Тесты масел на машинке трения. Правда или ложь.

Самый популярный вид развода потребителей на новейшие «суперформулы» моторных масел или присадок – работа двигателя без масла и со снятым поддоном картера. А может ли двигатель работать без масла? Как показывают реальные испытания журнала «За Рулем» и некоторых известных блоггеров – может, и никакого волшебства здесь нет. Обычный, без специальной подготовки или обработки чудо-составами двигатель классических Жигулей проходил по трассе не напрягаясь порядка 40 км без масла. Так что не следует восхищенно открывать рот у стенда очередных волшебников на автовыставке, увидев висящий на подъемнике автомобиль со снятым картером. Тем более, что тут в ход идут уже откровенно нечистые уловки, типа закладки твердых смазок или использование композитных самосмазывающихся вкладышей и периодическая подпитка работающего мотора небольшими порциями масла непосредственно через маслоприемник. На просьбу прокатиться на таком автомобиле всегда следовал отказ.

Набрал обороты и активно используется другой, уже не законный, метод публичного сравнения антизадирных свойств масла, «своего» и конкурентного, при помощи машин трения. Причем, используют самую простую машинку, похожую по принципу работы на машину трения Тимкена, предназначенную для оценки свойств «трансмиссионки». На рисунке представлена схема машины трения Тимкена в том виде, в котором была задумана. Испытания каждого образца на износ идут при постоянно увеличиваемой нагрузке и длятся 10 минут. Оценка смазочного материала происходит по возникновению задира между роликом 2 и пластиной 1. Это довольно точный прибор.

А теперь сравните оригинал с ярмарочными поделками, На фото:

Конечно, знающие люди меня поправят, на фото не машинка Тимкена, а машина SAE, используемая для тестирования масел, работающих при высоких давлениях (трансмиссионных) и консистентных смазок. Но тестирующие упорно называют её машинкой Тимкена и используют для «моторки». И тут, ВНИМАНИЕ: машина должна работать с нагрузкой на рычаг в 15 кг в течение 2— 6 час. Кольцо и блок (трущиеся детали) взвешивают до испытания и после него. Общая потеря веса в миллиграммах, является мерой износа. Не писк, не заклинивание ролика, не показания амперметра, а взвешивание. Кто-нибудь видел такую демонстрацию на выставке или в интернете?

В качестве образцов для тестирования неизменно выступает одна баночка масла малоизвестного бренда и две-три канистры самых известных марок масла с неизвестным содержимым. Баночка малоизвестного бренда неизменно выигрывает… И зачем существуют самые современные методики и лаборатории по разработке и тестированию моторного масла? Тут и на пальцах все ясно! Покупаем – заливаем.

Еще одна методика тестирования не для выставок, а для недалеких и небогатых блоггеров, которые не могут потратиться на услуги специализированных лабораторий, а хайпа хочется! Тест «прожарка». Для кликабельной публикации достаточно несколько образцов масла, столько же химических стаканов или колб и электроплитка. Да, фотоаппарат тоже нужен, а термометр не обязателен. Берем порцию масла, греем несколько минут, часов, суток, кто сколько выдержит. Результат фотографируется, выкладывается и сопровождается выводами. Вот тут-то и разгуливается фантазия автора.

Аналогичным образом строятся многочисленные тесты на низкотемпературные свойства моторных масел. Оказывается, чтобы сделать исчерпывающие выводы, тестерам достаточно просто низких температур. И совершенно не нужны имитаторы холодного пуска, криостатные камеры и прочая дорогущая аппаратура.

А как надо испытывать моторные масла?

Существуют специально разработанные и регламентированные методы лабораторных испытаний, причем в Европе, в США и Японии, в России используются в основном одни и те же стандарты DOT, DIN, ISO, ASTM. В каждой стране существуют как независимые лаборатории, так и лаборатории самих производителей смазочных материалов, а также сертифицирующие организации. Самый важный для потребителей вопрос об антиизносных свойствах масел, решается путем испытаний на SRV- машине трения, которая практически полностью имитирует работу масла в реальном двигателе. Кстати, именно эта машина фигурирует в современном российском ГОСТе 33252-2015. Более того, этот тест обязателен при разработке любого товарного масла, его результаты обязательно должны укладываться в требования производителей автомобилей и являются основанием для получения как допуска, так и международных спецификаций масла. Наличия подходящей международной спецификации и\или допуска производителя авто достаточно для правильного выбора масла к конкретному автомобилю.

Выводы: не следует доверять тестам на самопальных машинках трения. Условия трения в двигателе совершенно не отвечают условиям теста, предназначенного для трансмиссионных масел. Естественно, что самые лучшие результаты покажут густые минеральные масла для мостов, типа нигрола, совершенно неприменимые в современных ДВС. Естественно, что купившие с этой точки зрения лучший продукт будут радоваться недолго. Дело в том, что современные двигатели в большинстве сопрягаемых деталей и пар трения реализуют гидродинамический режим трения (даже в цилиндро-поршневой группе), поэтому противозадирные свойства присадок, оцениваемые самопальной машиной трения, являются маловажным, а более востребована способность масла к реализации гидродинамического режима, когда поверхности деталей надежно разделены слоем масла и контакт металл\металл не происходит. Профессиональное лабораторное оборудование комплексно оценивает работу масла в двигателе и этому оборудованию нет разумной альтернативы. Остальные доморощенные и ярморочные тесты служат только для обогащения недобросовестных продавцов.

Абсолютный победитель теста моторного масла на ручной машинке трения

В интернете очень распространены ролики, демонстрирующие проверку качества моторных масел. На ручной машинке трения тестируются их смазочные свойства. При помощи этого прибора провести испытание масла совсем не сложно.

Как проверяют масла на машинке трения

В состав машинки трения входит вал, который вращается при проведении тестирования. Под ним установлена ёмкость, в которую заливают определенное количество испытуемого масла. Над этим валом находится другой, меньшего размера вал, прикрепленный к подвижной ручке − рычагу.

При помощи рычага можно регулировать усилие, оказывающее действие на вал. Показатели отражаются на шкале. В состав прибора также входит встроенный амперметр, отражающий нагрузку на двигатель. Суть проверки заключается в том, чтобы при надавливании на рычаг определить нагрузку, при которой масло не выдержит и заклинит. Чем больше будет параметр, тем качество масла лучше.

Обычно тестирование проводится в следующей последовательности:

1. В течение 1 минуты надавливают на рычаг, выдерживая усилие в 1 кг.
2. Увеличивают нагрузку до 2 кг и выдерживают её также в течение 1 минуты.
3. Для определения максимальных значений 3 раза производят «заклинивание» двигателя и записывают показания амперметра.
4. Подсчитывают среднее арифметическое, которое и будет характеристикой тестируемого масла.

После проведения всех пунктов смотрят на валы прибора, чтобы определить, нет ли на них изменений после максимальной нагрузки.

Почему «однорукий бандит» непригоден для оценки моторного масла

Тестирование масел на машинке трения всегда выглядит очень эффектно. Сначала проверяется обычное моторное масло, и оно показывает низкий результат. Затем в масло добавляется присадка, и при следующем за этим тестировании, результаты заметно улучшаются. Недобросовестные рекламодатели любят использовать этот трюк. Происходит подмена понятий: покупатели считают, что масло обладает сверхустойчивой защитной пленкой. Но это не так.

Начнем с того, что машинка трения была создана для определения смазывающей способности трансмиссионных масел, в состав которых входят специальные присадки. Если между трущимися поверхностями возникает высокое давление, присадка активизируется, и образует прослойку, не допускающую задиров.

Но у присадок есть также и минусы: они не выдерживают высоких температур, и многие из них агрессивны к цветным металлам, например, к меди, которая используется в изготовлении некоторых деталей двигателя.

Производители моторных масел не рекомендуют добавлять в масла присадки. То, что полезно для редуктора, может запросто повредить двигатель. А как же быть с улучшением показателей на машинке трения? И нужен ли вообще такой тест для оценки качества моторного масла?

Как известно смазочная система двигателя отличается от системы смазки редуктора. К основным узлам двигателя, в том числе и к парам трения, масло подается насосом. В результате прогона под давлением через каналы образуется гидродинамический масляный клин. И до смазочных способностей дело никогда не доходит. Качество моторных масел определяется совсем другими параметрами.

Иногда машинку трения называют «одноруким бандитом», так как при помощи единственного её рычага проводятся всевозможные махинации. «Бандит» потому, что на результаты испытаний можно легко повлиять, представив нужный продукт в выгодном свете.

Что показывает лучший результат

Информационная программа AMSOIL посвятила целый выпуск испытательной машине Falex. Ведущий программы Роб Стенберг и менеджер AMSOIL Питер Маркхам в этой серии продемонстрировали, как использовать машину трения для достижения нужных результатов и как можно ввести в заблуждение зрителей.

Для разминки взяли моторное масло Mobil 1. После включения двигателя и надавливания на рычаг был зафиксирован довольно низкий результат. Давление составило 42 фунта.

Вторым протестировали масло Amsoil. После залива его в емкость и включения двигателя Питер Маркхам стал надавливать на рычаг, и на этот раз немного больше времени. Масло Amsoil показало около 50 фунтов.

