Журнал AUTO3N публикует мнение эксперта – Сергея Чернявского
Первая часть тут – Присадки. Или история о каше, которую маслом не испортишь…
Вторая часть тут – Присадки. Часть 2. Или продолжение истории о каше, которую маслом не испортишь…
Бензиновому мотору вода не причиняют фактически никакого вреда. Да, может произойти сбой в работе цилиндра. Двигатель будет «троить» – хотя тут есть варианты, не все моторы четырехцилиндровые. Но это – придирки, мелочи.
Что еще? Не исключен сбой в работе бензонасоса из-за попадания воды. Результат – малозаметный, мотор разок «тряхнет» на подушках крепления – и только.
Почему?
Короткий ответ. Бензонасос работает при очень при очень низком избыточном давлении, он подвергается малым нагрузкам и конструктивно давно отработан до совершенства.
Если говорить о самом процессе в камере сгорания, то коротко – да, процессы сгорания смеси у дизеля и бензинового мотора принципиально разные.
Но вот парадокс: вода бензиновому ДВС – не враг, а скорее друг!
Бензовоздушная смесь высокой влажности сгорает даже лучше, чем «сухой» бензин. Несколько снижается температура сгорания, смягчается процесс во «влажной камере сгорания при рабочем такте.
Это давно известно. Влажный воздух, влажная погода создают лучшие условия для работы бензинового мотора. Более того, некоторое содержание влаги в бензовоздушной смеси не только не является проблемой, но в общем-то одобряется и даже… специально задается в ряде особых систем! «Влажная» смесь показывает гораздо более низкую склонность к детонации.
В те далекие времена, когда угол опережения зажигания выставлялся вручную или механическим способом, существовало безусловно спортивное правило: во влажную погоду ставить очень раннее зажигание, брать от мотора максимум.
Кулибины так вообще на воду делали ставку в экологических и экономических изысканиях: учили мотор «кушать» диетическую смесь, где бензина мало-мало, а воды – много-много. В потенциале – верили они – мотор привыкнет и начнет кушать одну воду…
А вот с дизелем и пробовать такие трюки нельзя. Сдохнет сразу. Это тоже общеизвестно.
Почему?
Короткий ответ: потому что инженеры задают разные роли для бензина и дизтоплива в системе подачи. Потому что бензин пассивно перекачивается, тогда как дизтопливо – активно смазывает. Но об этом – в следующей серии.
Серия первая. Плачущий убийца
Любой ниндзя, даже начинающий, понимает пользу маскировки.
Вода маскируется безупречно. Она, вроде бы, безобидна – ну, не кислота же! Она присутствует незаметно – буквально капельно. Она лишена оружия, тогда как инженеры неустанно вооружают дизель самыми крутыми технологиями…
И все же, хотя в это трудно поверить, обыкновенная вода быстро и жестоко уничтожает продукты высочайших технологий. Разрушает узлы и системы, которые созданы с учетом агрессивности воды, с полным пониманием всех ее свойств…
Это вопрос, который часто задают владельцы дизелей: если про воду понятно все, изначально, почему нельзя как-то… подстраховаться? Может, тут есть подвох? Может, производители намеренно закладывают дефект, чтобы нажиться на ремонте?
Короткий ответ: нет, намеренного сокращения ресурса в данном случае никто не планирует, проблем в систему не закладывает, конструкцию не ослабляет.
Теперь длинный ответ. Готовы?
Придется подробно рассмотреть процессы, которые происходят, когда в дизельное топливо попадает вода. Уточним сразу, мы будем говорить преимущественно о современной дизельной топливной аппаратуре с высочайшим давлением и минимальными зазорами в прецизионных парах.
Трение. Вот что надо понять, разбирая причины смерти дизеля.
Возьмем в пример что-то весомое… вот хотя бы коленвал.
В процессе работы современного мотора, в штатном режиме, этот массивный, важнейший его элемент, по сути не знает трения.
Инженеры применили целый ряд хитростей, нагнетая масло, «укутывая» коленвал в прочную масляную пленку.
Например, на сальники коленвала наносят специальную насечку «турбинного типа»: чтобы закручивать масло, удерживать от проникновения за уплотнение – и в то же время исключать контакт сальника с валом.
