В последнее время ни один автосалон не обходится без рекламных представлений, в которых фирмы – производители присадок к смазкам крутят двигатели с демонстративно слитым маслом. Публика, понятно, в восторге. Профессионалы же утверждают: это чистой воды профанация!

Попробуем разобраться в вопросе исходя из положений современной теории ДВС. Для этого используем расчетные методы моделирования физических процессов, принятые при проектировании и доводке узлов трения двигателя. Заметим, что на основе этих методов доводились подшипниковые узлы многих отечественных бензиновых и дизельных моторов, в том числе с участием авторов статьи. Так что сомневаться в достоверности полученных данных особенно не приходится.

Очевидно, что подшипниковые узлы коленчатого вала наиболее уязвимы по отношению к качеству и количеству масла в поддоне двигателя. Посмотрим, что произойдет с этими узлами при отсутствии масла (в сопоставлении со штатным режимом работы мотора).

Одна из неприятностей, которая может случиться по причине отсутствия масла в двигателе — заклинивание коленвала. Это всегда связано с проворотом вкладышей, смещающихся с посадочных поверхностей и становящихся своеобразным «клином», полностью закрывающим зазор в подшипниках. Чтобы вкладыш провернулся, необходимо приложить к нему определенное сдвиговое усилие. Им является момент силы трения в подшипнике. При этом величина момента силы трения зависит от угловой скорости вращения коленвала, диаметра подшипника и силы трения в узле. Эта сила как раз зависит от того, есть ли масло в подшипнике, каково состояние поверхности трения и имеется ли дополнительное антифрикционное покрытие.

Сила трения в подшипнике имеет разную физическую природу. В нормальном состоянии это гидродинамическое трение, при котором непосредственный контакт поверхностей исключается присутствием слоя масла. В этом случае наличие или отсутствие антифрикционной обработки поверхностей вкладыша двигателю безразличны. При нарушении режима гидродинамического трения возникают участки граничного или сухого трения, где происходит частичный контакт поверхностей. Тут антифрикционная обработка важна. В моделируемом же случае испытаний двигателя без масла наблюдается сухой режим трения в подшипнике.

Итак, критерием проворота вкладыша следует принять некоторое предельное значение момента силы трения. Возникает вопрос: как установить величину этого критерия? Естественно, она своя для каждого типа двигателей, более того, различна для коренных и шатунных подшипников.

Чаще всего «великие» испытатели двигателей на выставочных стендах используют в качестве «подопытных кроликов» разные модели «Жигулей». Что ж, и мы посмотрим на работу подшипников коленчатого вала двигателя ВАЗ-21083 в условиях штатного режима смазки и без масла.

Из практики тюнинговых модернизаций этого одного из самых массовых отечественных моторов известно, что его подшипниковые узлы при вводе масляного радиатора без особых проблем допускают форсирование по частоте вращения коленчатого вала до 9500 мин-1. Значит, в качестве критериальных значений предельных моментов трения в шатунном и коренном подшипниках можно принять величины, соответствующие данному режиму. При этом мы оставляем определенный запас по величине усилия сдвига, что не страшно: в подобной ситуации, как говорится, «лучше пере..., чем недо...». Для расчета возьмем какой-нибудь шатунный подшипник (они нагружены практически одинаково) и наиболее нагруженный коренной.

В формировании эпюры нагрузки на подшипник принимают участие две силы — давления газов и инерции движущихся деталей кривошипно-шатунного механизма. Поэтому момент трения в подшипнике меняется в зависимости и от частоты вращения коленчатого вала, и от нагрузки на двигатель. Для определения критических моментов трения возьмем точку полной нагрузки при n = 9500 мин-1, а сами расчеты проведем для различных скоростных и нагрузочных режимов, чтобы определить, когда «сухой» мотор выйдет из строя.

Расчет показал, что при использовании стандартного минерального масла SAE 10W-30 величина критического момента трения в шатунном подшипнике составила 3,45 Н·м, в коренном — 3,0 Н·м. Эти значения и будем использовать для дальнейшей оценки работоспособности подшипниковых узлов при моделировании «сухих» испытаний.

