Свернуть
В поисках максимальных возможностей

В поисках максимальных возможностей

Трудно найти более популярную у любителей технической истории тему, чем эволюция двигателей внутреннего сгорания. Тысячи страниц посвящены шагам, пройденным от первого газового поршневого двигателя британца Барбера, датируемого 1799 годом, до новейших агрегатов из самых современных материалов, управляемых сложной электроникой, сочетающих различные циклы. Соревнование идей и конструкций, успехи и тупиковые эксперименты — чего только не было на этом двухсотлетнем пути. Но тем и хороша история, что взглянуть на нее можно под разными углами.
Редакция ПМ

Более полувека потребовалось, чтобы пройти от бывшего, скорее, теоретической разработкой двигателя Барбера или появившегося через пару лет двигателя Франсуа де Бонне (Лебона) с воспламенением от электрической искры, через появление в 1807 году водородного двигателя Франсуа Исаака де Риваза (еще не имевшего кривошипно-шатунного механизма) — до реально пригодного в коммерческом использовании и выпускавшегося серийно двигателя Жана Этьена Ленуара (1860 год) или заложившего базовый принцип (тот самый «цикл Отто») работы большинства современных ДВС четырехтактного двигателя Николаса Отто (1862 год).

Двигатель Ленуара

Но дальше технологический прорыв приобрел лавинообразные масштабы. Тем более что, пока Ленуар разрабатывал оказавшиеся необходимыми для своей конструкции системы охлаждения и смазки, в 1866 году в США была запатентована первая в истории рецептура моторного масла на основе нефти. Это сделал врач Джон Эллис, экспериментировавший с нефтью в медицинских целях и оценивший ее «скользкость», а затем сумевший восстановить при помощи такой смазки работу заклинившей паровой машины.

И вряд ли прогресс оказался бы столь стремительным, если бы не конкуренция. Конечно, в те годы речь о конкуренции, которую мы видим на современном рынке, еще не шла. Но уже в середине 60-х годов XIX века преимуществом двигателей внутреннего сгорания подавалась их компактность по сравнению с основными конкурентами тех лет — паровыми машинами. А двигателем Ленуара конкурентная борьба была в итоге проиграна за счет более совершенной конструкции двигателя Отто. Оптимальные габариты, надежность и практичность — успех сопутствовал лишь тем, кто мог найти удачное сочетание этих качеств. Прорыв стал обретать масштабы, когда двигатели внутреннего сгорания начали приспосабливать для транспортных средств. Это, кстати, тоже было во многом обусловлено началом применения в качестве топлива нефтепродуктов. 1855 год — Готлиб Даймлер патентует мотоцикл с бензиновым двигателем. Про появление в 1862-м двигателя Отто уже упоминалось. 1864 год — Зигфрид Маркус изобретает одноцилиндровый карбюраторный двигатель и использует его на практике: его «самоходная повозка» оказалась способна разогнаться до 16 км/ч. Еще через девять лет Джордж Брайтон представляет двухцилиндровый двигатель и дорабатывает его для работы на бензине. 1886 год — появляется на свет «прародитель всех автомобилей», трехколесный экипаж Карла Бенца. 1892-й — патентует «двигатель с самовоспламенением смеси воздуха с жидким топливом за счет теплоты, выделяющейся при сжатии», Рудольф Дизель. Старт новой эпохе был дан.

