FAQ по модификаторам трения: борьба с килограммами

bmwservice — 08.11.2017 Короткая выжимка некоторых публикаций блога, она же FAQ:

Суть проблемы:

В современном двигателе содержится целый ряд узлов с контактным трением (в основном - скольжения) типа "металл-металл", не всегда и не полностью разделямых смазочным материалом. Следствием этого является не только физический износ, но и ощутимые потери мощности в неэффективных режимах работы (низкие обороты, холостой ход) и, что особенно важно, высокие потери в переходном процессе.

Простыми словами: металлы в контактных группах изнашиваются, режим разгона-торможения двигателем (включая эластичность) становится менее эффективным. За прошедшее время, ГРМ двигателей значительно усложнились, усилие на пружинах увеличилось в некоторых случаях (сплошь и рядом сейчас нормой становятся сверхфорсированные турбомоторы) до сотни(!) килограмм:


Конструктивно с этим (увеличившейся нагрузкой и потерями) пытаются бороться (за "экологию и расход топлива"), например, введением комбинированых пар трения типа скольжение-качение:


Но это, очевидно, лишь полумеры: невозможно столь стремительно адаптироваться металловедением и трибологией под чистую физику: сравним моторы прошлого и настоящего с одинаковым литражом блока. Классический M20B20 и современный B48B20: 120 л.с. против 255! 170 Нм против 350...  Как видно, рост форсировки более чем в два раза.
Кроме того, эти суперфорсированные моторы сегодня вынуждены таскать кузова существенно большей тяжести.

Хотя даже без этого, в ставших уже привычными 16-клапанных ГРМ умеренно по сегодняшним меркам форсированных двигателей, усилие преднатяга пружины составляет весьма серьезные 50-60 кг:


Все эти значения усилий почти точно соответствуют реальной нагрузке в паре кулачок-толкатель для типичной приведенной поверхности:


Как видно, в пиках имеем все те же десятки кгс на мм квадратный. Учтем, что смазанное трение вида сталь-сталь(чугун) имеет коэффициент около 0,1-0,05 (зависит от нагрузки и исходной шероховатости).

При стандартном современном ГРМ, с четверкой единовременно открытых клапанов, разговор пойдет о величинах эквивалентных 10-30 кгс/мм квадратный потерях на трение. Чтобы почувствовать их (потери), попробуйте провернуть двигатель "от руки" с ГРМ (свечи вывернуты) и без ГРМ.

Подобный натурный эксперимент с моментом страгивания двигателя можно осуществить и, например, запуская мотор газонокосилки. Но такие моторы, как известно, имеют низкие рабочие обороты, компрессию и, следовательно, сравнительно низкое усилие на старте.

Наглядный эквивалент переходного процесса нагружения - токовая характеристика стартера. Мощность страгивания может достигать нескольких кВт:



Формально перед нами 2 кВт в пике, 1,5 кВт среднего, на 0-300 об/мин. Самое интересное здесь - 0-200А за 0,2 с, с превышением уровня потребления установившегося режима вращения в два раза.

Что делать со всем этим?

1.Модификация поверхности трения - "металлоплакирование".

Минеральное плакирование выглядит так:


При помощи мягких металлов:

Подробнее:
https://bmwservice.livejournal.com/144200.html
https://bmwservice.livejournal.com/184459.html

Принцип действия: это своего рода "полироль" или "мастика" для поверхности. Первая фактически изолирует пары трения металл-металл, вторая - меняет характер их взаимодействия (изнашивания), внедряясь в поверхность.
Ресурс: в зависимости от нагрузки, десятки тысяч км.
Аналогия: натереть паркет и бегать.
Сравнительная эффективность: средняя и высокая, зависит от типа сырья и дозировки.
Наибольшая заметность при использовании: низкие и средние обороты.

2.Слоистые модификаторы трения:


Формально - сухая маслонерастворимая смазка.