На диаграммах представлено изменение моментов трения в третьем коренном и шатунном подшипниках при работе двигателя в режимах холостого хода, 10- и 20-процентной нагрузок в зависимости от частоты вращения коленчатого вала в варианте работы агрегата без масла. Мы не приводим сведения о работе подшипников после введения антифрикционных присадок, поскольку не знаем точных данных о них и формируемых ими антифрикционных слоях.

Полученная информация свидетельствует о том, что обычный мотор без антифрикционной обработки может эксплуатироваться без масла в режимах не только холостого хода, но и малых нагрузок вплоть до режимов со средними частотами вращения коленчатого вала. Каких-либо нарушений в работе узла при этом не отмечается, однако скорость износа подшипников резко растет. Но сейчас речь не об этом — уж время «испытаний» на одной-двух выставках двигатель как-нибудь выдержит...

В общем-то, для подобных доказательств моделировать процесс необязательно. Ведь каждый мотор рассчитан не на одну тысячу холодных пусков, в том числе при отрицательных температурах. При каждом таком пуске он достаточно долго крутится почти без масла — и ведь работает. Хотя ничего хорошего для технического состояния агрегата в этом нет.

Если путем антифрикционной обработки двигателя и удается защитить подшипники, то от нарушения теплоотвода от поршня в случае эксплуатации мотора без масла никуда не денешься. А это — заклинивание поршней с обрывом стержня шатуна. Дыра в блоке, образующаяся в результате таких экспериментов, — крайне неприятная и малоремонтопригодная вещь.

Так что, уважаемые господа-«фокусники», ничего ваши испытания не доказывают. Впрочем, в рекламных целях действуют — на «чайников».

А. Шабанов,
кандидат технических наук.
Кафедра ДВС СПбГПУ.
Алексей Зайцев,
к.т.н., доцент кафедры ДВС СПбГПУ

О рекламных "фокусах" на шариковой машинке трения
Пример использования метода Тимкена для иллюстрации противоизносных свойств моторных масел аналогичен базарным станкам трения.
Указанный метод не имеет (!) отношения к испытаниям моторных масел и требованиям к ним, тем более, по противоизносным свойствам. Моторное масло, выдерживающее большую предельную нагрузку сваривания по результатам данного испытания, в большинстве случаев обладает худшими противоизносными свойствами по комплексу стандартных моторных испытаний. Причина давно известна автопроизводителям - химическое взаимодействие присадок с применяемыми в ДВС материалами пар трения неизменно ухудшает их износоустойчивость.
Использование результатов испытания противозадирных свойств по методу Тимкена в рекламе присадок к моторным маслам может использоваться по двум причинам: а) некомпетентность в вопросе (статья 168 УК РФ. Уничтожение или повреждение имущества по неосторожности); б) заведомо ложная реклама (статья 182 УК РФ - "... использование в рекламе заведомо ложной информации относительно товаров, работ или услуг...") и обман потребителей (статья 200 УК РФ - "..., введение в заблуждение относительно потребительских свойств или качества товара (услуги)..." .

Трение и износ, оказывается, — вовсе не «братья», как считалось ранее. Подтверждение тому — противозадирные присадки, хорошо известные в технике. Они химически «разрыхляют» наружный слой металла, исключая сваривание микронеровностей трущихся поверхностей. Трение, конечно, уменьшается, но и поверхность металла слой за слоем преобразуется и мягко стачивается. Подобный результат в наших опытах показали «кондиционеры металла». Феноменальные показатели снижения трения соседствуют у них с серьезным износом как хрома, так и чугуна. Такое «поведение» приветствуется при обработке металлов резанием (кстати, в описаниях продуктов говорится о возможности использования кондиционеров в качестве смазывающе-охлаждающей жидкости при металлообработке), а вот насколько оно полезно после обкатки, судить сложно.

То, что изменения структуры хрома имеют место, видно по макрофотографиям образцов. Сеть микротрещин делает поверхность металла пористой, а таковая, как известно, впитывает и удерживает масло, как губка. Вероятность разрушительного (особенно при холодном пуске) масляного голодания уменьшается, но цена, которую за это приходится платить, в данном случае, похоже, слишком высока.

Более 2000 руководств по ремонту и техническому обслуживанию автомобилей различных марок