Нитрид бора — обыкновенное чудо?

Boron-nitride-(wurtzite)-3D-balls

Ежели лень читать все — выводы про использование нанокерамики в маслах в таблице внизу

На столе нехитрое устройство — стенд для проверки противозадирных свойств смазывающих материалов. Если не вдаваться в подробности, он представляет собой втулку, которую вращает электромотор, а к ней прижат металлический образец: в нашем случае, ролик от подшипника. Втулка вращается, а ролик зажат намертво и поперек. Все это хозяйство смазывается испытуемым маслом, и оператор постепенно нагружает ролик до момента заклинивания втулки. Я сижу рядом и оцениваю нагрузку, при которой происходит сия неприятность. В каждом опыте заклинивают три раза.

Ну дальше все как в рекламе: вот обычной моторное масло, а вот наше, необычное. При использовании обычного втулку заклинивает при нагрузке в 4 кг. Залили необычное — в первые разы доходило до 12-13 кг, при последующих заклиниваниях — на уровне 8-9 кг. В любом случае, разница заметная. Обращает внимание и характер износа: если на обычном масле в нашем несчастном ролике втулка выгрызла этакое седло, то с «суперсмесью» после тех же трех заклиниваний осталась небольшая метка. Ладно, верю.

Называть препарат не буду, чтобы в самом деле не смахивало на рекламу. Помимо, собственно, чудо-препарата есть линейка моторных масел, в которые уже на заводе добавили нанокерамический порошок. Масла при этом самые разные, с классами вязкости от 0w20 до 5w50. Они имеют стандартные допуски производителей, включая BMW, Porsche, Mercedes-Benz, Opel, Ford, Renault, Volkswagen, а также необходимые сертификаты по API и ACEA. Есть масла на гидрокрекинговой основе, есть с добавлением ПАО (синтетики). В общем, можно подобрать под конкретный мотор.

По сути, главным отличием является десятипроцентная добавка похожей на сгущенку суспензии, которая включает наноскопические частицы нитрида бора — керамического материала с высокой твердостью.

Естественно, использование таких масел сулит целый шлейф положительных следствий, начиная от безызносной эксплуатации и заканчивая экономией на топливе.

Я, как и многие, отношусь скептически ко всему, что не рекомендовано производителем. Тем не менее, опыт, с которого начинался пост, вынудил меня погрузиться в тему нанокерамики чуть глубже.

Выяснил вот что. Нитрид бора для защиты поверхностей трения применяется уже довольно давно, что, в целом, не противоречит физике, в том числе экспериментальной. Частички твердой керамики заполняют микронеровности пар трения и работают, как бусы, рассыпанные по полу — наступишь, подскользнешься.

Это свойство нанокерамики объясняет повышенную сопротивляемость заклиниванию в нашем опыте: когда мы продавливали слой масла, начинал работать «керамический наноподшипник».

Мой скепсис, тем не менее, не исчез. Например, в нормальных условиях подшипники скольжения в двигателе работают без контакта металл по металлу, и зазор в масляном клине существенно превышает нано-размеры порошка. То бишь, есть порошок или нет — износ близок к нулю, а потери зависят в основном от вязкости масла.

Правда, есть коварная пара трения поршень-цилиндр, которая работает в тяжелых условиях, где трение часто переходит в пограничный режим. Есть режимы перегруза (например, предельные обороты) и холостого хода, а главное — холодный пуск, когда несколько секунд пары трения работают почти на сухую. На кафедре ДВС нам внушали, что холодный пуск с точки зрения износа равен 200 км пробега, то есть за одну зиму при двухразовых поездках мы изнашиваем мотор также, как при 60 тысячах километрах спокойной езды по трассе. Наконец, есть аварийные режимы, когда масло по каким-то причинам перестало поступать к отдельным парам трения.

Я готов поверить, что использование нанокерамики снижает износ в этих режимах и парах трения. Скажется ли это на общем ресурсе мотора? Зависит от характера использования автомобиля. Если он постоянно работает в режимах, близких к критическим, нанокерамика может дать блестящий результат. Именно поэтому, кстати, навороченные «керамические» масла популярны у автогонщиков и картингистов. Если же мы спокойной ездим по трассе, эффект может быть не столь заметен, тем более, при небольших пробегах.

С экономией топлива скепсиса еще больше. То, что на обычном (исправном) моторе никакой препарат не обеспечит экономии в 30% в реальном режиме эксплуатации — для меня это аксиома. Просто потому, что механические потери в общем балансе не занимают тех самых 30%, поэтому даже снижение их до нуля не приведет к столь радикальной экономии.

Другое дело, опять же, режимы малых нагрузок. Скажем, на холостом ходу двигатель вообще работает, как фрилансер — сам на себя. Все, что он преодолевает — это собственное сопротивление, и если его снизить, то и расход топлива упадет. Правда, и тут есть нюанс, потому что та же нанокерамика, снижая трение, не влияет на потери в генераторе или так называемые насосные потери (связанные с наличием дросселя).

Ну да ладно, верить или не верить — мое личное дело. На прощание меня нагрузили десятком отчетов об испытаниях препарата самыми разными органами. Пришлось вспомнить годы учебы.

Вот, например, отчет об испытания автомобиля Audi A3 с использованием рассматриваемого масла. Экономия топлива в режиме город-трасса составила 1-2%, изменение мощности — нулевое (в одном измерении они получили 2-процентное «увеличение» мощности, но при разных оборотах двигателя, так что в целом можно списать на погрешность). Похоже на правду. Исследование, кстати, проводили европейцы.