Принцип действия: физически присутствующая в паре контакта скользкая микропудра графита, дисульфида вольфрама, молибдена, нитрида бора, фторопласта и подобной органики. Для максимальной эффективности применения требует завешиваемости в объеме масла при помощи ПАВ, поэтому часто продается в виде готовых продуктов (концентратов).
Ресурс: эффективность сильно снижается после очередной замены масла, так как значительная часть препарата выливается вместе с маслом.
Аналогия: просыпать на пол муку и бегать.
Сравнительная эффективность: от низкой до высокой, в зависимости от типа и дозировки препарата.
Наибольшая заметность при использовании: низкие и средние обороты.

3.Модификация масла как жидкости (трения в слоях жидкости).

Сюда можно отнести некоторые полярные и неполярные фракции: эфиры (эстеры), ПАО, PAG, кроме того, различные модификаторы с иными принципами действия, влияющие на межмолекулярное взаимодействие.

Принцип действия: влияние внутреннего трения в слоях жидкости возрастает по мере увеличения давления в системе смазки и пропорционально оборотам, в то время, как доля контактного трения пропорционально снижается.
Ресурс: эффективность при замене масла полностью утрачивается, так как препарат выливается вместе с маслом/составляет основу масла.
Аналогия: пролить на пол воду и заморозить.
Сравнительная эффективность: от низкой до высокой.
Наибольшая заметность при использовании: средние и высокие обороты.

FAQ:

1."Что ж все производители масел/присадок/моторов вокруг такие глупые..."
Уже в конце 20-х годов прошлого века, крупные и передовые маслокомпании США, типа Quacker State, стали использовать в маслах присадочные пакеты соединений фосфора и цинка. Они досуществовали до сегодняшнего дня и в своем современном виде известны под аббревиатурой типа ZDDP. Это типично плакирующая присадка с низкой, по сегодняшним меркам, эффективностью. Но без нее было значительно хуже, несмотря на то, что масла "вообще без присадок", API SA по современной классификации, они же автолы, просуществовали в мире до конца 70-х годов. Так что в любом современном масле есть примитивная, допотопная, но все же противоизносная плакирующая присадка.

2.С ZDDP общеизвестно, а остальные-то...
Соединения молибдена и графита в качестве модификаторов трения используют/предлагают, например, Motul и LiquiMoly. Как правило, у масел этих сортов нет и не может быть специфических "допусков", присваеваемых производителями стандартных присадочных пакетов, зарабатывающих на "допусках" деньги. Поэтому данные продукты просто не могут получить общерекомендательный пропуск на массовый рынок. Парадоксально, но они чаще всего еще и самые дорогие/сложные в линейке, а производитель бравирует заявлением типа "превосходит все известные допуски". Даже не "соответствует", а именно "превосходит":


Да, кстати, отличный вот вам отличный пример общедоступного масла с тремя технологиями разом: ZDDP как плакирующая, декларируются эфиры (полярная фракция - модификатор масляной основы) и молибден (слоистый модификатор трения).

Кроме того, более сложную модификацию "химии" масляной основы предлагает, например, такой известный премиум-бренд как Castrol:


Ну и так далее, если присмотреться, на самом деле. Тут вопрос только лишь выбора производителя/типа технологии.

3.Постоянно слышу про раскоксовывание плакирующими присадками... а при чем тут это?!
Плакирующая присадка, почти не важно на какой основе, должна неизбежно добраться до металла. Если на пути ее поверхностно активного материала в паре трения будет зола, его часть пойдет на ее оттирание:


Твердость зерен ГМТ, например, может достигать 2-3 единиц по Моосу. Медь, свинец, цинк, олово, сурьма - это те же 2-3 единицы по шкале.

4.Не "испортит" ли это хон?
Твердости несопоставимы. Пряжку можно начистить мелом и даже песком, но полировкой содрать звезду с нее невозможно.

5.Если технологий как минимум три, какую выбрать?!
Никто не мешает, буквально, натереть паркет полиролью и дополнительно присыпать ее мукой. Так как принципы действия различны, обе указанных технологии работают независимо. Модификация свойств жидкости тем более работает независимо, так как преимущественно эффективна выше по оборотам.

Дополнение следует...

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив