Смесеобразовательный блог (bmwservice) wrote,
Смесеобразовательный блог
bmwservice

Масло: не думай о секундах свысока. I часть.

results      
   Существует не так уж много способов тихо закрыть плохо смазанную дверь. Один из них - сделать это очень медленно. Таким образом, вы избегаете лишних механических  (и, разумеется, сопутствующих им акустических) потерь. Это превращение так называемого переходного процесса в процесс квазистационарный. Неподвижная дверь, как известно, не скрипит. Закрывая ее бесконечно медленно, вы гарантированно сделаете это беззвучно. Двигатель, в смысле механических потерь на трение, та же самая дверь - установившиеся режимы движения для него являются самыми благоприятными и эффективными - сдвинуть автомобиль с места заметно сложнее, чем поддерживать его прямолинейное движение. Раскрутить и затормозить маховик - тоже непросто. Поддерживать же его постоянное вращение - заметно легче.

Самые масштабные "металлические" потери на трение в двигателе - потери в механизме ГРМ. Толкатели клапанов преодолевают усилие примерно от 60 до 100 кг, при единовременном открытии, как правило, не менее 4-х клапанов. При значении коэффициента трения скольжения около 0,15, получаются потери усилием в несколько десятков килограмм. Заметно снизить такие потери призвано моторное масло. Считается, что смазывание позволяет снизить нагрузку на толкатели до 2-3 раз (немалый, кстати, получается "диапазон влияния"!). Правда в условиях реальной эксплуатации, им все равно непросто приходится.

Частотность нагрузки, распределение ее во времени (плотность) может достигать 50-60 ударных соприкосновений в секунду. Невозможно даже представить,чтобы моторное масло полностью разделяло бы соприкасающиеся поверхности. Это только в рекламе масляная пленка выдерживает десятки тонн. На деле, толкатель постепенно выкрашивается. Кулачок распредвала буквально "сковыривает" с него микрочастицы металла. По мере износа обоих, процесс только усиливается - поврежденная пара трения увеличивает взаимный износ.

Очевидно, что повышенному износу сопутствуют повышенные потери. Сравнительный анализ состояния пар трения после длительного пробега - хороший индикатор качества использованого масла. Но, очевидно, что не менее интересна и вторая составляющая "защиты от износа" - характеристика потерь переходного процесса - показатель эластичности (точнее - отзывчивости) двигателя. Меньше трения - меньше потерь на раскручивание двигателя и менее эффективнее процесс торможения им. Но как можно измерить этот процесс, чтобы прямо оценить эффективность масла не только в граммах износа, сколько в секундах?!

Провокационное и очевидное предложение про "загоним масло на мощностной стенд", на деле не позволяет измерить фактическую разницу. Такое измерение производится при полностью открытом дросселе, когда отношение механических потерь к полезной мощности минимально. Кроме того, такой процесс далек от переходного: подобное измерение сильно растянуто во времени - выкручивание двигателя до максимальной мощности может занять до полутора десятков секунд, в то время, как в обычном режиме разгона первая передача выкручивается раз так в пять быстрее...

Чуть лучше дело обстоит с измерением характеристик т.н "эластичности" - ускорение "с хода". Для наглядности его можно было бы выполнить на "неудобных" передачах. Например, разгон с 70 до 120 км/ч на пятой передаче. Это процесс, безусловно, переходной, использующий неприятное для двигателя движение "внатяг". Однако дросель в таком режиме все равно будет открыт полностью, так что измеримая разница будет больше зависеть от фактической моментной характеристики двигателя, чем от потерь трения в ГРМ.

Самым интересным решением, очевидно, выглядит телеметрия. То есть, дистанционный или не очень сбор статистики о конкретном заезде в предельно одинаковых условиях. Проанализировав и усреднив максимум информации о динамике автомобиля, возможно получить не только субъективные данные от пилотов, но и данные о параметрах работы двигателя, привязанных ко времени прохождения участка и даже конфигурации трассы. В таком заезде хватает разнообразной нагрузки на двигатель, а усреднение информации "по кругам" позволяет получить достоверную информацию...

Увы, но серьезная "спортивная" телеметрия - недешевое удовольствие. Даже пробная попытка имела бы немалую цену, что дополнительно отягчается отсутствием проверенной методики.

Но альтернатива все же существует - спортивные автомобили можно заменить... картами. Телеметрию - подробной статистикой гонки. Картинг вообще идеально подходит для попытки построения такой методики. Тип используемых двигателей - хорошо знакомые бензиновые, четырехтактные. Несмотря на абсолютные малый объем и мощность, их приведенные характеристики примерно соответствуют среднему уровню малолитражного гражданского автомобилестроения за последние лет так 50 (от "Волги" до "Жигулей"). На, примерно, 150 кг массы здесь приходится около 10 л.с. мощности. Двигатели раскручиваются до 4000 оборотов и имеют степень сжатия около 8,5.

Для проведения практических испытаний был выбран достаточно форсированный и мощный (по меркам любительского картинга) двигатель Honda GX-270.

Эффективный диапазон работы такого двигателя составляет примерно 1600 оборотов:
torque

А конструкция клапанного механизма отсылает в середину прошлого века:

gx-270

Сравнительные особенности эксплуатации двигателей такого типа хорошо видны на примере изучения деталей разрушенного мотора:
GX270_imglg

Например, игрушечные (в том числе и по рабочему профилю) кулачки распредвала хорошо сохранились даже несмотря на отсутствие полноценной масляной системы.
Нагрузка на них сравнительно невелика, что обусловлено рабочим профилем - высотой подъема клапана и невысоким усилием сжатия пружины.
camshaft_fist_closecamshaft_fist_macro

Чего нельзя сказать про состояние шатунных шеек коленвала - вот тут эффективность смазывания могла бы быть и выше. С другой стороны - обратите внимание - тысячи моточасов "полусухого" трения, как оказывается, совсем не помеха работоспособности мотора.
crankshaftcrankshaft_center_neck_close
Длительная эксплуатация в сложных условиях воздушного охлаждения приводит к хорошо знакомым проблемам, правда их выраженность заметно меньше:

piston_bodypiston_rings_macro
valves_closevalves_macro

Оставалось найти подходящий гоночный трек, карты и самих гонщиков...

Решающим фактором оказалось согласие помочь проекту картинг-клуба "10 дюймов":


Клуб не только предоставил полностью свободную трассу на время проведения испытательных заездов:
general (3)

но и помог с приглашением опытных пилотов:
near_formula

Мы постарались учесть все возможные факторы влияния, чтобы сделать эксперимент максимально результативным.

Перед заездом выровняли давление в шинах:
prepare-3

Контролировали рабочую температуру двигателя:
engine_temp

Масла:
oil_temp

Покрышек:
tires_temp

А также обязательно дозаправляли карты после каждого заезда:
gasoline

Маслобак каждого карта опустошался:
oil_remove-2

И заправлялся очередным типом масла:
oil_change

Заезды стартовали:
general (1)

В совокупности, каждый пилот проехал примерно 250 результативных кругов. Время непрерывного пребывания за рулем, с учетом прогревов, составило почти два часа...
Было собрано и обработано более тысячи результатов, которые мы подробно рассмотрим совсем скоро... ;)

Продолжение.
Tags: масло
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 68 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →