Една поредица за триенето, смазването и моторните масла
Светът би бил различен без триенето. Много различен. Може би в нашите фантазии в такъв свят всичко би се случвало много по-лесно, но ако само за миг си представим, че винаги ни се налага да ходим върху лед ще разберем, че монетата има и друга страна. Да, ако триенето не съществуваше, двигателите с вътрешно горене щяха да бъдат изключително дълготрайни, но пък автомобилите никога не биха могли да потеглят, а днешните конвенционални спирачни системи биха били безпредметни.
В края на краищата нещата са такива каквито са: човечеството се е научило да се съобразява с триенето и да се стреми да го намали в максимална степен, там където това е нужно в двигателя и трансмисията на автомобила. Ако надникнем в технологичното развитие на автомобила през последните години неминуемо ще открием един термин, който маркетинговите специалисти нарекоха даунсайзинг. „Течението” на даунсайзинга, сиреч намаляването на работния обем и броя на цилиндрите, съпътствано с добавяне на турбопълнене има няколко основни цели, но най-важната от тях е намаляването на вътрешното триене в моторите. Ако в подобен подход нямаше смисъл, то компания като BMW, в която редовият шестлинидров двигател е издигнат в култ не би изоставила иначе брилянтните си атмосферни агрегати, за да ги замени с четирицилиндрови турбо, а четирицилиндровите с трицилиндрови. Едва ли само преди десетина години на Ford би му хрумнало да произвежда трицилиндрови турбо мотори с работен обем от едва 1,0 литър, а Fiat да намали броя на цилиндрите дори до два. Родил се в рамките на същата тази технологична инициатива „даунспийдинг”, целящ проектиране на двигатели с оптимална работа и висок въртящ момент още в ниските оборотни режими също цели това. Всъщност и икономичното шофиране с ниски обороти, освен намаляването на помпените загуби при бензиновите мотори цели именно намаляването на триенето в мотора.
Загуби от триене
Погледнато теоретично и обобщено едва около 12 процента от потенциалната енергия на горивото достига до колелата на автомобила. Една трета от генерираната топлина се отделя в изпускателната система, около 30 процента отива в охладителната и цели 15 процента от общата енергия стават жертва на триенето – почти 80 процента от тях в двигателя и около 20 процента в трансмисията. Намаляването на загубите при първите два компонента е свързан с термодинамичната ефективност и е в сферата на дейност на инженерите занимаващи се с горивните процеси и всички свързано с това. Намаляването на триенето от своя страна е процес свързан както с проектирането на архитектурата на двигателя, включително неговата система за смазване, така и с вида на маслата които се използват в него. Терминът „намалено вътрешно триене” става все по-често срещан при представяне на нови двигатели и автомобили, но на практика това е съпътствано от доста сериозни предизвикателства – намаляването на триенето например между буталото и цилиндъра може да доведе до влошаване на уплътняването и на работата на двигателя.
Полепналото по цилиндровите стени на двигателя масло може да служи за олицетворение на срещата на два технологични свята и на претворените знания на специалисти по механика, химия, материалознание и прочее. Дори обикновените и евтини минерални масла са продукти със сложен химически състав, а по-скъпите са високотехнологични течности. Във всички случаи те имат за задача не само да намалят триенето, създавайки смазващ филм между триещите се части, но и да почистват и охлаждат двигателя. В ерата когато двигателите с въздушно охлаждане били често разпространено явление системата за смазване играела много съществена роля в процеса на охлаждане – двигателите на Porsche 911 разчитали на 12-13 литра масло интензивно охлаждано с радиатор. Можем само да гадаем какво триене се е генерирало в двигателя на състезателния Blitzen Benz от 1909 година с неговите 22 литра работен обем пък постигани само при 1600 об./мин. Или пък какво се e случвало в един двигател от Формула 1 при 19 000 об/мин и защо буталата му изглеждаха по този начин. И ако моторите от ерата на ветераните като този на Ford Model T са се справяли със също толкова простите минерални масла, които собствениците сменяли доста често, а в резервните части са били включени и инструменти за бързо сваляне на цилиндровата глава и почистване от нагар, то днешните (даунсайзинг) турбо мотори независимо дали са дизелови или бензинови имат много специални изисквания в тази насока. Тук сме си поставили цел да ви запознаем с този „затворен” и често неясен свят и стремежа на всички да намалят триенето до възможния минимум. Фокусът е поставен върху моторните масла, но няма да подминем и всичко, което се случва в двигателя от гледна точка на триенето и смазването – от масления филм покрай буталата и техните пръстени, до лагерите на мотовилките, от маслената помпа до най-отдалечения ъгъл на мотора.
Ред в хаоса
Добрите рекламни специалисти могат да превърнат един добър продукт в пазарен успех и без да използват за целта много финансови средства – достатъчно е да намерят подходящите послания. Изразът It’s more than just oil. It’s Liquid Engineering”, който е недвусмислен рекламен слоган на английски език на една известна компания за производство на моторни масла е олицетворение на подобно послание. Позволявам си да го използвам защото този израз удивително лаконично, но умело описва не само изключително сложния химически състав на модерните моторни масла, но дава ясна представа за смазващо тежките условия на работа и породените от този факт комплексни, противоречиви и понякога немислими задачи които му се възлагат. На практика модерните висококачествени моторни масла са плод на съвместните изследвания и работа на ерудирани инженери по химия и конструктори на двигатели с вътрешно горене, зад които стои подкрепата на огромен финансов и технически потенциал. За съжаление мнозина подценяват значението на качеството на моторните масла, а изтезаваните автомобилни двигатели, които се движат с продукти без нужните качества или с изтекъл срок на годност, у нас не са никак малко. Затова първото и най-съществено нещо което ще ви посъветваме – дори и да звучи банално – не забравяйте за смяната на маслото, следете условията на работа, предишната смяна, предписаният пробег и необходимата спецификация, съгласно предписанията на автомобилния производител. И ако е дошъл моментът максимално бързо го сменете! Не се скъпете – качественото масло винаги връща с дивиденти вложението. Както междувпрочем и всеки качествен потребителски продукт.
На теория всичко с покупката на моторно изглежда кристално ясно – отиваш в магазина или сервиза, консултираш се продавача обясняваш му как стоят нещата, купуваш съответния брой литри и по възможност отиваш в квалифициран сервиз за смяна. На практика обаче нещата се оказват не толкова лесни, защото продавачите невинаги са безпристрастни и препоръчват определена марка масло, защото са негови дистрибутори или защото получават по-големи печалби. Нерядко това е резонно защото в повечето случаи търговците избират доказали своите качества продукти, но невинаги е вярно. Затова е най-добре убеждаването в достойнствата на някой продукт да става с помощта на доказателства във вид на сертификати от независими тестови лаборатории. Ние смятаме, че информацията в тази област би ви помогнала не само с този избора, но и като ви донесе нови познания за вашия автомобил.
Както казахме, когато дойде моментът за смяна трябва да закупите масло със съответстваща на двигателя спецификация (или по-добра, ако не е съществувала когато той е създаден), като важната информация с данните за принадлежностите на маслото към определени класове обикновено може да се открие във вид на семпъл надпис на задната страна на опаковката. Изборът не е лесен защото по улиците ни се движат все повече модерни автомобили (в тази група включваме дори тези произведени в края на деветдесетте години), а разнообразието от моторни масла е неистина впечатляващо.
При какъв пробег на автомобила да сменим маслото? От какво зависи този пробег? Каква марка и модел да изберем – някое носещо търговските наименования използувани от голям нефтен концерн, защото той гарантира наличието на солиден изследователски и производствен ресурс и потенциал – като например продуктите на ExxonMobil, Shell, BP, TotalFinaElf, ChevronTexaco, Agip или Statoil? Да се доверим ли на тези на някоя по-малка, но имаща претенциите за високотехнологичност компания като германската Divinol, британската Castrol, германската Liqui Moly или френската Motul или пък да опитаме продуктите на някои роден производител като Prista Oil.
Успешният съюз
Установяването на взаимодействието на различните моторни масла със сплавите и с полимерите в различните двигатели и при различни условия е много сложен процес. Същевременно с това не бива да се приема че дадена марка масла е специално проектирана за автомобилите на определен производител, само защото е препоръчвана от него. Най малкото защото съгласно антимонополните закони никой автомобилен производител не може да задължи потребителите да ползват точно определен продукт освен ако не му го осигури безплатно. И още – фактът че редица автомобилни компании препоръчат точно определена марка масла, не е гаранция че това е най-доброто решение. Дори създаването на въпросното масло да е било извършано в тясно сътрудничество с въпросния производител, това не означава че то не би могло да е подходящо и дори да се окаже по-добро за двигателите на други производители. Както и също че други марки масла различни от препоръчваното не са по-подходящи от него. Разбира се има и изключения като например случаите в които става дума за някои масла за първоначално зареждане в нови автомобили и специалните масла носещи името на автомобилния производител. Нерядко те са композирани с точно оптимизирано съотношение на отделните компоненти на базата на конструкцията, условията на работа и използваните сплави и материали без да е необходимо далеч да надвишават изискванията както при универсалните масла. Затова наливането на масло на което е изписано „BMW” във двигател, произведен например от VW не е за препоръчване. В лабораторните халета на производителите на масла могат да бъдат открити всякакви модели автомобили, а често взаимоотношенията с производителите на автомобили прерастват във сериозно взаимоизгодно сътрудничество. Връзката обикновено е най-силна в областта на автомобилните спортове, а участието в тях има огромно значение от технологична гледна точка, защото тези високонатоварени двигатели са отлична развойна база за създаване на съответстващи висококачествени продукти, които по-късно под една или друга форма се насочват към следващите поколения серийни автомобили. Това сътрудничество се простира и в областта на горивата и е съвсем логично компаниите да се стремят да извлекат и максимални маркетингови дивиденти от подобни взаимоотношения.
Двигателят не би могъл да функционира без моторно масло
Най-важната функция на моторното масло е намаляването на триенето чрез предотвратяване на директния контакт между движещите се метални части. Разликата в коефициента на триене между две директно контактуващи метални повърхности и две повърхности разделени от маслен слой е огромна. Докато коефициентът на триене между две несмазани метални повърхности в зависимост от вида на метала в нормални условия е около 1, а в условия на абсолютен вакуум и две идеално чисти метални повърхности той нараства до 100-200, при наличие на достатъчен по качество и дебелина смазващ филм коефициентът спада до нива от 0,005 до 0,000005. Понякога дори и съвсем тънък слой може да окаже съществено влияние – на места в двигателите с вътрешно горене (например между горния бутален пръстен и цилиндъра) дебелината на масления филм може да е едва 0,001 микрона или една милионна част от милиметъра! Множество метални повърхности в двигателя с вътрешно горене може и да ви изглеждат абсолютно полирани, но ако ги погледнете през мощен микроскоп те ще ви изглеждат като върхове на планини. Ако тези повърхности бъдат оставени без смазващ филм между тях, ще се случи нещо наподобяващо движението на тектонските плочи в земната повърхност, при което съпротивлението и температурата при триене се увеличават до състояние, в което частите могат да се споят една за друга, да се разкъсат, отново да се споят докато дойде моментът в който двигателят просто окончателно ще спре.
(следва)
Текст: Георги Колев