Трение часть 1

Трение. Начало. ч.1 (v1.1 - от 26.11.2020)

        Вот уже скоро как пару десятилетий(!) в Cети существуют сообщества самозваных анонимных инженеров, занимающихся сбором металлической пыли в мутных масляных жижах.

Блог, кстати говоря, отнюдь не ставит себе целью насильно нашпиговать жемчугом Здравого смысла каждую свежеотловленную форумную свинью - ничего подобного - даже напротив: без них, я бы таким странным исследованием может быть никогда бы и не занялся - в каком-то смысле, Блогу даже глупо ставить под угрозу снижение их популяции.

Может быть стоило бы даже поощрять своеобразный масляно-муравьиный перпетуум-мобиле: даже сообщества поиска инопланетной жизни имеют больше шансов на успех ее обнаружениея, чем наши подопытные - "лучшего масла" - так что, уверяю, время им вовсе не помеха. Пока ДВС еще существуют, так и будут продолжать искать "самое лучшее" и "самое переливаемое на морозе", которые даже не обязательно совпадут.

Зато как увлекательно: некоторых неотвратимо затаскивает в эту досуговую воронку! Интересно, а есть ли вообще в природе аналогичные феномены? Ну типа форумы про поиск лучшего шампуня, молока, или банки шпрот? За что такая честь именно МОТОРНОМУ МАСЛУ - совершенно рядовой жидкости, никакими особыми сложностями и отличительными чертами не обладающей. С позиций износа, она, грубо говоря, или есть, или ее нет - второе значительно хуже. Остальное все нюансы, но уж точно - не со стороны изнашиваемости.

Вы думаете, что МОЛОКО или ШАМПУНЬ принципиально ПРОЩЕ? А антифриз? Омывайка? А тормозуха?! Ну ок, давайте тогда рассмотрим БЕНЗИН(-ы): они заметно сложнее. Этот (ключевой для автомобиля, между прочим) класс жидкости вообще задается довольно общо: через границы испаряемости. "Внутри" там может быть что угодно - параметров вагон, присадки и ТУ - совершенно разные. Технология производства (сложность) ничем маслу не уступает и не особо от нее отличается. Ну и где можно погрузиться в дебри специализированных форумов про БЕНЗИН?!

Хочу реально посмотреть, кто "Лукойл" от "Газпромнефти" через самый современный хроматограф рассматривает, прямиком со своей кухни в Бутово, сквозь призму широты познаний, приобретенных в заочном ветеринарном техникуме, утоляя жажду Бензиновой Истины алкилат-нафталиновым угаром своих единомышленников. Увы, пока только мечтой остается такое почитать. Поэтому пока вернемся к маслу...

Самому маслу в ДВС, напомню, уже более ста лет, а подобный "поиск лучшего" (сюрприз-сюрприз) начался сравнительно недавно - примерно в 2000-е, как только аппаратура из области криминалистики и фармакологии была удачно применена в интересующей нас области. Более того, снова повторюсь, масло как продукт стало сравнительно интересно лишь с момента принятия норм API - первая половина 70-х. И тут тоже будет ссылочка: тут тоже объяснял почему. До этого момента, больших денег и маржинальности в этой области просто не крутилось - масло просто БЫЛО и машины ПРОСТО ездили. Ломались, кстати, вряд ли чаще - современные, напомню, до ремонта по истиранию НИКОГДА не доезжают. Износ ГРМ и ЦПГ в буквальном смысле (истирание поверхностей) - вопиющий нонсенс в бытности современного автомобиля.

Я сейчас немного и показательно дайджестирую (со ссылками) только по той причине, чтобы четко прослеживались и были видны корни начала сегодняшнего разговора: открытым текстом говорю - "современного масла" официально не существовало примерно до начала 70-х, а НЕофициально его не параметрировали примерно до 2000-х. Более-менее серьезно начали (с достаточной в контексте "исследования" наших форумчан точностью и на потоке) - не далее лет десяти назад. Официального же "поискового" параметрирования отработки масел для гражданской техники до сих пор НЕ существует и существовать в природе НЕ может.

Ни один реальный лабораторный норматив, если бы вы вздумали его притянуть к гражданским автомобилям, вообще не может быть преодолен, при условии нормального хода эксплуатации, ни на одном из существующих двигателей. Повторю: существующие лабораторные нормативы, о чем вроде бы должен знать каждый м.профессионал, в процессе нормальной эксплуатации преодолеть заведомо невозможно.