Двигатель Рудольфа Дизеля

Параллельно в России в 1879 году Огнеслав Костович начинает разработку, в 1885-м завершает испытания и к 1892-му получает американский, британский и российский патенты на бензиновый двигатель для дирижаблей и подводных лодок: 8-цилиндровый «оппозит» с электрическим зажиганием, смазочными масленками и водяным охлаждением. Характеристики по тем временам впечатляли: при массе 240 кг мощность в «авиационном» варианте составляла 80 л. с. Для сравнения: «Моторвагены» Бенца развивали 1−3 силы в зависимости от версии, а 2,8-литровый двигатель легендарной «жестянки Лиззи» — открывшего через два десятилетия эпоху автомобилизации США Ford Model T, выдавал 20 л. с. Увы, судьба двигателя Костовича не сложилась — «целевой» проект дирижабля «Россия» завершился неудачей, для других вариантов «транспортного» применения агрегат плохо подходил, а вскоре и вовсе попал как военная разработка под гриф секретности на долгие годы. Это был тоже пример проигранной конкурентной борьбы.22 км/ч — именно такую максимальную скорость (средняя составила 17 км/ч) смог развить «самобеглый паромобиль» маркиза Альбера де Диона — «Де Дион Бутон» — самый быстрый в первых в истории автомобильных соревнованиях, состоявшихся 22 июля 1894 года. На старте этого заезда по маршруту Париж — Руан (126 км) собрались 14 «бензиновых» автомобилей и 7 паровиков. А заявлялось много больше — 102! Среди них 39 автомобилей с ДВС, 28 — с паровыми установками, по пять электромобилей и автомобилей с ныне почти забытыми пневматическими (!) двигателями. Еще 25 технические контролеры были вынуждены просто отнести к категории «другие» (не воспринимать же всерьез некое подобие автобуса, приводимого в движение… усилиями пассажиров).

Все это разнообразие отсеялось в ходе технических инспекций и отборочных заездов, ведь для прохождения дистанции давался жесткий лимит — восемь с половиной часов. Тогда стояла задача продемонстрировать возможности «самобеглых колясок» в принципе — в технических особенностях разбирались единицы, а вот побаивалось «чуда техники» (ну или «исчадия ада») абсолютное большинство. Поэтому ставка делалась на надежность, даже судьба главного приза была решена не спортом, а именно этой политикой — он достался не быстрейшему «Де Дион Бутон», а был разделен между признанными имеющими «наилучшую комбинацию безопасности, экономии и удобства в управлении» (это цитата) «Панар-Левассор» и «Пежо» с бензиновыми трех- или четырехсильными двигателями Daimler. Кстати, если из «бензиновых» до финиша добрались все, то из семи «паровиков» в Руан прибыли лишь три.

На рубеже XIX и XX веков автомобили с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания в реальности вытеснили все остальные конструкции с массового рынка. Наступила эпоха их конкуренции между собой. Надежность, мощность и практичность — при более-менее схожести базовой концепции производители решали задачу каждый по‑своему.Многие барьеры было бы просто невозможно преодолеть без параллельного развития смазок, топлив, других технологических жидкостей. Даже для самых первых ДВС использовать масла для паровых машин — так называемые остаточные, самые тяжелые и густые, которые можно приготовить из нефти с добавлением животных или растительных жиров, — было уже нельзя. В конце XIX века использовали простое машинное масло. Но его подверженность окислению с образованием обильных отложений требовала замены масла через несколько сотен километров. Для участника «Париж — Руан» это был бы более чем достаточный «ресурс», а вот для простого владельца Ford Model T — уже нет. Именно для Model T был заключен один из первых в истории контрактов на централизованную поставку масла для конвейерной сборки (такое «первенство» вполне логично, поскольку конвейер как метод производства автомобилей первым и внедрил Генри Форд).

«Жестянка Лиззи»

Автопроизводитель подписал его в 1914 году с английской компанией Castrol, пятью годами ранее начавшей под этим брендом выпускать масла для автомобильных, мотоциклетных и особо нагруженных — авиационных и гоночных — двигателей. Кстати, двигатель «Жестянки Лиззи» вовсе не имел масляного насоса, которому вскоре предстояло стать необходимым узлом — здесь смазка осуществлялась разбрызгиванием специальными «черпачками» и самотеком. Как, впрочем, и на двигателях куда более дорогих автомобилей тех лет.

Развивались не только технологии двигателей — совершеннее становились и другие узлы автомобилей. А значит, можно было пробовать сделать еще более мощный двигатель и за счет этого обойти — на трассе соревнований или в объемах продаж — конкурентов.

