Смесеобразовательный блог (bmwservice) wrote,
Смесеобразовательный блог
bmwservice

Модификаторы трения

        Практически все, что доступно к приобретению и испытанию в области эксплуатации автомобиля, я стараюсь испытывать и исследовать практически с момента появления таких технологий в свободной продаже. Более того, достаточно долгое время, в блоге даже висело объявление по поводу бесплатного испытания любых препаратов (прежде всего - смазочных). Через какое-то время, в практике обращений сформировались устойчивые тенденции в классификации предложенных методик. Основные (но не все) предложения по испытаниям касаются поверхностно-модифицирующих (например, ГМТ-составов - "микрошлифовка"), металлоплакирующих ("мягкие" металлы, буквально втираемые контактным трением в поверхность), а также препаратов на основе довольно распространенных на рынке хлорорганических соединений. Предложений много, гораздо хуже дело обстоит с информированием потенциальных покупателей.

Дело в том, что со стороны практически любого производителя по отношению к потребителю, так или иначе наблюдается некоторое лукавство, в виде своеобразно выстроенной линии обороны: "все уже давно испытано и работает, вот же картинки, нарисованные нашим художником". Объяснение этому также находится довольно быстро,

так как со своей стороны отчетливо понимаешь, что "натурное" испытание препарата такого рода требует не только много времени, немалых финансов, но и мало-мальски объективной методики. Для того, например, чтобы получить вот такие результаты, потребовалось каких-то три года практической эксплуатации "на результат". Существует хотя бы один производитель чего-либо, опубликовавший что-то аналогичное, хотя бы лабораторное на "живых" деталях двигателя?! Буду рад с ними ознакомиться. Поиском находятся только какие-то пластинки металла (в т.ч. меди), испытанные на все что угодно, включая (ужас какой) коррозию! В двигателе! Не путайте с фреттингом, который действительно возможен.

Лишь немногие из инноваторов "чего-то там" могут себе позволить (и позволяют) худо-бедно откатывать (и откатывают) лабораторные циклы. Но тут же возникает закономерный вопрос: какое отношение имеет постоянно молотящий, в течение сотен часов на номинальных оборотах, какой-нибудь тихоходный "лабораторный" "ДагДизель", залитый маслом типа М8, к реальной эксплуатации современного автомобиля?! Куда умнее было бы найти подубитый жигуленок и сделать пускай и "нелабораторный", но более приближенный к реальности эксперимент. Кстати, опять же - какого рода?  На формирование бесконечного ресурса, или на "оживление" мотора любого рода?

Давно прошли времена многолетних и многомиллионных (по бюджету и километражу) романтичных испытаний-пробегов, которые были характерны для середины XX века. Что же сейчас даст "частный случай с жигуленком" для формирования системных продаж? Специфика выбора автомобиля "на попробовать" должна учитывать целый ряд особенностей, от конструктивных до эксплуатационных. Потребляющие масло в равном объеме 20-летние "Жигули" и 5-летний BMW - совсем не одно и то же, несмотря на схожесть, причины там совершенно различны. Любой положительный эффект от применения должен рассматриваться, скорее, как ожидаемо не универсальный, нежели подходящий "по аналогии" к любому двигателю. С другой стороны, что даст честный и объективный "миллионный" пробег на стенде или тот же пробег по реальным дорогам, но "без пробок"?

Многим ранее, в материалах по маслу я уже публиковал несколько подобных испытаний, проведенных, что называется, "по всей строгости". Результаты там были ожидаемые - двигатель едва изношен. Казалось бы, после миллиона км и износ минимален, едва вообще заметен, почему же тогда аналогичные примеры из "обычной" практики являются единичными и преподносятся общественности едва ли ни как событие мирового масштаба в жизни того или иного бренда?


Это же должно быть обычной практикой! Если там пройден миллион вообще без видимого износа, то в реальной жизни, ожидаем хотя бы столько же до капремонта - какие проблемы-то?! Но обычна такая практика лишь для коммерческой техники: примеров тому полно, но как там это совершенно обычно, то даже не заслуживает обсуждения. Почти каждый "грузовик" без капремонта легко отхаживает 1-2 млн км и говорить про это нечего, в то же время, едва дожившая до такого пробега легковушка, становится воистину событием мирового масштаба. Причины этого феномена уже были неоднократно озвучены и обсуждены. Не буду повторяться.

