Присадки к маслам: что это такое и какую пользу могут принести эти автохимические препараты?
Реклама часто манипулирует нашими ожиданиями, обещая невероятные результаты и используя сложные термины. Это особенно актуально для автохимии, где легко запутаться в обещаниях. Однако классическая теория двигателей внутреннего сгорания (ДВС) помогает понять, какие реальные эффекты можно ожидать от таких добавок.
Что интересует среднестатистического потребителя, изучающего ассортимент автохимических препаратов? В первую очередь, это мощность и динамика автомобиля, а также расход топлива. Но возможно ли добиться таких изменений на практике? Если да, то каким образом? Важно осознавать, насколько значительными могут быть эти эффекты, чтобы не строить завышенные ожидания.
Рассмотрим, что происходит, когда в двигателе сжигается литр топлива. Какова доля этого литра, которая действительно используется, а какая теряется? Другими словами, каков коэффициент полезного действия (КПД)?
Наиболее высокими показателями обладают тяжелые малооборотные судовые дизели с крупными цилиндрами. В таких двигателях из литра топлива эффективно используется до 520-540 миллилитров. Остальная часть топлива расходуется на нагрев воздуха, отработанных газов и охлаждающей жидкости, а также на работу насосов и агрегатов. Небольшая часть (10-20 мл) остается несгоревшей, что негативно сказывается на экологии. Чем меньше двигатель и выше его обороты, тем ниже эффективность использования топлива. Например, в одноцилиндровом бензиновом двигателе бензопилы или газонокосилки из литра бензина используется всего 150-200 мл. Автомобильные двигатели находятся где-то посередине.
На практике ситуация оказывается еще более неутешительной, чем на стенде. Например, когда мы стоим в пробке в пятницу, мотор работает на холостых оборотах, и качество сгорания значительно ухудшается. Из литра бензина может не сгореть 80-100 мл из-за плохого газообмена и закрытой дроссельной заслонки. В таких условиях топливо используется лишь для поддержания работы двигателя, и никаких преимуществ мы не получаем — разве что холодный воздух от кондиционера. Эффективная мощность, а также как эффективный, так и механический КПД в таких условиях приближаются к нулю, поскольку автомобиль не движется. При увеличении подачи топлива мощность возрастает, как и оба типа КПД. Однако механический КПД при номинальной частоте вращения коленчатого вала и полной нагрузке не превышает 0,75 для высокооборотного двигателя и 0,90-0,92 для малооборотного. В среднем для автомобильного мотора в условиях городского цикла КПД составляет 0,35-0,50.
Таким образом, мы, во-первых, не сжигаем всё, что заливаем в цилиндры. Во-вторых, значительная часть топлива уходит на обеспечение работы двигателя, то есть на механические потери.
Пути повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания очевидны: нужно улучшить полноту сгорания и снизить непроизводительные потери. Применение присадок не влияет на качество сгорания. Но как же обстоит дело с непроизводительными потерями?
Коэффициент полезного действия (КПД)
Степень совершенства двигателя и происходящих в нем процессов наиболее полно описывает так называемый эффективный КПД. Он представляет собой произведение двух других коэффициентов: индикаторного и механического. Индикаторный КПД отвечает за качество сгорания топлива, тогда как механический КПД показывает, сколько топлива сжигается для обеспечения работы самого двигателя.
Важно учитывать, что для нормального функционирования двигателя необходимо компенсировать трение в его узлах, а также обеспечить работу механизма газораспределения, насосов и генератора.
Механические потери, которые поглощают значительную часть топлива, включают несколько компонентов. К ним относятся потери на привод механизма газораспределения, а также расходы на масляный и топливный насосы, насос системы охлаждения, генератор и привод вентилятора. Эти потери известны как насосные. Остальные потери (от 50 до 80%) связаны с преодолением сил трения в двигателе, и именно с этим трением активно борются триботехнические составы.
Трибосоставы уменьшают зону граничного трения, что значительно снижает потери на трение в двигателе. Это особенно заметно вблизи верхней мертвой точки, где поршень движется с минимальной скоростью, а нагрузка на поршневые кольца возрастает.
В двигателе выделяют три вида трения:
1. Сухое трение: возникает, когда две шероховатые поверхности трутся друг о друга без смазки. Это может происходить в пусковых режимах после длительного простоя, когда смазочная система еще не запущена.
2. Граничное трение: между поверхностями присутствуют следы масла, но толщина разделяющего слоя недостаточна для образования устойчивой пленки. Это возможно в некоторых рабочих режимах, например, при низкой частоте вращения коленчатого вала и высокой нагрузке, когда на узлы трения действуют большие нагрузки, а масло перегрето.