Такую же или подобную работу проводят во всех важных парах трения, в итоге коленчатый вал практически «висит» в масляной оболочке. Хотя зазоры ничтожны, хотя вибрации значительны, хотя обороты часто, внезапно, порою резко и бессистемно, меняются…
Но правило работает и для дизеля и для бензинового мотора: коленчатый вал динамически «упакован» в масляный кокон в средних, обычных для движения, режимах работы мотора.
Зачем так долго разбирать работу коленвала? Чтобы провести аналогию с дизельной топливной системой, конечно. Коленвал здоровенный, но – парит на «масляной подушке». Прецизионные пары крохотные – но их детали тоже «парят», не зная трения в процессе штатной работы.
Только так можно добиться замечательного эффекта: фактического отсутствия износа рабочих поверхностей!
Вернусь к сальнику коленвала. У весьма прогрессивных конструкций сейчас имеется тефлоновое покрытие, тончайшее. Настолько деликатное, что при монтаже ремонтных сальников мастеру приходится изощряться и обязательно использовать специальные съёмники и оправки, чтобы ни в коем случае не коснуться тефлоновой поверхности! Одно касание портит сальник… который в ином случае жил бы почти вечно!
То же самое верно для дизельных систем.
Надеюсь, всего сказанного достаточно, чтобы объяснить, почему в дизельной топливной аппаратуре при колоссальных давлениях и чудовищных удельных нагрузках нет физического контакта металла с металлом.
Крошечные прецизионные детали, такие как гильза и плунжер, запорный (дозирующий) клапан, распылитель (игла и корпус) – работают в масляном коконе, не касаясь друг друга.
Не касаясь, хотя в современной прецизионный паре, например плунжерной, зазор составляет буквально два микрона! Но даже так – масляная пленка справляется, полностью разделяет две поверхности.
Думаю, внимательный читатель уже заметил мою намеренную оговорку.
Какое масло? В топливной системе дизеля работает – топливо!
Именно так, и я специально хочу на этом заострить внимание.
Дизельное топливо в современной системе полноценно принимает на себя смазывающие функции.
Как только двигатель бывает запущен, плунжер «всплывает» – и всё дальнейшее бесконечное чисто вибрирующих возвратно-поступательных движений за время работы двигателя плунжер осуществляет без контакта с гильзой.
Ничего подобного в бензиновом моторе нет!
К бензину никто не предъявляет требований, как к смазке. Сказать-то такое- дико…
Теперь пришло время оценить дизельное топливо с учетом требований по смазке. И сразу станет понятно, как все радикально изменилось в последние лет двадцать!
Для дизельной топливной аппаратуры, которая отвечала ранним стандартам «Евро», примерно с первого номера и до четвёртого, были характерны «просторные» зазоры в 5… 6 микрон и даже более. Добавим, в топливной системе нагнеталось давление, в разы меньшее, чем сейчас. Так что дизельное топливо весьма сомнительных смазывающих свойств умудрялось кое-как, но выполнять свою работу – разделять поверхности.
Но время неумолимо, мы на пороге «Евро-6», системы Common Rail и насос-форсунки вынуждены работать при ничтожных зазорах в два микрона, а иногда – в один микрон! И все это при давлении в 2500 бар и даже больше…
Кромешный техно-ад.
Ну что, готовы добавить в него водички? Это круче, чем плеснуть на камни в бане, гораздо круче.
Потому что у воды нет никаких, уж тем более «впечатляющих» способностей создавать защитную плёнку и смазывать поверхности. Зато есть свойство смывать сказку и оголять металл.
А дальше – неминуемая порча прецизионной пары…
Серия вторая. «Умри, но не сегодня», или как выживали дизели-динозавры
О дивные давние времена!
Тогда, лет 20 назад, дизтопливо массово звали соляркой, и не без оснований. Оно было кошмарного качества если не всегда, то удручающе часто.
Не зря на рынок России самые верные дизелю бренды не спешили выводить свои лучшие модели. Стоило даже очень неосведомленному в делах технических маркетологу и менеджеру по продажам один раз побывать на настоящий заправке russian zapravka, как он понимал: рано, слишком рано сюда – без лома. Другие-то методы не сработают.
А лом – работал! Сколько закисших плунжерных пар он вернул к счастливой супружеской жизни! Конечно, эти трудяги вкалывали на старых ТНВД, и сами были не особенно-то прецизионны, и зазоры имели… такие, что в десятках микрон можно вымерять. Следствием больших зазоров был жутчайший обратный сброс топлива, иными словами, «разношенный» ТНВД уже почти не перекачивал топливо, половина потока и даже более могла уходить в обратку. Но даже так примитивная техника, грязная как свинья в черноземе, – работала.
Давайте в красках – о былом и легендарном?
Если в недрах примитивного топливного насоса высокого давления – ТНВД – древнего МАЗа или КрАЗа вода делала своё чёрное дело, то есть внедрялась в дизельное топливо и уничтожала защитную пленку, прецизионная пара переходила в режим сухого (или полусухого) трения. Тут ничего не изменилось за двадцать лет. Дальше тоже понятно: прецизионная пара «зависала». Клинило ее.
Ну и что? И где же тут катастрофа? И какой это безрукий «ямщик» в степи замерз? Он всего-то начал бурно материться. Он вынужденно остановился на обочине, потому что мотор совсем ослаб.
А дальше…
Водитель применял проверенные временем способы, которыми наши советские предки и телевизор чинили, и газировку из автомата добывали. Впрочем, не они начали. Стимул с латыни переводится как «палка». Научно говоря, воитель стимулировал восстановление работоспособности системы.
Брал лом. Или иной стимул, прочный и удобный по форме. Оценивал «анатомию» ТНВД, чтобы нацелить удар в ту самую зону, где находится плунжерная пара.
От удара – научно от вибрации – заклинившая прецизионная пара возвращалась в рабочее состояние. Конечно, задиры не исчезали. Герметичность не делалась «как у новой». Так называемая «обратка» – потери при перекачке насосом – становилась огромной. Про экологию, стабильность режима работы мотора по давлению –умолчим. Не та тема.
Но это вот уж действительно тот случай, когда чем хуже, тем лучше!
Финал этой серии: древние дизели тоже боялись воды, но так… несильно, не насмерть. Стимулирование помогало многократно. Годами техника ездила без ремонта, вот только стимул всегда был у водителя под рукой и требовался все чаще.
К ремонтникам техника попадала не из-за гибели, а из-за недееспособности: зазоры так разбивались, поверхности так изнашивались, что обратка становилась гораздо больше по объему, чем прямая перекачка. Насос терял способность создавать давление и даже просто подавать в камеру сгорания хоть сколько-то топлива.
И вот плохая новость: стимул больше не действует. Нежные дизеля 21 века требуют самой высокой толерантности от водителя и ремонтника.
Серия третья. «Секретные материалы», или из чего оно сделано-то?
А что мы, собственно, смазываем? А что трется-то, где микронные зазоры?
Вы наверняка уже помните три ключевых элемента: плунжер в сочетании с гильзой; запорный клапан; распылитель форсунки.
По распылителю уточню: говорю сейчас не о самой дюзе – отверстии, через которое подается топливо – но исключительно о контактной паре «игла – направляющая корпуса распылителя».
Сплошные объекты микромира. Крохотные и драгоценные.
В большинстве случаев при изготовлении деталей сопрягаемых распылителя используются совершенно разные материалы и принципиально разные технологии термического, электрохимического и иного высокотехнологичного поверхностного упрочнения.
Корпус распылителя как правило – стальной, аналог стали ШХ-15. Для упрочнения он проходит через процесс науглероживания. Для этого канал распылителя специальным образом заполняется высокоуглеродистым материалом (он похож на трут), помещается в печь и обжигается при температуре около 1000 градусов Цельсия. Очень жарко! Стальные стенки буквально впитывают углерод из канала распыла.
Игла распылителя тоже стальная (близко к стали 100-Cr5), хоть и иной марки стали, и обрабатывается иначе: чаще всего через азотирование. Принципиально несхожая технология, которая позволяет насытить поверхность иглы атомарным азотом. Процесс часто называют «нитроцементация».
Вода – она как корабельная мина в мягких волнах углеродных цепочек дизтоплива. В узком канале распылителя – ну как положено по стратегии войн! – мина взрывается…
Еще раз, помедленнее: в микронный зазор между стенкой распылителя и иглой «заходит» водяная мина. Удаляет смазку, создает сухое трение… сама мгновенно, взрывообразно, от адского перегрева испаряется, усугубляя и без того ужасные условия: полусухое трение становится сухим, а задир – неизбежным.
Я уже говорил: детали – крошечные, зазоры – микронные. Под микроскопом следы прохождения воды похожи на ветвистые молнии или овраги от эрозии почв.
Система ощущает уже первый взрыв «мины». Но – держится. Она, может статься, сможет и второй перетерпеть, и даже третий, хотя факел распыла будет иным, хотя «обратка» вырастет, а значит, эффективность форсунки снизится, параметры выйдут из заданных границ.
Но если снова будет «мина»… это все, это – полная капитуляция системы.
Несмотря на то, что самые прогрессивные, просто-таки уникальные, даже космические технологии вложены в прецизионную пару, сухое трение быстро приводит её к необратимой гибели.
Кстати, даже без воды очень похожи проблемы для современных дизельных систем создает так называемое арктическое топливо: слишком высоки требования системы по смазыванию, слишком ничтожна доля парафинов в топливе. Это – несовместимость… Ведь именно парафины являются основой успешного смазывания!
Так что Арктику мы, и не только мы, бороздим на «динозаврах». Старые системы в критических температурных режимах гораздо надежнее.
Это утверждение возвращает меня к давнему замечанию о техзадании на проектирование современных дизельных топливных систем.
Большинство моторов проектируется под штатную работу в температурном режиме до минус 18 – минус 20 по Цельсию.
А теперь о визуализации «войны в микромире».
Каждый дизелист ежедневно наблюдает в микроскоп кратеры покруче лунных. Когда разбирает мультипликатор – он же запорный клапан. Шарик, не зря сравниваю с луной. И после попадания воды в систему он весь в кратерах и следах «молний».
Пара шарик – седло очень проста в теории: воронкообразная поверхность седла – и шарик, который перекрывает отверстие или же открывает, отвечая на электромагнитный импульс. Как правило шарик металлический, хотя бывает и керамика, но настоящего решения проблемы не дает и он.
Крошечный конус седла должен иметь идеальную поверхность. Крошечный запорный шарик должен быть идеальным шаром. В противном случае никакого запирания отверстия не будет, это очевидно.
Добавим мысленно еще одно условие: потребность системы поддерживать стабильное давление в топливной магистрали в 1500- 2500 бар, а иногда и выше.
Чтобы вы могли хоть как-то осознать, что это за циферки, скажу вот что: давление в канале ствола автомата Калашникова в момент вылета пули всего лишь 700-800 бар. Значит, вдвое, а то и втрое ниже дизельного!
Но ладно бы капля воды вела себя как пуля, ударяясь о поверхность. Даже это было бы лучше того кошмара, который творится в реальной дизельной топливной системе. Повторю: вода не только бьет, она еще и резко меняет агрегатное состояние – взрывается. Мгновенно, со страшно разрушительной кавитацией. Вода несжимаема, пар – наоборот. При смене агрегатного состояния в канале распылителя давление мгновенно падает до нуля и сразу возрастает до обычного – 1500-2500 бар.
Современные электронные микроскопы есть в каждой «чистой комнате» для ремонта дизелей, и каждый мастер с высокой детализацией видит поверхность запорного клапана и шарика, когда система уже разобрана.
Хорошо в этом зрелище лишь одно: легко приговаривать прецизионные пары к смерти. Ошибка исключена, все – наглядно.
Надеюсь, я красочно представил причину бессилия технологий – и непобедимости воды.
Увы, даже самые современные технологии не позволяют устранить вред от одной крошечной капельки воды. Хотя я говорю о защите, прочность которой сравнима с прочностью алмаза. Не преувеличиваю: тончайшая покровная пленка посадочного конуса, на который ложится запорный клапан, выстлана в пять-семь слоев атомами углеродом, то есть – искусственным алмазом. Такое покрытие носит называете DLC.
Серия четвертая. «Идентификация Боша», или – какие же они разные, школы конструирования дизелей.