Сейчас же акцент я хотел бы поставить на особенности предполагаемых "испытательных методик", нежели на ресурс. Самые лучшие "теоретические испытания" с большим бюджетом будут, по сути, повторять стендовые многомесячные пробеги на обычном моторном масле, результаты которых известны вот уж как лет тридцать минимум и результаты эти гласят, что используя обычное моторное масло (ОММ), износ вообще получить практически невозможно.

И что же, по-сути, призывает делать "прогрессивная общественность" любого производителя любой "нестандартной" присадки? А вот что: "испытайте вашу присадку "на стенде", где любое моторное масло совсем не показывает практического износа, а пока идут эти длительные испытания, мы будем выбирать лучшее моторное масло?!" Единственная возможность "выделиться" в подобном испытании, это продемонстрировать результаты худшие, чем при использовании обычного масла. Это было бы смешно, если бы не было правдой.

Условия, названные "специальными", оказываются совершенно нереальными, причем нереально легкими и это очевидно всем, кто хотя бы немного занимался изучением вопроса. Тем не менее, рассуждения про "допуски производителя", "испытания производителем", при полном отсутствии информации о практической стороне этих испытаний, являются основными и определяющими при выборе масла. У 90% российских (все же московских) пользователей современного "европейского" автопарка производства "большой тройки", двигатель "без проблем" не перешагивал даже отметку в 100.000 км, при условии строгого соблюдения всех требований производителя!

Очень странно было бы не пытаться всеми доступными способами отодвинуть этот рубеж, поэтому ничего более абсурдного чем лозунг  "не лейте туда ничего лишнего, туда уже все добавил производитель" придумать, пожалуй, невозможно.

Призыв "ничего лишнего" уместен лишь там, где можно только испортить. Если статуя простояла 2000 лет и за время "эксплуатации" у нее уже отбиты нос и уши, то, очевидно, продолжая таскать ее с места на место, есть ненулевые шансы что-то дополнительно отколоть и повредить. Если же грядка гарантированно пятилетних растений на четвертом году жизни начинает поливаться и удобряться не только водой, но и сиропом, бензином и хлоргексидином, то существует ненулевая вероятность, что вы наблюдаете за испытаниями, а  не за целенаправленным вредительством.

Основной фокус исследовательской деятельности должен быть направлен на недопущение эксплуатационных коллизий, а не на исправление уже возникших проблем. В саму технологию ремонта уже сложно внести что-то новое, значительно больше шансов воздействовать на сам эксплуатационный период.

Вернемся к присадкам.

Очевидно, что наиболее просты и податливы к испытаниям препараты "мгновенного" действия с обратимым результатом: вроде как "изъял из двигателя и все вернул обратно". К ним, очевидно, можно отнести почти все модификаторы (агенты) трения, включая и обычные присадки входящие в состав любого современного масла. Практически все, что способно формировать "прослойку" между парами трения (ZDDP, NB), сюда попадет и "скользкая органика", со всем многообразием углеродных модификаторов. Испытывать подобные технологии несложно: приобрел, залил, и результат можно наблюдать незамедлительно, любым доступным способом.

Ориентиром может быть что угодно, являющееся для индивида определяющим критерием, вплоть до того момента, пока означенный индивид не начинает урезать сам себе горизонты самодоверия. Тогда может потребоваться и инструментальный контроль - акустический, стендовый, контроль расхода топлива и так далее, если доступ к таковым имеется и точно знаешь что и для чего делаешь.

Вызывает недоумение, однако, попытка измерить и оценить переходные процессы любого рода на динамическом стенде, где ширина окна измерения составляет порядка 15-20 секунд.


Частным случаем такой порочной практики, является и попытка измерить влияние "качества" масла на внешнюю скоростную характеристику двигателя, где к отсутствию контроля и учета временного фактора добавляется еще и относительно малая часть потерь "на трение" в случае, когда дроссель, фактически, открыт "на максимум".

Ускорение является производной от скорости, эластичность, очевидно, должна быть своего рода "производной" от внешней скоростной, интегрально накопленной характеристики момента и мощности. Ни в каком виде не нужно смешивать эти понятия. Никому в голову, почему-то, не приходит возможность сравнения динамики двух автомобилей, с примерно равной максимальной скоростью. Эти самые околомаксимальные 250 км/ч один автомобиль может набирать 15 секунд, а второй едва наберет и за все 30...

Если на что и смотреть, то именно на скорость достижения этой величины. Мотор грузовика по запасу момента может мало отличаться от спортивного автомобиля и даже его заметно превосходить. Но все понимают, для получения динамики нужен не столько сам момент, сколько мощность - производная от момента - работа по времени.

