Износ: знай врага в лицо
Все без исключения результаты лабораторных анализов снабжены одним уникальным свойством - массовый износ металлов, в пересчете на единицу объема, или массы исследуемого продукта, ничтожен. Он пренебрежимо мал даже в абсолюте. Его можно не принимать во внимание. Это пыль. И это неудивительно, если вы читали материалы по маслу в этом блоге. Удивительно, скорее, как можно проводить больше часа на всем известном ресурсе. Именно столько времени требудется индивиду, чтобы понять эту непреложную истину. Положим, после одного шампуня у вас выпало три волоса, после второго - четыре. Невероятно, но факт: лично я советовал бы приобрести первый. Но что делать, если замеры сделаны на разных головах, последовательно, после завивки, расчесывания и подвешивания за волосы? Тоже рекомендовать к приобретению? Вам не удивительно, что вердикт большинством читателей выносится непосредственно после опубликования всего одного(!) сравнительного протокола?! Насколько вообще стабилен этот результат?! Насколько одинаковы были условия движения? Как можно вообще публиковать и, тем более, обсуждать, результаты, если существовал хотя бы один(!) факт промежуточного долива масла? Напомню, что в качестве эксперимента это было сделано для одного из исследуемых мной масел. Убедитесь, в том, что это заметно сказалось на результатах - сделало износ на интервале 5000 км отрицательным! 1 литр масла на имеющиеся 7, это пропорция всего лишь 1/8. Что же делать, когда нам показывают результаты по малолитражкам, где на 4 л масла в картере за пробег доливают целых три литра! Это, на минуточку, уже совсем не 1/8! В масло каждый раз добавлялся чистый объем, умаляющий практически имеющийся объем износа примерно на 25%. Какова корректность подобного эксперимента?! Что именно вы "видите" в результате анализа подобных цифр? Как это назвать? Методологически низложенный способ определения ничтожного износа?!
Точку в этом вопросе для себя лично, я поставил довольно давно,
заказав исследования трех отработок двигателей с разрушением поршневых колец и стенки цилиндра. Заключение было однозначным - содержание металлов в пределах нормы. В пределах лабораторной нормы. Уверен, лаборант и бровью не повел. Здорово, правда? Чудеса? Как это вообще могло получиться? Что это за нормы такие? Может дело не в норме?
Рассмотрим же внутренности обычного двигателя после весьма умеренного пробега, в возрасте 5-6 лет, не более.
Наблюдаем типичную картину (фото из сети):
Что бы там ни было с шейками - очевиден факт, что это износ неравномерный(!), ненормальный и... незаметный. Формально - вал не является кондиционным. В анализах же ничего не видно. Сомневаетесь? Свяжитесь со мной и мы опубликуем фото внутренностей вашего двигателя. При праведности ваших сомнений - исключительно за свой счет.
А пока сравним это с распредвалом из первого попавшегося в момент съемки двигателя BMW M54:
Никаких отличий в характере износа, однако, интересен не только сам факт такой катастрофы, сколько возможность ее отсутствия... на том же самом распредвалу.
Вот подряд фото трех шеек (перед нами все тот же распредвал):
С чего вдруг, запрограммированно (по умолчанию) равномерный износ имеет столь разные проявления? Слишком уж напоминает трение, последствия которого хорошо видны в другом узле автомобиля, в тех случаях, когда бывалый автолюбитель заподозрит трение в присутствии абразивных (твердых) частиц:
И это не единичный случай: это система, касающаяся абсолютно всех двигателей, эксплуатирующихся на маслах определенного типа.
Ответ на этот вопрос уже ранее был дан в серии статей "про масло", но посмотрим на причины своими глазами:
Перед вами сетчатые фильтры каналов масляного питания гидравлических муфт системы переменного газораспределения, находящейся в ГБЦ. Примечательно, кстати, что обычному бумажному масляному фильтру BMW не доверяет, раз такие фильтры дополнительно устанавливает. Глядя на фото можно согласиться, что установлены они как минимум не зря. Беда разве что в том, что внутри самой системы, зола столь же успешно образуется, что заставляет заклинивать клапаны, которые непосредственно управляют гидравлическими муфтами...
В итоге, фильтры работают разве что на "охрану периметра", в то время, когда враг рождается внутри... Снаружи хорошо видны частицы сульфатной золы, крайне стойкого, как вы помните, абразивного соединения. Перечитав статьи про масло, можно вспомнить, откуда и почему она возникает. Именно в присутствии таких частиц, мы получаем картину износа, аналогичную вышепредставленной...
Подобных отложений в ГБЦ огромное количество, если, конечно, вы "угадали" с маслом:
Но это были всего лишь шейки, которые в нормальных условиях вообще должны работать в условиях чистого гидродинамического трения... Гораздо интереснее другое - прямое, самое настоящее контактное трение скольжения должно наблюдаться по соседству: рассмотрим же внимательно фото совсем нестарого, уверяю, мотора BMW N52, обычный возраст мотора в таком состоянии - 5-7 лет:
Увеличим интересующий нас фрагмент:
Ничос-се, да? И это ГРМ современного типа, где некоторая часть трения скольжения заменена трением качения. Да, это относительно небольшой выигрыш, но все же он есть и лучше в природе традиционных моторов не бывает - это самая современная технология, немало усложнившая конструкцию ГБЦ.
Что же до классических механизмов ГРМ, повсеместно применяемых на практике, то иллюстрация места ожидаемого износа может быть еще более наглядной:
Напомню, что усилие преднатяга клапанной пружины составляет около 30 кг, усилие на открытие клапана - от 60 до 80 кг, когда же процесс становится частотным, это выглядит примерно следующим образом:
Click to viewВид снизу:
Кому достается в первую очередь? Разумеется, что кулачкам распредвала и толкателям клапанов:
Спустя какое-то время, они начинают выглядеть вот так, и это еще далеко не самый худший вариант:
Большинство мотористов опознают увиденное всего лишь как "работавший (гидро)толкатель клапана, еще походит".
Характер износа хорошо виден, несмотря на масштаб фото (очень неплохое состояние, кстати):
Внимание, важно: если вы мне продемонстрируете любой толкатель клапана после аналогичного пробега имеющей другое макро и микро состояние, эта часть работы будет расширена и дополнена. До того момента, я позволю себе утверждать, что любой известный мне аналогичный толкатель клапана BMW после пробега 100.000 км и выше (вскрыты десятки моторов такого типа) будет иметь аналогичный внешний вид и состояние, деградирующее пропорционально пробегу... Вышепредложенная иллюстрация произвольно взята из Сети и является доказательством того, что случайная выборка отражает общую тенденцию износа этой детали - внешнее сходство с имеющимися у меня образцами полное.
Впервые я заинтересовался практической стороной этого вопроса несколько лет назад, когда начал активно применять масла с модификаторами трения в практике. Было это единственно доступное масло такого типа - Motul 300V. Первое, на что обращаешь внимание - снижение шумности работы. Как вы думаете, откуда берется основная шумность двигателя на холостом ходу? Значительная часть шумовой нагрузки обеспечивается механизмом ГРМ. В механизме ГРМ - парой кулачок-толкатель. В привычных мне двигателях, как минимум четыре кулачка единовременно и синхронно ударяют по четырем толкателям. Все это происходит несколько раз в секунду, создавая характерный стрекот. И именно снижение этого фона натолкнуло меня на мысль о практическом критерии применения модификаторов трения, а точнее, способе его визуальной фиксации. Мой мотор в тот момент был почти новым, проверялся и инспектировался строго перед началом эксперимента. Гидротолкатели были близки к своему первоначальному облику - было с чем сравнивать. С тех пор прошло три года и примерно 80.000 км. За это время были испробованы и проанализированы всевозможные и интересующие меня технологии снижения трения, результаты которых я публикую сегодня.