Гонки становились идеальной демонстрацией технических достижений, и их популярность росла. Еще до Первой мировой войны началась история европейских Гран-при и американских 500-мильных гонок. Война отбросила Старый Свет назад, и на какое-то время вперед вырвались американские инженеры. В Гран-при на трассе в Ле-Мане в 1921 году уверенно победил пилот из США Джимми Мерфи за рулем американского же роскошного Duesenberg Model A. Этот автомобиль был легче европейских соперников, но при этом мощнее. Рядная нижневальная «восьмерка» (Straight-eight) с двумя клапанами на цилиндр серийного Duesenberg — кстати, первый такой серийный (у гоночного мощность была увеличена почти вдвое) двигатель в США — имела объем 4,3 л и при этом выдавала 88 л. с. По нынешним временам — удивительно небольшая мощность, не правда ли? Не менее поразительно малой выглядит сейчас и степень сжатия — 5:1. А вот крутящий момент 230 Нм для атмосферного 4,3-литрового двигателя кажется маловат, но не пугающе. Кстати, в этом карбюраторном двигателе уже применялась полноценная система смазки — не «разбрызгиванием и самотеком», а под давлением.

Duesenberg Model A, 1921 г.

Большие по объему двигатели «американской» школы были тяговиты и надежны — ведь внутренние нагрузки здесь были умереннее, а если говорить не о гонках, а о повседневном применении — еще и неприхотливы в плане топлива и смазок. Не зря же фраза «No replacement for displacement!» («Ничто не заменит рабочий объем!») на многие десятилетия стала лозунгом американского автомобилестроения.

Европейская же инженерная школа пошла иным путем. Еще в 1913 году Peugeot L76 имел огромный рабочий объем двигателя — 7,6 л, выдававшего 175 л. с. (то есть удельная мощность составляла 23 л. с./л). А соперники из FIAT использовали и вовсе 14,1-литровый двигатель мощностью 200 л. с. — его удельная мощность была лишь 14,3 л. с./л. Но уже в 1922 году FIAT представил невероятно инновационный по тем временам гоночный автомобиль 805.405 — при его разработке использовалась аэродинамическая труба, а двигатель получил компрессорный нагнетатель.

При этом автомобиль имел восьмицилиндровый двигатель с рабочим объемом всего 2 литра. Даже легендарные, выигравшие 1800 гонок Bugatti Type 35, носившие прозвище Pur Sang — «чистокровный», оснащались двигателями от 1,5 до 2,3 л. В самой мощной двухлитровой версии двигатель развивал 138 л. с. А ведь сейчас при слове «Бугатти» на ум неизменно приходит нечто роскошное и с огромным мотором. Двухлитровые Alfa Romeo развивали до 155 л. с. Кстати, именно на Alfa Romeo и оказалась «закрыта» в 1932 году эра итальянского господства на трассах Гран-при.Необходимо понимать, что рабочий объем двигателей автомобилей для Гран-при ограничивали правила. Ограничение в 2 литра при минимальном весе автомобиля 650 кг было введено в 1922 году. А в 1927-м рабочий объем был и вовсе снижен до 1,5 л. Ограничения вводились, в частности, и из-за глобального экономического кризиса тех лет. Да, где-то в других дисциплинах строились куда более крупные двигатели. Bentley одержала в 1929 и 1930 годах победы в Ле-Мане на автомобилях «6 ½ Litre» — как понятно, с 6,5-литровыми моторами.

Но именно гонки Гран-при, прообраз нынешней «Формулы-1», уже тогда стали соревнованием самых высоких на тот момент технологий. Компрессорные двигатели относительно небольшого объема — тогда и были «инновационными», как это модно говорить в нынешних терминах. Именно для их создания инженерам приходилось находить все более изощренные решения. А потом эти решения приходили и на «товарные», серийные автомобили.

В 1930-е годы (а если быть совсем точным, то в 1935 году и опять же под маркой Castrol) впервые в истории в состав моторных масел были введены антикоррозионные, антиокислительные и противоизносные присадки, без которых невозможно представить современное моторное масло. Поначалу в те времена еще считалось достаточным хотя бы замедлить загрязнение поршней, но все более высокооборотистые моторы со все увеличивавшимися нагрузками — становились гораздо требовательнее. Изрядная часть коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания уходит на борьбу с внутренним трением во все времена. Плюс высокая температура, образование продуктов сгорания топлива… Все важнее было разрабатывать такие масла, которые обеспечивали бы эффективное снижение трения, охлаждение поршней и оперативную «промывку» двигателя, препятствующую образованию нагара. Химические добавки как раз и позволяли сгладить недостатки базовых масел, улучшив их эксплуатационные свойства.

Кстати, вплоть до 50-х годов XX века банальный масляный фильтр для большинства европейских и американских серийных автомобилей вообще еще был опцией, устанавливаемой за отдельные деньги. И даже в этом случае речь шла не о фильтрации всего масла каждый раз при его прохождении через систему. Фильтровалась часть масляного потока, порядка 10%, которая потом смешивалась с маслом, не прошедшим через фильтр. Такая система называется неполнопоточной, сейчас она весьма экзотична. Сейчас кажется удивительным и то, что даже до появления масла, которое сохраняло бы свои показатели при минусовых температурах, оставалось еще полтора десятилетия, революционный по тем временам Castrolite вышел на рынок лишь в 1948-м.К середине 30-х годов мировой кризис отступил, позади осталась и американская Великая депрессия. Правила стали смягчаться. Маятник снижения литража качнулся в обратную сторону, но маховик гонки мощностей и технических решений уже набрал обороты. Вплоть до начала Второй мировой войны на трассах Гран-при царил немецкий технический гений — свои сражения вели гонщики и инженеры Auto Union и «серебряные стрелы» Mercedes.

Auto Union взял за основу двигатели V16, начав с рабочего объема 4,358 л и к 1937 году «добравшись» до 6 л. Мощность при этом возросла с 295 до 520 л. с., а крутящий момент — с 530 до 853 Нм. Даже по современным меркам это более чем впечатляющие показатели… и впечатляющие нагрузки на компоненты двигателя. В 1938 году безумная гонка рабочих объемов была вновь остановлена «трехлитровым» ограничением, но и подогнанный под это требование автомобиль Auto Union Type D имел под капотом двигатель V12, развивавший 485 л. с. и имевший крутящий момент 550 Нм.

«Серебряные стрелы» выдавали не менее оглушительные ответы. Литраж рядных восьмицилиндровых компрессорных двигателей гоночных Mercedes W25/W125 к 1937-му увеличился с 3,36 до 5,66 л, а мощность с 280 л. с. — до фантастических 646 л. с. На вынужденное снижение объема мерседесовцы ответили появлением автомобиля W154, оснащенного (как и у соперников) двигателем V12 и имевшим схожую мощность — 476 л. с. Стоит отметить, что 646-сильный W125 официально считался самым мощным гоночным автомобилем до середины 60-х годов. Таких мощностей смогли достигнуть только большеобъемные (No replacement for displacement!) двигатели V8 в американской серии CanAm. А в мире Гран-при (уже ставшем к тому времени «Формулой-1») этот показатель не был превзойден до 1980-х годов! Понятно, что нагрузки на все элементы таких двигателей были просто огромны. Но даже фантастический, уникальный Mercedes-Benz W125 Rekordwagen, построенный для установления рекорда скорости на суше и разогнавшийся до 432,7 км/ч, — имел 5,576-литровый двигатель V12, выдававший максимальную мощность 736 л. с. всего на 5800 об/мин. Эпоха высоких оборотов, турбонаддува и очередное качание маятника в сторону снижения рабочего объема были еще далеко впереди. А с ними — и очередные головоломки для инженеров и химиков-технологов по маслам…

Mercedes-Benz W125 Rekordwagen

Однако полноценное превращение Гран-при в «Формулу-1» — отдельная история, о которой тоже написаны сотни книг. Да, разработчикам масел пришлось немало потрудиться, создавая продукты, готовые работать на «формульных» оборотах, которые достигали 20 000 в минуту. Но неменьшим вызовом была и разработка масел для раллийных двигателей, способных работать в лапландских морозах, в кенийской пыли и высокогорьях Аргентины. Для двигателей «дакаровских» внедорожников, работающих в 50−60-градусной жаре, в пустынной пыли. А массовая «мода» на турбонаддувы, начавшаяся полвека назад, — ведь обороты ротора турбины могут превышать 150 000 об/мин, а температура достигать 1000 градусов? И везде металлические элементы должны были контактировать, вращаться, отталкиваться друг от друга. А значит, везде должна была быть смазка. И ее кто-то разрабатывал и создавал.