ДАЖЕ в случае, если экстремист-лонглайфовец попробует проверить достижения современного маслостроения на всю катушку - что-то типа забытых уже 25.000 км и около, к единой браковочной норме 100 ppm по железу, он приблизится с трудом. 25.000 км это в городе, разумеется. Про трассу сейчас даже не заикаемся. Другой же нормы износа в двигателе просто нет. Она - единственная в природе, как бы вам не нравились всякие там TBN, NOACK, FTIR, TAN и их сотоварищи - они к износу двигателя вообще никаким боком.

И вот что интересно и о чем уже упоминалось в Блоге: буквально до последнего момента, в ходу были в основном унифицированные "маслокомбайны". Немаловажно же не только ЧТО измерять, но и КАК:

Именно на них, о чудо, некоторые даже осуществляли публичные сравнительные(!) тесты в режиме "на убой", о которых я уже не раз тут упоминал всесторонне (Авторевю, "Фокусы с маслом", 2011 год), вот табличка оттуда:

Тут некоторые (мало что тут читавшие) привычно воскликнут, типа, что разница все же была. Была, соглашусь, но вот с такой погрешностью относительно пресловутой ICP, которая и сама на себя может 2-3 ppm врать (это просто по паспорту ), а уж лаборатория-то, относительно другой лаборатории, с другим оборудованием...

Но вернемся пока к нашим комбайнам - вот она, мера универсального экспресс-чуда, по заявлению самого производителя:

Особо приятно отметить дрожание в околонулевой зоне - самой-самой нам интересной.

Увеличим-ка этот фрагмент:

Удивляться только остается: в лабораторно-отбраковочной зоне 100ppm эта методология еще более-менее правдоподобна (а она для этого и предназначена), но отважные исследователи САМИ должны были забраковать зону примерно до 25 ppm: поднимаем глаза выше и смотрим на измерения авторевюшников - там все цифры в этой зоне. И они у всех измерителей практически в этой же зоне.

Вам же как-то показывал эксперимент, с которым Блог даже рядом постоял: за 4500 км пробега(!) такая установка не увидела железа ВООБЩЕ. От слова совсем.

Я бы так "в щадящем режиме" эти данные бы и озаглавил: "5000 км пробега - 10 ppm железа, погрешность плюс-минус 10 ppm железа". "10000 км пробега - 20 ppm железа, погрешность плюс-минус первые пять тысяч км".

Такие комбайны в ходу у многих "браковочных" лаб до сих пор, но самое примечательное, что они, во-первых, со своей-то функцией вполне справляются - на 100 ppm вполне способны среагировать с достаточной точностью.

А вот что реально смешно, так это во-вторых: когда к ним "на испытания" начинают нести семплы наши дорогие любопытные форумчане. Сейчас уже меньше, конечно, но ICP нормальное, повторюсь, более-менее лет 6-8 в обиходе, вряд ли больше...

То есть, то, чем они (начиная с BITOGa) занимаются уже ДВАДЦАТЬ лет, удобоваримую точность для этих странных целей получило всего лишь несколько лет назад...

Идем далее...

PPM, напомню, это ЧАСТЕЙ НА МИЛЛИОН. Простой расчет показывает, что если даже с самой-самой ультрасовременной достоверностью с типичного двигателя металла понабрать (железа - двигатель сделан из железа), все погрешности учесть, то даже при аномально высоких нагрузках, типа как выше с Фокусами - на всю катушку на полигоне, то за 100.000 км пробега вы накопите примерно 1-2 г удельного износа... со всего двигателя.

А если предположить (догадаться, или тут прочитать), что реальный износ неравномерен по величине продуктов износа и весь НЕ растворим в масле (буквально и в поддоне будет валяться и, разумеется, в фильтре оседать), то настоящие его количественно-качественные компоненты попросту неопределимы/неотделимы в лабораторных условиях и отлавливать их можно бесконечно и в совершенно разных местах двигателя, чем (пытаться) заниматься разумнее и вообще всяко правильнее:

То есть - весь объем фактического износа зависит (в рамках одного двигателя) от режима эксплуатации и неопределенно распределен по фракциям: растворимым/нерастворимым, видимым-не видимым. Не нужно радоваться, например, крайне малым показателям износа на ICP - у вас, возможно, где-то булыжники металлические высекаются и они на ICP просто не видны.

Если, например, пострадавших в радиусе 30 км от места ядерного взрыва оценивать ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО по состоянию сохранности оволосения головы, то туда легко попадут не только не надевшие каску, но и, например, Брюс Виллис с Гошей Куценко. Сожженное до скальпа вам ничего о состоянии ног, рук и туловища не скажет. "Пыль" от растворенной в масле металлической фракции (коллоидная) не только не говорит о реальном количественном и качественном износе, но и вообще, как уже двадцать лет к ряду доказывают нам обитатели форумов, почти не отличается от масла к маслу и от двигателя к двигателю. Подробнее уже давно исключительно дотошно рассмотрено по ссылке выше. И так уже пару десятилетий точно... Точно не отличается. С лабораторной точностью не отличается. Факт. Но все мало. И не убедительно. Поиски продолжаются...

Эту простую для понимания мысль, я транслирую с момента публикации этой статьи, но ни один из известных мне маслопрофессионалов до сих пор (а это за 7 лет) внятно ее так и не понял.

Вот сегодня впервые ее формулирую: хочешь измерять износ косвенно - ищи и аккумулируй все его виды, с учетом наличия, например, полнопоточного фильтра. Вот начни, хотя бы, с рассмотрения его, фильтра, содержания:

А вдруг и там есть что-то?! А если есть - подумай, как учитывать.

Ну или все ту же магнитную пробку поставь, как до тебя уже сотня человек додумалась сделать, да и посмотри, повлияет ли это на результаты ICP: как так получается, что 20 ppm износа и плюс-минус пара грамм с пробки равны все тем же... 10-20 ppm износа? Это что, заколдованная величина. Пробку ставим и что получаем? Тоже самое?!

Снова здорова:

В жизни не встречал маслопрофессионала, который бы ответил хотя бы на простой вопрос:

Почему добавление магнитной пробки не влияет на результат ICP? Почему до сих пор никто из отважных исследователей не сравнил результаты с пробкой и без пробки и не сделал выводы?!

Я сравнивал. Цифры публиковал.

Почему очень многие распредвалы в двигателе зачастую выглядят именно так:

А на всех анализах их двигателей неизменно цифры в 15-20 ppm - вы реально считаете, что на фотографии видны именно эти пылинки? С каждой шейки набралась стружка и это лишь 10-20 ppm каждый раз?!

В общем, сегодня впервые пишу открытым текстом о реальном смысле поиска износа в отработке. А все почему?

Потому, что сегодня же впервые задам вопрос на ту же тему, но уже посложнее.

Я очень понять хочу, почему проблема Износа, как думают МП, решается/обсуждается исключительно со стороны МАСЛА?!

И почему даже не настоящие масляные профессионалы, а читатели ФОРУМОВ ищут лучшее масло?! Это же примерно как через посетителей Планетария решать проблемы Роскосмоса.

Нет, они серьезно заняты разрешением последствий трения в металле путем снижения трения (продуктов износа?!) этого самого металла. Но каким-то очень вычурным и долгим способом - через многолетнее рассмотрение металлических блесток в масляных отходах. Это как ождать денег путем частого заглядывания в собственный карман - на что надежда-то? Если уж 20 лет смотришь, а там все дырка и дырка - что должно произойти, чтобы был виден свет в конце тоннеля кармана?!

А вы знаете вообще, что в общем-то это чисто металловедческая проблема, которой уже десятки десятилетий - а именно - больше 100 лет. Называется она упрочнение/закалка металлов. Всезнающие читатели масляных форумов наверняка слышали про температуру вспышки Пенске-Мартенса. Ну так вот по имени того же ученого была названа такая структура металлического слоя - мартенсит. Ну слышали, может быть... И вот именно этот слой, оказывается, можно насытить углеродом - придать ему твердости. А в паре контактного трения это просто необходимо сделать:

В первом приближении, но достаточно понятно, все уже объяснялось тут.

Теперь же настала пора рассмотреть эти вопросы предметно, но уже со стороны качества самого металла.

Берем привычный толкатель клапана (а это до сих пор один из самых распространенных видов ГРМ):

верх:

не верх:

разрезаем его продольно, получая интересное нам сечение:

Получаем:

Выясняем, что одна из ключевых деталей в ГРМ, как оказывается, упрочнена по периметру на слой почти в 0,5 мм:

Крупнее (и можно увеличить - по ссылке полноформатное изображение):

Удивительно ли, но о прочности (износостойкости) деталей целенаправленно ДУМАЮТ на производстве ("недуракисидят" в действии).

Поэтому, отсюда и далее: берем теперь примерно такой вот прибор:

И определяем микротвердость деталей ГРМ...