Справедливости ради, напомню, что метод не нов и аналогичные методы зрительной оценки износа часто используются в рекламе, вопросы же вызывает не сам метод, а его параметрические величины - пробег, нагрузка и условия эксплуатации, за красивой картинкой этого чаще всего не видно:
"Прежде, чем попасть на полки магазинов, все масла Castrol Magnatec прошли серьезные отраслевые испытания. Эксперимент был проведен на кулачках распределительного вала -деталях, особенно подверженных износу. Поверхности, обработанные маслом Castrol Magnatec, остались в 15 раз более гладкими* по сравнению с необработанными, и в 100 раз более гладкими, чем шелк. Детали без специальной защиты молекулами Magnatec быстро становятся шероховатыми, царапины легко можно почувствовать, проведя по ним пальцем и отчетливо услышать неприятный скрипучий звук." - заявляет производитель.
"Серьезные отраслевые испытания". Хотя бы понятно становится, что имеется в виду, когда очередной раз читаешь про "серьезные сертификационные испытания" или еще, какие-нибудь, не менее серьезные... После таких серьезных, логично предположить, ничего не страшно: ни пробег Москва-Нью-Йорк, ни (какая мелочь!) в пробке московской потошнить... кулачки остаются в 15 раз более гладкими, ресницы владелицы автомобиля вместе с кулачками - на 30% более длинными. Идиллия масла, кулачка и ресниц. Как БФ на сверло, потребитель намотал на ус главное и принципиальное знание - износ побежден, если в мотор залито "правильное" масло... В 100 раз глаже шелка... главное, чтобы допуск был.
Сейчас от серьезных и профессиональных испытаний перейдем к нашим, кустарно-доморощенным, гаражным. Они заключаются лишь в том, что спустя 150-200 ткм пробега, мы всего лишь достаем гидротолкатель из работавшего двигателя BMW и смотрим на него в масштабе 15:1 - на 1 мм оригинального толкателя приходится экранных 15 мм, чтобы удобнее было разглядывать. Типичный вид толкателя изображен выше, крупно же его поверхность выглядит именно так:
Дополню это выборочными фотографиями нескольких гидрокомпенсаторов, изъятых из одного двигателя - задайте себе вопрос: одинаково ли их состояние (равномерен ли износ)?
Теперь сравним типичный образец с гидротолкателем, извлеченным из моего личного автомобиля, пробег которого даже больше (снизу):
Не успокоимся, сравнительно рассмотрим поверхности под углом:
А вот еще отличное пособие для любителей теории заговора - почти исходники, снятые объективами двух типов.
Важный момент: речь не идет про сравнительную количественную оценку износа. Речь идет о качественной оценке - износ или есть (снизу), или нет (сверху). Кроме того, у меня есть серьезные основания для заявления о "невидимости" этого самого износа для любой современной методики - судя по размерам выкрашиваемых частиц, они вполне могут оседать в фильтре. Задам один из первых риторических вопросов в этой статье (дальше будет больше) - что же именно измеряют любители лабораторных испытаний?
Спешу напомнить: износ металлов. Основной источник "железа" в отработке, скорее всего, это именно пара трения толкатель-кулачок. Допускается 100 ppm на 1 кг масла. Давайте посчитаем. В индустрии существует некая пропорция - условно, это 1 л масла на 1 цилиндр двигателя. Не так уж и важно, 8 у вас литров в V8, или 4 в R4 - пропорция и, следовательно, лабораторная норма вполне универсальна. Итого, за 10000 км из моего автомобиля допускается выкрошить 0,1 г железа на кг. Примерно около 0,7 г со всего двигателя. За 100.000 - 7 г.
За 200 ткм - 14 г. Это со всего двигателя, в пределе.