А вот испытания дизеля Д-240 на масле без присадки и с оной. Во втором случае средний расход топлива снизился на 15,5%, но есть маленький нюанс, цитирую: «Испытания двигателя проводились без нагрузки при оборотах коленчатого вала от 1200 до 2337 мин-1 с интервалом 200 мин-1». А без нагрузки — это и есть тот режим фрилансера, когда двигатель вращает исключительно сам себя. Так что снова — вполне правдоподобно, но не имеет отношения к обычным режимам эксплуатации автомобиля.

Есть интересные испытания дизеля  В2Ч 8,2/7,8 на родном ЧТЗ: здесь уже снимали нагрузочную характеристику, вычисляя удельный эффективный расход топлива — величина, обратно пропорциональная КПД двигателя. Так вот, по всему диапазону нагрузок видно снижение расхода топлива, причем на режиме максимальной эффективности (средние нагрузки) — с 203 г/л.с.*ч до 195 г/л.с.*ч. То есть, примерно на 4%. Что интересно, результат улучшался постепенно, например, после 6 часов работы с присадкой экономия была едва заметной, а после 12 часов — как указано выше.

Наконец, мой любимый отчет. В нем объектом исследования был ВАЗ-2112, а в аннотации сулили экономию топлива до 30% при использовании присадки. В исследовании определяли состав отработавших газов, причем выбросы СО2, пропорциональные расходу топлива, изменились менее чем на 1% (погрешность?). При этом, к слову, двигатель еще подвергли раскоксовки, что увеличило компрессию, а с ней — и эффективность мотора. А где же экономия 30%? А она в примечании и сформулирована так: «… наблюдается экономия топлива (до обработки 10 л топлива хватало приблизительно на 125-130 км, после обработки — 165-170 км)». Ну как-то уж слишком приблизительно.

Есть несколько отчетов, позволяющих судить о противоизносных свойствах такого масла. Например, залили его в двигатели двух «Икарусов». В одном случае в какой-то момент сломалась шестерня масляного насоса (с используемым маслом, как я понимаю, поломка не связана, хотя тут нужно разбираться). Как бы то ни было, двигатель поработал в режиме масляного голодания, из-за чего вышли из строя вкладыши подшипников коленвала (они из цветных металлов). Чугунные и стальные же детали остались в рабочем состоянии, и даже компрессия в цилиндрах не упала. Опять же, трудно сказать, насколько это связано с работой присадки, потому что не известно доподлинно, сколько и как двигатель работал без масла (тонкая пленка сохраняется на поверхностях трения какое-то время даже после прекращения подачи).

Есть более академическое лабораторное исследование свойств разнообразных присадок, включая нашу, в ГОСНИТИ, и результаты в целом совпадают с тем, что я видел лично в опыте из начала поста. Коэффициент трения снизился в 4 с лишним раза, предельная нагрузка выросла более чем в 4 раза, следы износа уменьшились в 5-7 раз.

В популярных источниках я нашел результаты испытаний разнообразных чудо-масел журналом «За рулем». Среди них было масло Xenum WRX 7.5W40 — я рассказываю не про него, но оно тоже имеет нитрид бора в качестве модификатора трения. Так вот, зарулевцы пришли к выводу: «Эстеро-керамическое» масло Xenum WRX 7.5W40 с микрокерамикой дало рекордно низкую скорость износа поршневых колец и цилиндров, вдобавок снизилась скорость износа и у подшипников. «Твердая смазка» из нитрида бора работает! Энергосберегающий эффект в масле проявился как раз там, где обычным моторам приходится особенно тяжело…»

Короче, к выводам.

1. Судя по имеющимся данным, измельченная керамика на основе нитрида бора повышает защищенность пар трения в экстремальных режимах. При этом она должна быть измельчена качественно, потому что сам по себе нитрид бора — жуткий абразив.

2. Увеличение ресурса возможно. Однако, его степень зависит от параметров конкретного двигателя и режима эксплуатации. Чем более форсирован мотор и чем жестче его гоняют, тем более ощутимым будет эффект.

3. Значительной экономии топлива я бы не ждал, и основное снижение расхода должно быть на режимах малых и экстремальных нагрузок, тогда как при обычной езде экономия, скорее всего, будет малозаметной.

4. Два предыдущих пункта объясняют, почему производители не спешат заливать чудо-масла прямо на заводе. Ресурс их волнует в диапазоне гарантийных 100 тысяч километров, на которые достаточно обычного масла, а расход топлива в тестовых режимах снижается слишком незначительно, чтобы оправдать повышенную стоимость такого масла (проще залить маловязкое масло 0w20). К тому же, износ пар трения в какой-то мере выгоден производителям, потому что повышает спрос на запасные части.

5. Таки использовать или нет? Несмотря на то, что мой скепсис относительно добавок поубавился, серьезной мотивации не появилось, потому что даже с обычным маслом ресурса пар трения должно хватить и на меня, и на следующего владельца. А что будет дальше, честно говоря, не слишком волнует. Но если вы ездите чересчур агрессивно или мотор уже староват и потребует капремонта в обозримом будущем — рассмотрите такой вариант. Если еще не поздно, конечно.

PS: нанокерамика — не единственный способ создать «вечные» пары трения. Скажем, есть масла и присадки на основе графита или с металлоплакирующими добавками, которые покрывают пары трения податливым слоем цветных металлов. Некоторые из них работают, некоторые — нет. Разбираться нужно в каждом конкретном случае.

PPS: если есть желающие попробовать описываемое масло, могу дать контакты челябинского представителя. Масла, кстати, стоят не слишком дорого — примерно 2400 рублей за 4-литровую канистру. Мне предложили залить бесплатно. Думаю.

Добавить комментарий