В рамках той самой конкуренции все эти спортивные достижения и разработки не оставались вещью в себе, а достаточно быстро прокладывали себе путь к массовому производству. Ведь самые передовые конструкции и решения использовались сначала на наиболее дорогих моделях автомобилей, а затем (пусть зачастую и в упрощенном виде) — и на самых обычных. Тиражировались, соответственно, не только уникальные разработки инженеров, но и достижения химиков-технологов. К примеру, мы совсем недавно упомянули необходимость работы двигателей в самых разнообразных условиях. И в 1968 году появилось в широкой продаже первое в мире всесезонное масло Castrol GTX, избавлявшее клиента от необходимости подбирать масло по сезону — до этого оно делилось на летнее и зимнее, с разными показателями вязкости.

Производители конкурировали друг с другом и… с реалиями времени. Примеров, когда очередной нефтяной кризис был способен положить конец росту литража и мощности, буквально «переписать» технические регламенты разнообразных гонок — история знает немало. Но последняя четверть минувшего века вывела на передний план еще один вызов, весьма далекий от спортивных трасс и рекордов скорости.

Этим вызовом стала экология. Человечество озаботилось вопросом чистоты окружающей среды, и автомобильная индустрия мгновенно стала объектом особого внимания — в новом, ранее не возникавшем ракурсе. Создателям двигателей внутреннего сгорания пришлось решать все те же задачи, что и раньше: их конструкции должны были быть надежнее, мощнее, компактнее и долговечнее. Но теперь — еще и такими, чтобы расход топлива (а следовательно, и вредные выбросы) — стремился к минимуму. Эпоха «чистого спорта» — кто мощнее и быстрее и кто сможет первым применить спортивные разработки на массовом конвейере — уходила в прошлое. В самых разных уголках мира против «грязных» автогонок стали поднимать голос зеленые. Следующей «эпохой» стала вполне себе «рыночная» эпоха «даунсайзинга» — снижения рабочих объемов, но по возможности — без компромисса с мощностью.

Конкуренция все предыдущее время была эффективным стимулом для инженеров и продолжала играть свою роль. Но теперь приходилось куда в большей степени учитывать и такой фактор, как моторесурс. Ведь для опытных разработчиков двигателей создать агрегат, способный развивать огромную мощность или какие-то запредельные обороты, — пусть сложная, но имеющая решение задача. Вопрос в другом — сколько времени он сможет это делать? Введение требований устанавливать на гоночные автомобили двигатели, способные проработать весь сезон, переводится на обычный язык как «способные проработать в сумме четверо-пятеро суток в течение года» — суммарная продолжительность гонок «за сезон» редко бывает больше. Устроило бы розничного клиента такое требование для личного автомобиля? Ответ очевиден…

«Даунсайзинг» потребовал, по сути, создания массовых двигателей, имевших удельную мощность, сопоставимую с той, что пару десятилетий назад имели двигатели настоящих гоночных автомобилей. Можно даже не вспоминать далекие 30-е с их 138 силами у выигравших 1800 гонок Bugatti Type 35. В гораздо более близкой истории остались времена, когда «100 лошадиных сил с литра» для серийного автомобиля были достижением уровня суперкара. Сейчас двигателем «1,6-турбо» мощностью выше 200 сил удивить кого-то сложно. Их делают немецкие, японские, корейские производители. Всего лишь в середине 90-х годов прошлого века 275 сил двухлитрового мотора переднеприводного автомобиля означало одно: «раллийный кит-кар». Сейчас — в лучшем случае «горячий хэтчбек».

Эволюция ДВС

Вот только «кит-кару» достаточно было проехать в «боевом» режиме хотя бы тысячу километров (потом — плановый «превентивный» ремонт, переборка). А серийному «хот-хэтчу» только заводской гарантии полагается минимум сто тысяч. Именно поэтому даже самые «крутые» серийные спорткары создают такими, чтобы обороты двигателя были вполовину от «формульных» (экстремальный Ariel Atom 500 с его 10 500 об/мин не в счет — больно экзотический «почти автомобиль»). Иначе моторесурс неизбежно будет страдать. Легкие детали из новых материалов стали предъявлять свои, особые требования — им приходится переносить куда более интенсивные нагрузки, чем предшествующим поколениям двигателей. Заводские инженеры сделали со своей стороны все возможное. Здесь и спортивные технологии, и технологии, к которым открыло доступ развитие электроники, и новые материалы, позволяющие создавать все более и более легкие детали. Но и смазочные материалы внесли свой вклад в создание надежных, мощных и компактных двигателей в ничуть не меньшей степени. Если честно, кампания с поголовным «даунсайзингом» оказалась слишком уж «кампанейской». Даже те производители, которые стояли у ее истоков, в конце концов пытались ввести термин «райтсайзинг» («правильный объем») — мол, объем должен быть не минимальным, а разумным. Но эти жалобы специалистов были быстро приглушены «по идеологическим причинам». Маятник на этот раз качнулся не в сторону увеличения рабочего объема — а в сторону электрификации и «гибридов». Но это уже совсем другая история.