Реальные результаты износа (забавно, что почти не зависящие от моточасов) заметно меньше. Если не углубляться, то раз эдак в пять. То есть, около 3 г на 200.000 км. В двигателе с картинки присутствует 24 гидрокомпенсатора, с каждого из которых попросят 0,125 г массы. Хотелось бы верить, что ни с шеек, ни с других источников в двигателе, металл не расходуется, хотя это и не так. И вот сюрприз, каким бы ни было состояние гидротолкателя, фоновый уровень металлов в отработке будет примерно равным - цифры фактического износа моего двигателя хотя и небольшие, но вполне типичные. Куда же девается этот металл?
Прошу еще раз обратить особое внимание на характер износа поверхности гидротолкателя:
Как видно, нижняя поверхность - настоящий наждак для контактного трения. Состояние кулачков распредвала такого двигателя будет именно таким, как показано ранее и каковое я наблюдаю практически в каждом моторе старше 3-х лет:
И это поверхности после цементирования, закалки токами ТВЧ, "отбеливания" - упрочненные! Специально предназначенные для работы в условиях трения.
Пересчитаем "экранный масштаб" - самые мелкие поражения поверхности, заметные на экране, составляют величину около 3 мм. В действительности это, примерно, 0,2 мм, то есть, 200 мкм.
Тонкость отсева большинства масляных фильтров составляет 60-20 мкм.
Есть все основания полагать, что подобный, "аварийный" износ не будет виден ни при одном лабораторном анализе, что косвенно подтверждается полученными мной цифрами за длительный период испытаний моего автомобиля.
Ну а теперь, традиционные риторические вопросы к аудитории: скажите, это похоже на равномерный износ?! Это истирание? Что именно в "обычном масле" с "умными молекулами" защищает от подобных нагрузок? Куда здесь приложить индекс задира? Как тут насчет нагрузки сваривания? Похожа ли подобная нагрузка на износ в "диссертационной" машинке трения, куда здесь вообще можно приложить пятно износа? Эффективна ли используемая вот уже скоро 100 лет пресловутая противоизносная присадка ZDDP? Скажите, как вам сохранность гидротолкателя после масла, которое "одобрено разработчиком двигателя"? Имеет все "необходимые допуски"? Кстати, каково состояние лично вашего распредвала, в вашем личном двигателе, масло для которого вы покупаете в строго проверенном месте по двойной цене?
Приведу результат типичного эксперимента на ЧШМТ, критерий, на котором действительно построены многие диссертации:
Пятно износа действительно несколько меньше. Выходит, что одно масло количественно лучше другого! Характер же износа - совершенно идентичен. И каким образом это соотносится со всем вышенаписанным? Куда приложить этот результат? "Лабораторная" сталь ХЧ15 против упрочненного чугуна? Усилие 20 кгс против переменной нагрузки с совершенно другим профилем? И снова никаких заметных отличий для товарных масел любых типов и брендов подобная методика не обнаруживает, что, в прочем, характерно для практически любой другой известной методики...
Вот этот человек вроде бы точно знает о необходимости защиты пары трения кулачок-толкатель и все сделал для этого:
Невероятно бессмысленной является не только само измерение прочности масляной пленки. Она (пленка) воображается неким мыльным пузырем, устойчивым к порыву ветра туше слона. Про какие же 10-100-1000 тонн речь? Финальная фраза ролика не несет ровным счетом никакой смысловой нагрузки - именно на нее авторам следовало бы поставить слона... Если там действительно такая прочность, откуда вообще взяться износу?!
Этой вводной статьей начинается серия публикаций на тему современных разработок технологий модификаторов трения.
Вот тезисы, которые, как я считаю, требуют пристального внимания и понимания:
1.Характер износа в современном двигателе не определяется по аналогии с любой принятой на данный момент лабораторной методикой и, что более важно, вступает с ней в противоречие.
2.Определение количественного износа по общепринятой методике ICP крайне сомнительно, если в системе присутствует масляный фильтр и (или) количество крупных частиц износа относительно невелико.
3.Следует принять во внимание любые методики для противодействия проблемам износа такого рода и причинам, его вызывающим.
Продолжение следует...