Это будет короткая история, не картинка – эскиз.
Несколько слов о концепции проектирования дизельной топливной аппаратуры. Вернее, о тех концепциях, которые создали современный дизель в его многообразии.
Для нас тема важна, она связана со стойкостью к угрозе воды – и не только.
Школ в разные периоды развития автомобилестроения было много. Но до нашего века дожили успешно и подтвердили право на лидерские позиции в мире лишь две.
Итак, в современном проектировании дизельных топливных осталось две школы, принципиально разных.
Первой упомяну (это субъективно, я люблю их подход!) так называемую «американскую» дизельную школу.
Она ставит в приоритет потребности коммерческой техники. Вот хотя бы – классического американского дальнобоя. А это – двигатели, способные работать почти бесконечно: долго, с минимальным риском поломок, с достаточной терпимостью к плохим условиям. А еще такой дизель должен создавать условия для быстрого текущего ремонта, лучше – модульного: снял блок, установил замену и – на линию, деньги зарабатывать! Внимательно, не пропускайте слова: текущий ремонт – не капиталка. Он бюджетный.
Логика ремонта «американских» дизелей во многом самолетная: отходил свой срок до означенной отметки – на профилактику; накатал условный миллион – на капиталку! По возможности без «несчастных случаев», запас надежности есть, и достаточный.
Второй укажу «европейскую» дизельную школу. Она изначально ориентировалась на точность, скажу больше: на чисто немецкую, умную и педантичную инженерную точность.
Здесь уместно напомнить понятие «программируемый ресурс». А еще – такие сладкие для эко-активистов понятия, как минимальный вес, максимальная удельная эффективность.
Эта школа задает высокие требования к партнерам по снабжению транспорта. Например, к поставщикам топлива.
Европейская школа верит в общий рынок и жизнь в защищённой среде.
Домашние евро-дизеля ходят по светлым широким автобанам, они незнакомы с тёмными подворотнями автомира, где промышляют банды бодяжных топливщиков и прочих нехороших компаний и людей.
У двух школ есть свое отношение к построению логики производства и логики ремонта. Свои особенности ценообразования.
Американская дизельная школа продуцирует достаточно дорогие системы с запасом надежности и модульным построением ответственных узлов, где возможна подразборка и легкая замена.
Европейская школа делает систему изначально компактнее, легче и дешевле. А сервис часто превращает в нечто космическое.
Далее: для американских систем более типична насос-форсунка, достаточно надежная и модульно построенная. Модули – восстановимы и заменимы.
Для европейских систем характерна технология Common Rail , которая уж если выходит из строя, то ставит ремонтный вопрос ребром!
А теперь сделаем шаг в поле легкового дизеля. И еще раз изучим отсюда две школы.
Срок первого ремонта «европейцев» практически всегда наступает на пробегах до 100 000 км. Причем часто это верно и для легких коммерческих авто. Иными словами, для коммерческого, доставочного и иного внутригородского парка, ремонт дизеля становится рутинной процедурой, которую приходится выполнять ежегодно. А то и ежесезонно – если вы умеете настроить логистику и гонять машину 24/7, выжимая вложенные в покупку деньги – насухо.
Американцы дольше ходят до первого ремонта.
Следствие из сказанного: европейские топливные системы порой оказываются дешевле в производстве и компактнее. Поэтому в условиях даунсайзинга школа имеет преимущества на первичном рынке, а значит, шире распространяет свою логику и на вторичный.
Евро-логика предъявляет максимальные требования к ремонтнику. Жёстко его контролирует (авторизованного), но зато дает инструменты и технологии полноценно – если это Bosch или Delphi, который происходить от британосого Lukas.
Оставлю за бортом моего корабля рассуждений опасные рифы. А именно – личные домыслы на тему приоритетов в развитии концернов.
Дизель не в тренде Европы.
Дизель здесь не очень-то хотят развивать. Инженеров переводят в иные команды.
А что же ремонт? А как же поддержка в эксплуатации? А как же экономика авторизованных дизель-центров, которые по сути – дилеры, живут со всеми обязанностями дилеров…
В общем, я буду эти рифы обходить, а потому – конец связи.
Автор публикации