3. Гидродинамическое трение: поверхности деталей разделены устойчивой масляной пленкой, толщина которой превышает критическую величину, условно принимаемую за утроенную высоту шероховатостей поверхностей.
Например, в моторе ВАЗ‑2112 с пробегом 110 тысяч километров сила сухого трения может достигать 20-40% от внешней нагрузки, граничного — 5-15%, а гидродинамического — снижается до долей процента. Для экономии важно максимально использовать гидродинамический режим для всех пар трения. Это достигается путем оптимизации формы деталей и выбора подходящих масел. Также возможно уменьшение суммарной шероховатости поверхностей и снижение коэффициентов трения, что способствует расширению зоны гидродинамического трения. Это особенно актуально при малых частотах вращения коленчатого вала, когда условия для формирования достаточного разделяющего слоя недостаточны, и в режимах максимальных нагрузок, когда слой «просаживается» под высокими контактными давлениями.
Некоторые могут возразить, что на абсолютно гладких поверхностях масло не удержится, ссылаясь на хонингование, и они правы! Однако в этом случае начинают действовать новые свойства поверхностей, которые обеспечиваются использованием трибосоставов. Об этом мы поговорим позже.
Каковы преимущества для двигателя? Эффекты разнообразны и в совокупности обеспечивают рост мощности и снижение расхода топлива.
Одним из ключевых аспектов воздействия триботехнических составов является удаление царапин. Эти составы способны «залечивать» рабочие поверхности. В процессе эксплуатации на поверхностях вкладышей подшипников, шеек коленчатого вала, цилиндров и поршневых колец образуются продольные царапины, сколы антифрикционного слоя, раковины и другие дефекты. Глубина этих повреждений обычно значительно превышает рабочую толщину масляной пленки. Однако после обработки двигателя трибосоставом дефекты зашлифовываются или плакируются, что восстанавливает несущую способность подшипников и снижает механические потери, особенно у «пожилых» моторов.
Результаты замеров микротвердости поверхности коренной шейки коленчатого вала изношенного двигателя до и после обработки трибосоставом на основе геомодификаторов трения (ГМТ) показывают снижение твердости до обработки, что указывает на срабатывание упрочненного слоя и износ. Две последовательные обработки трибосоставом Супротек постепенно восстанавливают твердость, формируя упрочнённый слой с значительно меньшим коэффициентом трения, при этом увеличение размера шейки не наблюдается.
Снижение трения. Трибосоставы эффективно уменьшают коэффициенты трения. Существует множество режимов работы двигателя, в которых масляная пленка может быть недостаточной (например, при низких оборотах), нагрузки чрезмерными (при номинальных режимах) или масло перегретым. В таких условиях доля граничного трения может значительно превышать гидродинамическое. Максимальный эффект от обработки двигателя трибосоставами наиболее заметен на холостом ходу, когда вся энергия, вырабатываемая при сгорании, уходит на механические потери, а также на низких оборотах и при номинальных нагрузках.
На средних нагрузках, характерных для шоссейного цикла, эффект менее очевиден, однако в этом режиме двигатель и так работает достаточно эффективно — давление масла высокое, обдув хороший, а режим работы стабильный.
Рост и выравнивание компрессии. Удаление отложений и заделка дефектов на рабочих поверхностях цилиндров и колец приводит к заметному увеличению компрессии и её выравниванию между отдельными цилиндрами. Это обеспечивает не только небольшой процент экономии, но и улучшает пусковые характеристики двигателя.
Ошибка в терминологии
Присадки в масло — это важная часть обычного моторного масла, формирующая его свойства. При каждой замене масла мы добавляем присадки, которые составляют 20–30% от общего объема. Однако препараты, о которых идет речь, не влияют на свойства масла, а воздействуют на поверхности трения, что относится к совершенно другой категории. Поэтому более корректно называть эту группу препаратов триботехническими составами.
Геомодификаторы трения (ГМТ) представляют собой группу трибосоставов, содержащих мелкодисперсные минеральные порошки на основе серпентинита (змеевика). Эти порошки обеспечивают мягкую микрошлифовку поверхностей трения и формируют защитные слои на них.
Металлоплакирующие составы — это группа трибосоставов, в которых активным компонентом являются мелкодисперсные частицы мягких металлов, чаще всего меди. Они создают стойкую пленку на узлах двигателя, которая покрывает шероховатые рабочие поверхности зоны трения.