Наддувный мотор «Ауди» 1,8 л середины 90-х считается родоначальником даунсайзинга

Итак, под капотом каждого второго автомобиля, припаркованного у обычного дома, стоит двигатель, за который меньше века назад отдали бы душу дьяволу самые крутые гонщики. И весят эти автомобили практически вдвое больше тех, на которых они сражались на трассах. При этом конкуренция вынуждает делать современный мотор из материалов легких и дешевых. А такие, увы, как правило, существенно менее стойки к износу. У двигателя столетней давности блок цилиндров был чугунным и потому — практически вечным. Многие из тех автомобилей до сих пор на ходу. Сейчас тот же узел, скорее всего, алюминиевый, с внутренней облицовкой цилиндров из более твердого сплава. Этот мотор не проработает сто лет. Не должен — он и рассчитан-то на прохождение тысяч этак трехсот километров, и как бы это не было еще слишком оптимистичным прогнозом. Но если бы автомобили по‑прежнему «бегали» миллион — кто бы покупал новые? Увы, но это тоже закон рынка. Все возрастающие нагрузки не только подразумевают необходимость лучшей защиты — об этом уже упоминалось неоднократно. Требуется куда большее — мобилизация буквально всех ресурсов. Активным участником сражения за дополнительную мощность, за снижение потерь становится и масло. Современный двигатель нуждается в максимально оптимальной смазке куда более, чем его предок вековой давности. Более того, он требует такой смазки, которая учитывала бы именно его особенности. Наверняка практически все слышали фразу «Автопроизводитель такой-то рекомендует масло такое-то…». Это не просто маркетинговое соглашение — за ним стоят совместные исследования и испытания, подбор тех характеристик, которые позволят уже не просто сохранить двигатель, а дать ему возможность максимально реализовать свой конструктивный потенциал.


Испытание: снижение потерь на трение

Подобный фрикционный тест широко применяется в отрасли: представим себе металлический диск на оси. Он расположен горизонтально и в этой плоскости вращается. Сверху к нему прижимается грузик на штанге. Усилие, с которым этот грузик отклоняется, вращающимся диском можно измерить. Если теперь смазать трущиеся детали (грузик и диск), то это усилие уменьшится. Впрочем, если мы выбрали правильную смазку, конечно. И новое усилие тоже можно измерить, вычесть из первого и увидеть, что получилось. Все это можно тестировать в разном диапазоне скоростей вращения, максимально приближая к реальной работе двигателя. Именно так было доказано, что Castrol EDGE с технологией Fluid Titanium снижает потери на трение до 20%.

Какие вообще моторные масла бывают?

Принципиально их можно разделить на три типа. Минеральные — те, что делаются из нефти. Конечно, не «по старинке», а с учетом всех присадок, добавок и прочих улучшенных качеств. Но так или иначе — это и сейчас просто и относительно дешево. Вот только сфера их применения в последние пару десятилетий не широка и продолжает сужаться. Они устарели и для наиболее современных и высокотехнологичных двигателей подходят не совсем… пусть и лучше, чем смазка от паровых машин для первых ДВС (мы говорили об этом в самом начале). А всего лет 20 назад еще были абсолютно актуальны!