Испытывать, очевидно, необходимо т.н. "эластичность", упор делать на "частичные нагрузки", когда дроссель не открывается полностью. Самое забавное, что испытывают (пытаются) все равно именно так, как выше описано, но ездят, в 90% случаев, по городу и совсем не "газ в пол", имея все шансы ощущать и не использовать то, что как раз "не видно" на стенде.

Более того, даже в момент разгона, все стараются обращать внимание как раз-таки на "отклик на педаль" - это самый настоящий переходной процесс. Его длительность под нагрузкой составляет величину не более секунды, а именно столько времени проходит до момента стабилизации давления в цилиндре, когда основной "всплеск" скачкообразного роста давления уже преодолен, двигатель уже начал раскручиваться и делает это все легче и легче, приближаясь к "полке" момента...

Необходимо определять и анализировать именно такие состояния, когда трение "важно" и "заметно", хотя это и не всегда просто. И одним из лучших и надежных способов определения результата, является репрезентативный анализ мнений водителей, профессионалов и не очень, просто знающих и понимающих свой автомобиль. Получение обратной связи по поведению двигателя, в совокупности с возможным инструментальным контролем, дает исчерпывающую картину полезности практически любого продукта.

Исходное качество "работавших" поверхностей трения у типичного автомобиля с относительно небольшим пробегом, предлагаю вам оценить самостоятельно, посмотрев на иллюстрации первой части статьи. Кстати, если вы когда-то меняли толкатели клапанов в своем автомобиле и вам показалось, что двигатель теперь работает потише и крутится полегче, то вам совсем не показалось. Все именно так и было и тому есть совершенно логичное объяснение.

Аналогичные наблюдения, связанные, очевидно, с оптимизацией "качества" рабочих поверхностей характерны и для применения многих добавляемых в масло модификаторов трения, которые входят в состав масла и способны взаимодействовать с поверхностью трения примерно вот таким образом (представлена упрощенная модель):

Заполнение неровностей_2

Еще вариант:
moly

Такие частицы, как видно, формируют "гладкий" приповерхностный слой, что заметно снижает контактное трение и время взаимодействия пары "металл-металл".


В "сухом виде", почти все известные модификаторы трения выглядят как пудра:
molybdenum-trioxideMoS2Hexagonal-Boron-Nitride-HBN-

Кстати, на правом фото т.н. "гексагональный нитрид бора" китайского производства довольно крупной дисперсии. Малосведующие граждане на полном серьезе рассуждают о возможности применить его на практике в автомобиле (реальная стоимость сырья такого качества 20-100 USD за кг), советую рассмотреть фотографию поближе и оценить (хотя бы "на глаз") размер частицы с пропускной способностью масляного фильтра (около 20 мкм, а если верить серьезным производителям, то и до 10 мкм). Существует ненулевая вероятность, в самом скором времени достать половину введенного сырья из фильтра, с учетом предлагаемых 1-5 мкм против "ксенумовских" 0,25 мкм, производимых на одном из заводов "Henkel". Подобное мелкодисперсное сырье (аналогичное применяемому Xenum) стоит заметно дороже, что, однако, не должно останавливать истинных экспериментаторов, которых спасает лишь то, что 99,9% из них никуда дальше этих самых разговоров и не продвинутся.
рhengst

Несложно сформулировать базовые требования к "присадкам" такого рода, а именно:

1.Размеры частиц должны с запасом соответствовать тонкости отсева масляного фильтра.
2.Стабильность характеристик вещества в условии высоких температур.
3.Хорошая адгезия к металлу - способность проявлять свойства полярности для формирования защитного слоя.


В результате, использование этих веществ дает возможность понизить трение скольжения в 3 и более раз, что в пересчете в абсолютные единицы, при условии трения смазанной пары вида сталь/сталь (к.т. около 0,15), должно понизить коэфф. трения до уровня около 0,05 и даже ниже. В абсолютных цифрах, это можно было бы представить рассмотрев потери на открытие 4 клапанов единовременно, как это обычно происходит в единицу времени в современном двигателе. Усилие открытия каждого клапана составляет около 60 кгс, что в сумме дает примерно 240 кг. Потери на трение, соответственно, составят почти 36 кгс. Рассмотрев снижение трения хотя бы в три раза, получим немалую разницу в 24 кгс для ГРМ обычного автомобиля.