Техзадание по интересующим нас точкам (поверхностям) выглядело примерно так:

Интересующие нас поверхности трения на чертеже (упрощенно):

Дальше еще весьма подробно расскажу, почему были выбраны именно эти три, а не только одна единственная поверхность кулачок-толкатель, как склонны считать многие и многие мотористы, не говоря уже о пользователях форумов.

Перед публикацией результатов сообщу, что абсолютная погрешность измерения в этой зоне составляет менее процента по шкале HRC:

Итак, внимание:

1.Реальное значение микротвердости всех предоставленных на тестирование кулачков распредвалов составило 49,5-51 HRC.

2.Значение микротвердости менее нагруженных поверхностей трения ГРМ (боковая поверхность толкателя) составило 52-53 HRC.

3.Значение микротвердости сильно нагруженных поверхностей трения ГРМ (пара "торец стержня клапана-компенсатор", "толкатель со стороны кулачка") составило чуть большее значение - 53-54,5 HRC, что вероятно объясняется, как я считаю, деформационными процессами пластического упрочнения типа нагартовки, возникающими в процессе эксплуатации двигателя.***

• • • Проверять эту гипотезу путем покупки НОВЫХ деталей ГРМ автомобилей и сравнения их с работавшими, я не планирую в виду абсолютной бессмысленности, но вас от этого не отговариваю.

Заметно более важным считаю следующий вывод:

Ни разу, во всех типах представленных ГРМ современных автомобилей, а это почти все поколения BMW и несколько распредвалов автомобилей других марок, предел микротвердости 50-55 HRC не был преодолен. Ни разу!

Во всех без исключения ГРМ не оказалось значений выше. А тут были двигатели от BMW M50 до BMW N63 - практически вся современная линейка. Правильно понимать этот диапазон следует по по нижнему значению микротвердости в пятне контакта - пятьдесят - принцип "слабого звена" в цепи.

А теперь спросим гугл... и "внезапно" (если вы не заканчивали технический ВУЗ) обнаружим следующее:

Ну надо же, какой-то ЗМЗ (BMW с двумя ошибками) вам легко так заявляет: сделаем то, что хотите, на выбор: только что было 49+ (как в нашем случае), а хотите и 57+, да еще и шейки закалим (чтобы не было такого, как на вот этом фото такого же незакаленного распредвала BMW):

Так, ну а что же вы думаете, что же это за единственный таинственный такой распредвал, куда бы он ставился вообще?! Думаете, что на суперсекретную модель гоночного автомобиля "Кортеж-Аурус" по спецзаказу Кремля?!

Смотрим (и на цену тоже смотрим):

Суперсовременная секретная разработка:

Уникальные характеристики форсировки:

C 4,25 литра рабочего объема (довоенный американский блок, с корнями в Ford V8 - 1930-е годы), заволжцы снимают аж 300 Н*м! Это -30% от современной нормы, если мы вспомним об оценочной методике Блога. Доходяге мотору - закаленный распредвал - такова логика?!

На самом деле, возможности технологически упрочнять ЛЮБЫЕ требуемые детали ГРМ существуют давно и буквально повсеместно:

Мало того, зачастую доступны и альтернативные заводским готовые детали любой (разумной) величины твердости:

В результате, создается довольно интересная ситуация: инженеры (это которые все до чердака просчитали) зависимость микротвердость-износостойкость используют целиком, сугубо и исключительно по соображениям целесообразности, а именно:

1.Применяют "высокие технологии защиты от износа" на архаичных моторах, где установлен ГРМ старого типа (без компенсаторов) - все вкривь и вкось по определению - им просто нужно решать задачу надежности коммерческой техники в то время, когда там каждые 30000 км явно никто вовремя зазоры регулировать может быть и не будет... И тут не возникает сомнений, почему здесь стоит делать имено так: до 70-х годов, например, в автохозяйствах часто применялись безприсадочные автолы типа API SA. То есть, буквально перетирали металлы в пустом базовом минеральном масле... Решается конкретная задача. Никаких гонок и достижений "противоизносности" по нормативам атомной войны.

2.Применяют "высокие технологии" в околоспортивных автомобилях. Ну тут логика тоже прослеживается: 60+ HRC это характеристики булатов, дамасков и прочих этих ваших подшипниковых и инструментальных сталей - такие значения характерны для высоколегированных и углеродистых сортов, которые в "автоспорте" прописаны просто потому, что там "все самое лучшее" - прямоток же, заниженная подвеска - как же тут обойтись без гидриков с HRC 60 на этом вашем ВАЗе...