Слоистые модификаторы — это группа трибосоставов, содержащих вещества (такие как графит и дисульфид молибдена), которые благодаря своей слоистой структуре обеспечивают аномально низкий коэффициент трения в поверхностных слоях рабочих поверхностей.
Термин «кондиционеры металлов» является маркетинговым, введенным производителем. Эти составы формируют защитную «сервовитную» пленку, также представляющую собой маркетинговый термин, которая по всем признакам обладает свойствами вышеописанных групп.
И сколько же это?
С теорией всё понятно: трибосоставы действительно способны приносить ощутимую пользу. Но как обстоят дела на практике? Наибольший эффект можно ожидать в тех условиях, где механические потери существенно влияют на коэффициент полезного действия (КПД). Это, безусловно, режим холостого хода, когда обороты минимальны, и двигатель работает в условиях граничного трения.
Предположим, что обработка трибосоставом снижает коэффициенты трения в полтора раза. Если доля потерь на трение составляет 60% от общего объема механических потерь, то суммарный ожидаемый эффект снижения расхода топлива в режиме холостого хода может достигать 20%.
Зона малых частот вращения (до 1500–2000 об/мин) характеризуется примерно равным соотношением гидродинамического и граничного трения. Эффект снижения гидродинамического трения зависит от состояния двигателя: у нового, правильно обкатанного мотора он практически незаметен. Если же двигатель имеет повреждения, такие как царапины на вкладышах и цилиндрах, можно ожидать около 5–7% снижения потерь на трение. В итоге, общий эффект может составить 10–12%, что в переводе на экономию топлива обеспечит снижение на 3–6%, в зависимости от нагрузки.
В основной зоне работы двигателя, где преобладает гидродинамика, снижение потерь на трение будет минимальным — те же 5–7%, зависящие от состояния мотора. Это сулит экономию топлива всего на 1,5–2,0%.
Результаты замеров компрессии в цилиндрах двигателя до и после обработки трибосоставом на базе ГМТ показывают улучшение уплотнения камер сгорания. Это связано с улучшением прилегания колец к цилиндрам и повышением их подвижности.
Теперь давайте посчитаем, что же получится. Всё зависит от состояния мотора до обработки и режимов его работы. Рассмотрим на примере обычной легковушки с атмосферным двигателем объёмом 1,6 л. Предположим, что около 40% рабочего времени она простаивает в пробках, расходуя 0,8 л/ч. Оставшееся время можно разделить на городскую езду со средней скоростью 40 км/ч и расходом топлива 10 л/100 км, а также поездки на дачу по выходным (20% времени в неделю) со скоростью 90 км/ч и расходом 8 л/100 км. В среднем, это три часа в пути каждый день.
Исходное состояние мотора — среднее, а еженедельный расход топлива составляет около 50 л. После обработки трибосоставом (качественным и правильным, конечно) расход снизится до 46 л в неделю, что соответствует 8% экономии! Это — обоснованная цифра.
Если вы будете больше стоять в пробках и не выезжать на трассу, экономия будет более заметной, так как в этих условиях потери на трение имеют большее значение. В случаях, когда автомобиль используется для поездок на дачу, эффект будет меньше: механический КПД и так неплохой, и небольшое увеличение приведет к снижению расхода топлива всего на несколько процентов. В среднем, это не более 5–10%. Много ли это или мало? Решайте сами!
А что ждать от мощности и динамики?
Рост мощности должен быть прямо пропорционален снижению потерь на трение. Сколько это в «лошадях»? Допустим, тот же мотор имеет номинальную мощность 105 л.с. При механическом КПД, равном 0,73 (что характерно для атмосферных двигателей), на механические потери приходится 39 л.с.
На номинале, где в основном работает гидродинамика, а лишь малая часть времени приходится на граничное трение, снижение мощности механических потерь составит 5–8%. Это означает, что мы можем говорить о двух-трех «лошадках». Много ли это? Не очень, но это соизмеримо с результатом простейшего тюнинга мотора без его вскрытия. Важно другое: наибольший эффект по динамике, как показывает практика испытаний, достигается за счет изменения моментной кривой двигателя. Несмотря на сравнительно небольшой рост максимального крутящего момента, его максимум сдвигается ближе к зоне малых оборотов, и сама кривая получает более равномерный вид. Это именно то, что в большей степени ощущается при нажатии на педаль акселератора.
Таким образом, даже с точки зрения теории, преимущества от использования трибосоставов вполне объяснимы. Но это только начало разговора о присадках в масла. Остается еще множество вопросов — например, что еще они могут, какие из них лучше и как их правильно применять. Но об этом — в следующий раз.