Различия внутри самого класса модификаторов трения, главным образом, с фактическим размером частиц и концентрацией их в готовом продукте, а также потенциальной температурной стабильностью и процессами, связанными с изменением качества самого вещества под действием температуры.

Нитрид бора, при прочих равных, может иметь заметное преимущество по температурной стабильности (заметно выше 800 градусов Цельсия, против 400-500 у молибденосодержащих соединений). Какой-нибудь новомодный дисульфид вольфрама - преимущество в потенциально достижимом коэффициенте трения. И так далее. В конечном итоге, будет немаловажна даже удельная масса - это влияет на способность удерживаться в растворе под действием гравитации.

Вызывает легкую иронию неподдельная радость пользователей масел с незначительным содержанием "легкого" moDTC, практически не дающего видимого осадка, на фоне заметно более дорогих (ключевое слово, для производителей) и тяжелых дисульфида вольфрама или того же нитрида бора, такой осадок, разумеется, дающих. Первые же секунды работы двигателя, после сколь угодно длительного простоя, эту "разницу" целиком уничтожают: масло в двигателе "взбалтывается" под давлением до 5-6 атм и фантастическим расходом до сотни литров в минуту. Чтобы ощутить этот факт на практике, достаточно снять клапанную крышку, завести двигатель и хорошо нажать на газ...

В самом "ужасном" случае, даже если автомобиль простоял год и весь свободный присадочный компонент осадился на дне картера, это всего лишь равнозначно секундам работы двигателя на "обычном масле" без тех частей присадки, которые не успели высадиться на поверхность металла. В сам же момент запуска, очевидно, на металле присутствует все тот же NB, или moDTC. Спустя минуту, масло уже перемешано до полностью рабочего состояния. Невероятно, но вопрос про эту "проблему" был одним из самых частых, хотя суть опасений, уверен, не вполне ясна любому вопрошающему...

Если же мы будем рассматривать предлагаемые промышленностью продукты (то есть, уже готовое моторное масло) с точки зрения эффективности, то прямое сравнение использованных элементов будет не всегда корректным - концентрация активного компонента может заметно различаться от бренда к бренду. Сложно прямо противопоставлять, например, 500-600 ppm MoDTC у многих распространенных "тюнинговых" масел, тому же Xenum WRX с его 1800-2000 ppm hNB.

Вполне возможно, что заметное преимущество последнего связано, например, не только с концентрацией, но и с самим размером частиц. Но не с самим "модифицирующим" компонентом.
zddp
Как видно на гистограмме, для разных модификаторов существует не только прямая зависимость от концентрации, но и предел насыщения, когда дальнейшее увеличение концентрации уже не приносит улучшения.

Думаю, такие зависимости существуют и для различной дисперсии сырья, что применимо к многим модификаторам. Так, например, тот же гексагональный нитрид бора возможно приобрести и использовать в размерах от 100 до  5, 2, 1.5, 0.5, 0,25 и 0,07 мкм!

Так что не корректно говорить, что модификатор "один" эффективнее модификатора "два", если нету гарантии хотя бы равной концентрации его в продукте. Сравнению подлежат только готовые продукты - сами масла.

Также хотелось бы отметить, что допустимая в индустрии шероховатость пары кулачок-толкатель составляет примерно 0,32-0,63 мкм (8 класс шероховатости), поэтому неплохо бы соизмерять предполагаемые к использованию частицы с этой величиной, если вы надумаете экспериментировать самостоятельно и рассчитываете на прямой эффект от применения. С другой стороны, изношенный двигатель, чаще всего имеет заметно более "грязные" поверхности трения и эффект будет на нем ожидаемо заметнее даже при условии применения частиц более крупной дисперсии.

Примечательны также и некоторые исследования "механизмов работы" подобных присадок, в плане их взаимодействия с поверхностью деталей в двигателе. При высоких температурах, возможно, происходит также и модификация (адсорбция) рабочей поверхности с образованием соединений железа и серы (в случае дисульфида молибдена, например), поэтому не стоит рассматривать исключительно один лишь механизм снижения трения ориентируясь, только лишь на "лабораторные коэффициенты" трения этих веществ в приповерхностной зоне.

В целом, хотелось бы еще раз отметить сравнительно простой и доступный (во всех смыслах) способ применения и оценки подобных "технологий", но и это не поможет тем, кто привык  оценивать и осуждать технологии исключительно по картинкам в Сети.

О более сложных препаратах и технологиях поговорим в следующей статье...

Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

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