Полусинтетические представляют собой смесь минерального базового масла, синтетического (о нем ниже) и различных присадок. Обычно их соотношение находится где-то на уровне 70, 20 и 10% соответственно. Это вариант уже более современный, но тут необходимо смотреть инструкцию по каждой конкретной модели автомобиля и двигателя. Синтетическое масло — самый технологически продвинутый вариант. Основа синтезируется искусственно, что обеспечивает ее однородность и заданные свойства. Синтезировать масло можно разными способами, из разных материалов и получая на выходе разные результаты: из растительных масел, попутного нефтяного газа и опять же из самой нефти. Строго говоря, это не совсем «синтетика» — исходным сырьем-то является та же нефть, что и в случае минерального масла. Но этот терминологический вопрос решен в профессиональной среде уже давно — еще в 1999 году, когда подобная продукция только завоевывала свое место под солнцем.

Система смазки двигателя

Зачем нужны присадки?

Присадки — важнейшая часть современного моторного масла. В зависимости от используемой основы количество присадок в масле может достигать трех десятков, а их доля в конечном продукте — составлять до 25%. Они улучшают самые разные свойства, полный перечень которых здесь едва ли уместен. Остановимся на важнейших (или как минимум понятных на доступном уровне) — вязкостных и улучшающих текучесть, а также — функциональных. Вязкостные присадки, так называемые модификаторы вязкости, обеспечивают необходимую консистенцию смазывающей жидкости, при этом предотвращая снижение вязкости и несущей способности масла при повышении температуры. Как правило, на такие присадки приходится до 5% от количества масла. Но даже при абсолютной концентрации 1% вязкостные присадки могут «регулировать» вязкость в пределах 50−200%! И требования к ним продолжают ужесточаться.

Вторая большая группа присадок — функциональные — делится на несколько категорий: антиоксиданты, противоизносные агенты, моюще-диспергирующие присадки, модификаторы трения и антипенные агенты. Названия этих категорий в большинстве своем говорят за себя. К примеру, понятно, на что направлено действие противоизносных присадок: благодаря их воздействию на деталях образуется пленка, защищающая от износа. Аналогично прозрачен для понимания и смысл присадок моющих.

Под воздействием высоких температур, и в первую очередь процессов сгорания топлива, в двигателе образуются продукты окисления. Они значительно ухудшают действие смазывающего состава, оседают на деталях и препятствуют их эффективной работе. Специальные антиокислительные присадки замедляют эти процессы, позволяя моторному маслу дольше сохранять уровень своих эксплуатационных свойств. Но «внутри» этих групп все равно остается немалое пространство для исследований и научно-инженерного творчества. Так, уже упоминавшееся выше моторное масло Castrol EDGE с технологией Fluid TITANIUM, в состав которого входит сополимер титана, при увеличении давления меняет свою структуру на молекулярном уровне, становясь прочнее, а когда давление уменьшается, масло возвращается в свое изначальное жидкое состояние. Это ведет к увеличению прочности масляной пленки в наиболее нагруженных частях двигателя, например, контактных поверхностях кулачка распредвала с толкателем клапана. При повышении давления масло становится прочнее, а в экстремальных случаях почти твердым. Потери на трение в результате снижаются до 20%, что и позволяет двигателю максимально реализовывать свой потенциал — высвободить мощность, которая иначе терялась бы на трение. Ведь упомянутый сополимер титана выполняет еще и функцию модификатора трения.

Трение — враг мощности Трение — враг мощности При движении автомобиль тратит 70−80% мощности двигателя на преодоление трения в различных узлах. 1. Двигатель внутреннего сгорания: мотор включает в себя множество деталей, которые также находятся в движении. Потери на их трение составляют 5−20% от общего баланса. 2. Трансмиссия передает усилия от мотора к колесам. Но передает не все — потеря мощности составляет около 5−10%. 3. Тормоза вступают в дело, когда нужно изменить скорость или остановиться. И здесь затрачиваются 5−10% мощности. 4. Колеса расходуют энергию на трение качения — 7−15%. 5. Аэро: при движении машине необходимо преодолевать сопротивление воздуха — при этом происходит потеря мощности 25−50%.

Как испытывают масла?

Несмотря на наличие множества разных производителей и обилие сортов моторных масел, существует достаточно строгая их классификация. Иначе обычный клиент просто бы запутался, утонул в море предложений. Поэтому, чтобы выйти на определенный рынок, каждый производитель должен сертифицировать свою продукцию в соответствии с действующими на этом рынке стандартами. Испытания делятся на физико-химические и моторные. Физико-химические испытания — это лабораторные испытания с применением стандартизированных методов. Проверяется (разными методами) низко- и высокотемпературная вязкость, проводятся тесты на испаряемость, совместимость с уплотнениями, склонность к пенообразованию и ряд других параметров. А для проверки эксплуатационных качеств проводятся моторные испытания. Предусмотрены различные методы испытаний для бензиновых и дизельных двигателей, для легковых и грузовых автомобилей, для оценки разных критериев. В качестве «стандартных инструментов» используются различные заранее определенные двигатели (дело тут не в производителе, а в характеристиках двигателей и единстве методики для всех масел). Все это — общие стандарты и допуски, которые необходимо выполнять, но отнюдь не все возможные испытания. Чтобы получить конкретный допуск-рекомендацию для двигателей того или иного производителя — естественно, проводятся конкретные целевые тесты. Они могут быть заказаны у независимых авторитетных лабораторий, но, конечно, никто не мешает производителям масел проводить свои собственные исследования. Они направлены на то, чтобы продемонстрировать, что масло не просто «соответствует», а превосходит некие стандарты. Или предлагает такой улучшенный набор качеств, который едиными стандартами пока не оговорен. То есть — все лучшее, чего удалось добиться инженерам, химикам и технологам.


Испытание: изменение молекулярной структуры масла

Еще одно необычное, но весьма убедительное испытание было проведено с маслом Castrol EDGE. Моторное масло находится между двумя алмазами, которые помещены в специальную установку (как известно, алмазы способны выдерживать сверхвысокое давление). Затем алмазы сжимают до давления 10 гигапаскалей — это на 10 порядков больше атмосферного. В масло добавлены микрокристаллы рубина, которые флуоресцируют под действием луча лазера, при этом длина волны их излучения меняется с изменением давления благодаря свойству анизотропии. При достижении определенного значения свечение кристаллов рубина меняется, показывая, что масло перешло из жидкого состояния в твердое. Далее эту установку перемещают в синхротрон (круговой ускоритель заряженных частиц). Пучок электронов проходит через ондулятор — прибор, магнитное поле которого отклоняет их попеременно вверх-вниз, так что траектория движения начинает напоминать пилу. В момент поворота на очередном «зубце» электрон движется с ускорением и, соответственно, тратит энергию на излучение. Параметры ондулятора подбираются так, чтобы это было рентгеновское излучение в заданном диапазоне. Им и просвечивают исследуемое масло. Яркость излучения в 10 миллиардов раз превышает солнечное, а разрешение, достигаемое при этой процедуре, существенно превышает возможности лучших микроскопов — в результате исследователи могут разглядеть отдельные молекулы на полученном (и далее обработанном) снимке. Таким образом выясняется, что при экстремальных нагрузках испытываемое моторное масло Castrol EDGE представляет собой молекулярную структуру, подобную твердому телу, а наличие дифракционной картинки подтверждает изменение структуры масла под давлением, обеспечивая соприкасающимся деталям надежную защиту именно в те моменты, когда это необходимо.

Какое масло выбрать?

Начнем с банальности. Вашей машине подойдет не любое масло и не то, которое хвалит ваш друг, ездящий на другом авто. Разумный выбор — масло, параметры которого, особенно — вязкость, рекомендует изготовитель автомобиля. Он взял их не с потолка, а по итогам долгой, кропотливой работы и по итогам огромного количества испытаний. Кстати, компания Castrol разрабатывает свои масла совместно с инженерами компаний автопроизводителей, которые являются ее стратегическими партнерами (VW Group, Volvo, JLR, Ford).

В любом случае «фирменное» масло от ведущего производителя не просто дает возможность вашему двигателю раскрыть свой потенциал. В каждой такой баночке или канистре — более чем вековой опыт, труд и знания тысяч и тысяч людей. История, неразрывно связанная с историей самих двигателей, с историей автомобилизма.

В любом случае самым главным условием беспроблемной эксплуатации автомобиля является применение смазочных материалов, строго соответствующих требованиям производителя техники, а также соблюдение интервалов обслуживания с учетом условий эксплуатации.

Интересно как устроен ядерный реактор и могут ли роботы построить дом?
Все о новых технологиях и изобретениях!
Спасибо.
Мы отправили на ваш email письмо с подтверждением.
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.