочного материала предотвращать выход узлов трения из строя.

Здесь возникает еще один важный вопрос – насколько объективные данные могут публиковаться на этикетке?

Широко распространенные сегодня в испытательной практике машины трения используют испытательный контакт «шар – плоскость» (возвратно-поступательное или вращательное движение плоскости), а также «шар – цилиндрическая поверхность» (вращательное движение цилиндра).

Главный недостаток этих конструкций – отсутствие постоянства параметров исследований в течение одного опыта и от опыта к опыту. А ведь постоянство параметров является основой корректного экспериментального исследования.

Этот недостаток связан с тем, что в результате изнашивания тел, образующих зону трения, постоянно увеличивается площадь контакта, на которую приходится нагрузка. Проще говоря, вначале шарик касается пластины или цилиндра в точке, но в процессе опыта эта точка постепенно становится пятном. Так что в течение опыта давление и, соответственно, температура в зоне трения падают. Но при этом в каждый конкретный момент времени их величины неизвестны (измерить их невозможно технически).

Альтернативой контактам «шар – плоскость» и «шар – цилиндр» являются конструкции машин трения с эффективными, малоинерционными системами самоустановки трущихся поверхностей. Они позволяют (при неизбежных «неидеальностях» изготовления деталей, образующих испытательный контакт трения) обеспечивать постоянство формы эпюры давлений – независимо от тепловых и силовых деформаций, а также износа.

Кроме того, в этих машинах, созданных в Институте машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН), используется принцип непрерывного измерения износа, существенно повышающий корректность и точность измерений.

Например, проведенные на прецизионных машинах экспериментальные исследования моторных масел класса SAE10W-40 различных фирм, представленных в России, показали значительную разницу в величинах их несущей способности – около 40%. А это может (при ошибке в выборе масла) привести к снижению ресурса двигателя в 2–3 раза…

Павел Чхетиани, научный сотрудник Института машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН)

Адрес редакции

111033 Москва, ул. Самокатная, 2а, стр.1, офис 313

На карте

Контакты

Тел.: (495) 361-1260

E-mail: отправить письмо

Социальные сети

Журнал «АБС-авто» © 2017, все права защищены