Следующим в емкость прибора залили масло Quaker State, которое считается у потребителей очень хорошим. Питер Маркхам заметил, что масла содержат присадки, которые реагируют на тепло. И в качестве эксперимента немного повысили температуру. На этот раз давление было уже около 60. При разогреве вала результат получается лучше.

Следующее тестирование подтвердило гипотезу, что поверхность вала накапливает остатки присадок, которые влияют на улучшение показателей. На этот раз взяли снова Amsoil и результат составил почти 90 фунтов. Получается, что это масло спустя пару минут стало лучше, чем было?

Под конец в качестве эксперимента решили взять шампунь «Head&Shoulders». И не прогадали, потому что шампунь выдал показатель в 100 фунтов!

В результате эксперимента самым хорошим моторным маслом оказался шампунь «Head&Shoulders». Ведущему даже захотелось залить его в машину. Но Питер Маркхам посоветовал это не делать, потому что на такой прибор полагаться нельзя.

Не позволяйте однорукому бандиту вас провести. Это испытание не стандартизировано, во время эксперимента можно менять условия теста, производить манипуляции, показывая лишь конечный результат. Следует помнить, что данный прибор часто используется в коммерческих целях, для продвижения присадок и различных видов масел.

Моторное масло в машинах трения

Мечта любого потребителя – найти такое масло, которое одновременно обеспечит ему отсутствие износа автомобильного двигателя, его максимальную мощность и заодно снизит расход топлива. Однако вынужден разочаровать: что бы ни писали в рекламе, но реально это неосуществимо.

Прежде чем приобретать любой смазочный материал (а в случае производителя – базовые масла и присадки), покупатель должен выстроить для себя приоритеты: что ему важнее? Максимальный ресурс? Максимальная мощность? Минимальный расход топлива? И только после этого начинать анализировать рынок масел – не поддаваясь на яркие и «завлекательные» объявления о том, что какой-то продукт обладает «чудодейственными свойствами», способными превратить старый двигатель в новый. Чудес, к сожалению, не бывает. А бывает грамотный подбор продукта, который даст реальный эффект.

Есть несколько критериев выбора смазочных материалов, а также фирм-производителей – попробуем в них разобраться.

В машинах, созданных в Институте машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН), используется принцип непрерывного измерения износа

Например, если на этикетке препарата написано, что его применение экономит 7% и более топлива, то можно дальше не читать. Потому что если даже удастся свести потери на трение в узлах двигателя к нулю, то экономия топлива составит не более 7%.

Чтобы снизить энергетические потери, можно идти двумя путями. Либо, используя высоковязкий смазочный материал «А» (рис. б), заставить все пары трения, дающие в сумме более 90% потерь (поршни, поршневые кольца, коренные и шатунные подшипники, кулачки и подшипники распредвала), работать в области минимальных значений момента сил трения Мmin. Либо перей­ти на менее вязкий материал «Б», который на режиме холостого хода Vxx будет работать, изнашивая граничные защитные пленки на трущихся поверхностях (рис. в).

Первое недопустимо, потому что в этом случае будет использоваться менее 50% мощности двигателя. Второе чревато резким износом пар трения. В обоих случаях специфика возвратно-поступательного движения поршней (в ВМТ и НМТ скорость поршня равна нулю, а моменты сил трения в этих областях достигают максимальных значений) накладывает серьезные ограничения на возможности снижения трения. Однако, используя менее вязкие смазочные материалы, можно вдвое снизить потери на трение в коренных и шатунных подшипниках, кулачках и подшипниках распредвала (или распредвалов в современных многоклапанных двигателях). Кстати, эти потери составляют около 45% всех потерь на трение в ДВС.

Можно подсчитать, что экономия топлива при этом составит менее 1,6%. С учетом мизерного снижения потерь в цилиндропоршневой группе можно сказать, что уменьшение потерь на трение в ДВС, достигающее 2%, – это блестящий результат.

Но к сожалению, он может быть существенно омрачен низким ресурсом. Дело в том, что сплошная гидродинамическая смазочная пленка между трущимися поверхностями (рис. в) в этом случае гораздо тоньше, чем в таком же диапазоне скоростей скольжения у высоковязкого смазочного материала. Кроме того, скорость скольжения холостого хода Vxx оказывается ниже скорости скольжения V2Б, при которой возникает сплошная гидродинамическая смазочная пленка – главный фактор, обеспечивающий длительную и почти безызносную работу.

Особо следует остановиться на «прилюдных» экспериментах с использованием, в частности, машин трения. Демонстрируемые (в том числе и на выставках) «поразительные» результаты снижения трения и износа имеют, как правило, ту же природу, что и при механической обработке металлов.

Например, при токарных работах, сверлении и т.д. применяются различные жирные кислоты, в том числе и олеиновая кислота С18Р34О2. Взаимодействуя с металлами, она создает на трущихся поверхностях металлические мыла, что приводит к некоторому снижению твердости (разрыхлению) поверхностного слоя и «деликатному» его удалению.