Ладно, давайте-ка первый вывод сделаем:

В то время, когда маслопроизводители буквально каждую пятилетку рапортуют нам о новых улучшениях на 0,0003%...

... типа все новые и новые рубежи маслоделам покоряются: планка уже где-то в районе стратосферы болтается. Что ни стандарт - так все шибче победа над трением торжествует. Но этого маслопоклонцам мало - они создают форумы, где по очень и очень странной методике, пытаются определить ЛУЧШЕЕ из ЛУЧШИХ масел, путем наблюдения ОДНИХ И ТЕХ ЖЕ цифр, зачастую полученных сравнением совершенно разных двигателей, эксплуатируемых в разных режимах, с пробами, отобранными на разном оборудовании...

...и где-то в это же время, инженеры-технологи и прочнисты от автомобильной металлургии:

Уверен, что более-менее вменяемый специалист, давясь от смеха в курилке какого-нибудь Рейнметалла, потешается над подлинно умалишенными: никто из них уже давно НИКАКИХ целей по улучшению износостойкости классических ГРМ ни по каким критериям не ставит! Это просто НЕ нужно. Такой задачи давно уже НЕТ.

А в то же самое время, где-то очередной масломаркетолог старательно рисует очередную "паутинку" с "улучшениями" свойств, а маслопрофессионал - с неистовым сорочьим интересом ковыряется в очередных металлических блестках...

Весь прогресс от снижения механической нагрузки (если он требовался) уже очень давно произошел в конструкциях ГРМ. И там реально дофига всего сделано было - сравните современную ГРМ, с ГРМ от ЗМЗ-53: появились компенсаторы зазора, комбинирование трения скольжения и трения качения и многое другое. Само масло же там, с точки зрения износа, реально играет примерно роль не более, что нам изредка все же упоминают в рекламе. А именно, типа "На 0,00005% лучше предыдущего поколения масел, в испытательном цикле типа API ACEA 23445-442, на двигателе BMW M44 1996 года выпуска, с цельночугунным блоком".

Реальный износ достаточно, а не абсурдно упрочненной детали, на ее геометрию (работоспособность) не влияет и выглядит примерно вот так:

Сравнительно "среднетвердая" деталь скорее выкрашивается (и вот чота предотвратить это, маслу со всеми допусками, как видим, не особо удается), но не проседает, как минимум на глубину упрочненного слоя (см. начало статьи). Упрочненное покрытие это примерно 0,5 мм. И этого достаточно. И даже это - с запасом. И даже если бы это НЕ было так, то компенсатор зазора формальную работоспособность современного ГРМ способен сохранить на величину в 2-3 раза бОльшую - уж на ваш век хватит, до следующей кредитопомойки...

И вот именно по этой причине, имеем такую "аномалию":

И тут же - такую:

И еще раз (нас все же читают МП): НЕ дорого, НЕ сложно, а... НЕ НУЖНО. Больше 50 HRC - можно, но НЕ нужно. Никому не нужно.

Пока вы ковыряетесь в грязных масляных сливках, никто вам лишную горсть твердости не подсыплет, потому как, о чудо, проблемы износа трением господ разработчиков уже очень давно не волнуют. Они ее давно решили. Объективно решили. И вообще не стремятся к ней возвращаться.

Снижать износ при помощи масла полезно не более, чем пристально выбирать тип лосьона, если тебя возят лицом по асфальту. А возят, меж тем, по подушке. В одном случае - бесполезно. Во втором случае - не нужно. Сама промышленность палец о палец, в смысле буквальной износоcтойкости по истиранию, последние лет 50 не ударила, да и, как рассмотрено выше, не собирается ни разу: куда вам-то?!

МП почему-то никак в толк не возьмет, или же просто демонстративно не хочет внять, что между "много" и "мало" существует простое "достаточно", на которое, скорее, уже попросту не нужно, если даже можно, влиять.

Когда объективно МАЛО - да, они делают закалку до аномальных величин около 60 HRC. И все равно - 53-й Газон не становится от этого вечным. Когда же достаточно - не имеет смысла делать МНОГО. Потому как это тоже ни на что не повлияет. И ни от чего, увы, не спасет: ресурса всей конструкции не добавит.

Хотя... а забавно бы было, если бы каждую пятилетку: "наши двигатели добавили 3% HRC в области кулачков распредвала и 2% - в области шеек распредвала"... Пфффф...

Продолжение по ссылке: https://bmwservice.livejournal.com/343809.html