Отсутствие омыленных поверхностных слоев, например, в гипоидных и тяжелонагруженных передачах может приводить к катастрофическим видам износа, таким как заедание и задир, с полным выходом узла из строя. Поэтому добавки, имеющие такое же воздействие, что и олеиновая кислота, могут использоваться в ступенчатых КПП и в ДВС, но в строго дозированных количествах. В противном случае они, слишком активно взаимодействуя с материалами синхронизаторов и вкладышей, быстро выводят их из строя.

Вернемся к началу разговора. Потребители приобретают смазочный материал, руководствуясь рекомендациями фирмы-производителя. Более «продвинутые» хотели бы иметь рекомендации для поиска оптимального смазочного материала – в соответствии с собственными приоритетами.

Однако существует парадокс – фирмы-производители не знают, какой смазочный материал образует при трении наиболее толстую (при данной нагрузке, температуре и скорости) разделяющую трущиеся поверхности смазочную пленку. А если и знают, то не публикуют эту информацию. А ведь более толстая смазочная пленка обеспечивает, кроме всего прочего, при существующих воздушных, топливных и масляных фильтрах снижение повреждаемости трущихся поверхностей из-за неизбежного наличия в масле абразивных частиц.

Фирмы-производители также не знают (или не публикуют) данные о том, при каких скоростях относительного перемещения трущихся поверхностей, в каких скоростных диапазонах VА или VБ при данных нагрузке и температуре у различных смазочных масел существует сплошная гидродинамическая пленка (рис. а). А ведь максимальная скорость, при которой еще существует сплошная смазочная пленка, – важнейший параметр, обеспечивающий при заданном ресурсе реализацию автомобилем максимальной мощности и надежности.

Прецизионные машины трения, созданные в Институте машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН), позволяют получить точные и объективные данные о свойствах масел

Таким образом, на этикетке следовало бы отражать ранг смазочного материала в соответствии со следующими параметрами.

Во-первых, реальным сроком службы вязкостных (загущающих) присадок. У некоторых загущенных масел задолго до срока смены из-за деструкции и других факторов вязкость снижается почти до вязкости базового масла.

Во-вторых, реализуемой толщиной смазочной пленки.

В-третьих, максимальной скоростью V4А или V4Б, приводящей к разрушению сплошной смазочной пленки, – Hi, Mild, Low.

В результате потребитель получит информацию о несущей способности смазочного материала, которая зависит от совокупного влияния температуры, давления, скорости сдвига, теплоемкости, стойкости вязкостных присадок и т.д.

Кроме того, было бы полезно знать, через какое время несущая способность пленки уменьшится на 10, 20 или 50%.

Все эти данные более полно отражают реальную способность смазочного материала предотвращать выход узлов трения из строя.

Здесь возникает еще один важный вопрос – насколько объективные данные могут публиковаться на этикетке?

Широко распространенные сегодня в испытательной практике машины трения используют испытательный контакт «шар – плоскость» (возвратно-поступательное или вращательное движение плоскости), а также «шар – цилиндрическая поверхность» (вращательное движение цилиндра).

Главный недостаток этих конструкций – отсутствие постоянства параметров исследований в течение одного опыта и от опыта к опыту. А ведь постоянство параметров является основой корректного экспериментального исследования.

Этот недостаток связан с тем, что в результате изнашивания тел, образующих зону трения, постоянно увеличивается площадь контакта, на которую приходится нагрузка. Проще говоря, вначале шарик касается пластины или цилиндра в точке, но в процессе опыта эта точка постепенно становится пятном. Так что в течение опыта давление и, соответственно, температура в зоне трения падают. Но при этом в каждый конкретный момент времени их величины неизвестны (измерить их невозможно технически).

Альтернативой контактам «шар – плоскость» и «шар – цилиндр» являются конструкции машин трения с эффективными, малоинерционными системами самоустановки трущихся поверхностей. Они позволяют (при неизбежных «неидеальностях» изготовления деталей, образующих испытательный контакт трения) обеспечивать постоянство формы эпюры давлений – независимо от тепловых и силовых деформаций, а также износа.

Кроме того, в этих машинах, созданных в Институте машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН), используется принцип непрерывного измерения износа, существенно повышающий корректность и точность измерений.

Например, проведенные на прецизионных машинах экспериментальные исследования моторных масел класса SAE10W-40 различных фирм, представленных в России, показали значительную разницу в величинах их несущей способности – около 40%. А это может (при ошибке в выборе масла) привести к снижению ресурса двигателя в 2–3 раза…

Павел Чхетиани, научный сотрудник Института машиноведения имени А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН)