Продуктивное партнерство
Современное бизнес-пространство характеризуется наличием разветвленных горизонтальных связей «производитель – потребитель» во всех сферах деятельности: от создания новых товаров и услуг до их успешного прихода на рынок. Так, для компаний, разрабатывающих новые материалы, технологии или оборудование, одной из основных целей является успешное продвижение своих разработок и их информационная доступность. Решить подобную задачу гораздо легче, если есть партнер – серьезная команда, имеющая устойчивые позиции в бизнесе, оптимальные логистические и складские программы, тренинговые и образовательные центры.
Примером такого продуктивного, взаимовыгодного сотрудничества является успешный и многолетний опыт совместной работы компаний «Механика» (Россия) и King Engine Bearing (Израиль).
«Механика» – инженерно-технологическая компания, специализирующаяся на ремонте автомобильных узлов и агрегатов, имеющая собственные филиалы и представительства в 42 городах России. Она обладает эффективными оптовой и розничной сетями, собственным конструкторским бюро, 13 производственными площадками, в том числе уникальным литейным производством, активно развивает интернет-торговлю и является одним из ведущих поставщиков на рынке автокомпонентов.
King Engine Bearings – компания, которая разрабатывает и производит высококачественные вкладыши для подшипников коленчатых валов, а также другие типы подшипников скольжения для двигателей внутреннего сгорания – автомобильных (грузовых и легковых), авиационных, судовых или стационарных. Продукция высокого качества рождается благодаря тому, что все процессы, от идеи до готового изделия, сосредоточены на одной территории, и выполняются при строгом, контроле качества на каждом этапе, с использованием многофункциональных скоростных производственных линий и собственного контрольно-измерительного оборудования. Благодаря этому компания занимает лидирующие позиции на рынке в области разработки и производства вкладышей для авиационных и гоночных двигателей.
«Механика» является официальным дистрибьютором компании King Engine Bearings и последовательно продвигает на российском рынке автокомпонентов информацию о технологических инновациях и новых разработках своего израильского партнера с помощью семинаров и обучающих тренингов на базе своих производственных центров.
Сегодня предметом нашей публикации является предоставленная компанией «Механика» информация о новейших разработках King Engine Bearings – вкладышах для форсированных гоночных автомобильных двигателей, использующих уникальные технологии pMax Black™ и HP.
Жизненный путь вкладышей подшипников коленчатых валов двигателя внутреннего сгорания, как правило, очень тернист. К их подбору подходят удручающе рутинно, а ремонтники относятся к ним как к расходному материалу. Чаще всего на вкладыши обращают внимание в связи с их конструкцией, зазорами в подшипниках и теорией подачи масла. Но как только двигатель обкатан и запущен в работу, внимание сразу переключается на другие проблемы…
Мы расскажем о том, насколько конструкция вкладыша, его покрытие и масло, которым заправлен мотор, могут иметь драматичные последствия для его «жизни».
Инженеры компании King Engine Bearings недавно разработали новый вид шатунных и коренных вкладышей, получивших фирменное название pMaxBlack. Новинка создана из инновационных материалов, с тем чтобы вкладыш оставался все еще достаточно «мягким» для работы в двигателе с высокой удельной мощностью, но одновременно обеспечивал повышенные усталостную прочность и несущую способность. Каких-либо подробностей о своей новинке King, естественно, не сообщает, но очевидно, что найден способ сделать вкладыш прочнее и надежнее.
Немного теории
Вот основные свойства материалов для вкладышей двигателя.
• Нагрузочная способность (усталостная прочность) – максимальное значение циклических напряжений, которому вкладыш может противостоять без образования усталостных трещин после миллионов циклов нагружения.
• Износостойкость – способность материала вкладыша сохранять форму в условиях «смешанной» смазки и при наличии посторонних частиц, занесенных с маслом.
• Совместимость (устойчивость к заклиниванию) – способность материала вкладыша сопротивляться физическому соединению («свариванию») с шейкой коленвала, когда она непосредственно контактирует с поверхностью вкладыша.
• Способность к местной деформации – способность материала вкладыша приспосабливаться к несовершенствам геометрии шейки, корпуса подшипника или самого же вкладыша.
• Способность к поглощению – свойство материала вкладыша задерживать мелкие посторонние частицы, занесенные с маслом.
• Сопротивление коррозии – способность материала вкладыша противостоять химическому разрушению со стороны масла или веществ, загрязняющих масло.
• Сопротивление кавитации – способность материала вкладыша противостоять ударным напряжениям, вызванным схлопывающимися кавитационными пузырьками, которые образуются в результате резких локальных изменений давления в циркулирующем масле.
Усталостная прочность, износостойкость и сопротивление кавитации характеризуют прочность и твердость материала.
Совместимость (устойчивость к заклиниванию), способность к местной деформации и способность к поглощению связаны с «мягкостью» материала. Вкладыши должны сочетать эти противоречивые требования, но это очень сложная задача, так как одни характеристики (прочность и жесткость) плохо сочетаются с другими («мягкостью»).
Для получения требуемых характеристик вкладыши могут быть трехслойными (триметаллическими) или двухслойными (биметаллическими). Так, триметаллические вкладыши, предназначенные для гоночных или форсированных двигателей, изначально сделаны «мягкими», так как если под большой нагрузкой шейка вала деформируется или гнется сам коленвал, шейка может коснуться поверхности вкладыша. Если вкладыш достаточно «мягкий», то он просто слегка изнашивается со временем. К сожалению, при холодных запусках двигателя этот износ вкладышей становится критичным, так как шейка вала делает несколько оборотов «насухую», прежде чем между вкладышем и шейкой образуется надежный несущий масляный клин. Поэтому можно часто видеть, как гоночные команды заполняют систему смазки двигателя маслом под давлением непосредственно перед холодным пуском.
В связи с этим для некоторых гоночных моторов лучше подходят биметаллические вкладыши. Однако у них тоже есть свои недостатки. Большинство алюминиевых сплавов, используемых в подобных вкладышах, имеют допустимое давление не более 680 атм. Поэтому их нельзя использовать в двигателях, совмещающих высокую степень форсировки и относительно большой ресурс.
Идти в ногу с технологией
Так, вкладыши King на основе алюминиевого сплава (с индексом HP) предназначены для двигателей с очень высокой нагрузкой. По словам разработчиков, «…длительность нагрузки определяет, какой вкладыш надо использовать – HP, XP или XPC. Вкладыш типа HP выдерживает очень высокую нагрузку, но сравнительно недолго (например, в гонках дрегстеров – на максимальное ускорение), в то время как детали типа XP или XPC гораздо лучше ведут себя в длительных кольцевых или внедорожных гонках».
Преимущество вкладыша типа HP состоит в том, что он лучше работает при наличии загрязнений в масле или отклонений геометрии коленвала, чем вкладыши XP или XPC, из-за большей толщины алюминиевого антифрикционного слоя – 0,30 мм. Меж тем толщина баббитового верхнего слоя на вкладыше типа XP/ХРС составляет всего лишь 0,013 мм. Столь тонкий слой легко повреждается различными загрязнениями, а также «кривыми» шейками коленвала.
Двигатели современных дорожных автомобилей сейчас часто имеют бо́льшую литровую мощность Nл, чем чисто гоночные моторы всего два десятилетия назад. А механики-ремонтники, естественно, ожидают, чтобы вкладыши, поставляемые в запчасти, соответствовали степени форсировки подобных двигателей. Именно для этого King разработал вкладыши типа pMax Black.
Забегая вперед, можно сказать: King придумал и особое покрытие для такого вкладыша, под названием pMaxKote. Под этой маркировкой скрывается «нанокомпозитное полимерное покрытие» толщиной всего 0,005 мм, нанесенное прямо на поверхность верхнего слоя pMaxBlack. Причем суммарная толщина вкладыша остается неизменной, поскольку пропорционально уменьшена толщина промежуточной медной подложки. Неизменная толщина вкладышей позволяет сохранять те же монтажные/масляные зазоры в подшипниках коленвала, что и прежде. А покрытие pMaxBlack защищает вкладыш от перегрузки и повышает износостойкость – даже когда происходит непосредственный контакт шейки коленвала с вкладышем.
Проверить испытаниями
Но слова – словами, а как новое покрытие будет функционировать в реальной жизни?
И King решил проверить свои разработки в сотрудничестве с компаниями Driven Racing Oils и Shaver Specialties, использовав V-образную «восьмерку» Chevrolet, рабочим объемом 6,3 л и относительно небольшой мощностью – 440 л. с., установив его на динамометрический стенд. Программа испытаний была рассчитана на создание явной перегрузки шатунных и коренных вкладышей. Для получения необходимых исходных данных в двигатель поочередно устанавливали комплекты вкладышей King типа XP и триметаллических. Для испытаний мотор заправляли моторными маслами на минеральной и синтетической основе, но с одинаковой вязкостью – 5W‑20, производства Driven Racing Oils.
Столь малая вязкость масла была выбрана специально, чтобы изначально уменьшить толщину несущей масляной пленки в подшипниках и увеличить возможность непосредственного контакта с шейкой вала и износа вкладышей.
Чтобы получить максимально точные результаты, специалисты Driven Racing Oils промывали систему смазки после каждого из четырех испытательных циклов. Промывка включала слив «рабочего» масла, замену масляного фильтра и заправку «обкаточным» маслом, после чего двигатель работал в течение 30 мин, в том числе дважды на полной мощности. Затем промывочное масло сливалось, фильтр снова менялся, и двигатель заправлялся свежим маслом. Та же самая процедура повторялась и при смене вкладышей.
В базовое масло в обязательном порядке добавлялись присадки: противоизносные – цинк и фосфор; снижающие трение – молибден и бор; моющая – кальций.
Первый цикл испытаний проводился со вкладышами типа XP и с минеральным маслом. Затем первый комплект вкладышей XP был сменен вторым аналогичным комплектом. На этот раз двигатель заправили синтетическим маслом 5w20. Третий цикл испытаний включал установку нового комплекта шатунных и коренных вкладышей pMaxKote и заправку двигателя традиционным минеральным маслом 5w20. Четвертая, и последняя, проба была выполнена с другим комплектом вкладышей pMaxKote, но на этот раз с синтетическим маслом. Критерием оценки каждого испытания было сравнение степени износа деталей двигателя по содержанию различных металлов (в ppm – «частиц на миллион») в моторном масле, слитом после каждого испытания.
Лучший способ для максимального нагружения вкладышей заключался в том, чтобы заставить работать вышеназванный двигатель на низких оборотах, но при высокой нагрузке. Поэтому динамометрический стенд периодически «тормозил» работающую на полную мощность 6-литровую «восьмерку» Chevy до 1450 об/мин, а затем позволял ей разогнаться до максимальных оборотов вновь. И так 14 раз на протяжении 3 ч 15 мин, в каждом из четырех циклов испытаний. При этом тщательно отслеживались температуры масла и воды.
В приложенных таблицах мы показываем результаты. Наиболее важными элементами, демонстрирующими износ, являются железо, медь, свинец, олово и алюминий. Как стандартные, так и триметаллические вкладыши King сделаны главным образом из меди, олова и свинца, поэтому содержание этих металлов в слитом масле указывает на износ самого вкладыша. Алюминий попадает в масло в основном с поршней, а железо – со стенок цилиндров.
Таким образом, результаты показывают, что сочетание вкладыша типа pMaxKote и синтетического масла является прекрасным способом радикально уменьшить износ деталей в двигателе. Общая величина износа в 35 ppm (полученная сложением показателей износа каждого отдельного элемента), при использовании обычного вкладыша и «минералки», была уменьшена на 74% при использовании высококачественного синтетического масла и вкладышей pMaxKote.
Простая установка вкладышей с покрытием при использовании минерального масла также дало значительное улучшение, сократив общий показатель износа с 36 до 21 ppm, что равносильно увеличению износостойкости на 40%. Это стоит учитывать при сравнении соотношения расходов и долговечности, так как вкладыши с покрытием дороже обычных.
В таблице результатов видно несколько большее, чем ожидалось при применении синтетического масла, содержание свинца в третьем цикле испытаний (с вкладышами без покрытия и синтетическим маслом). Свинец – основной металл в верхнем слое триметаллического вкладыша (свинцовистый баббит), поэтому, возможно, его износ и был несколько выше, чем с «минералкой». Несмотря на то что испытания всеми силами делались как можно более единообразными, остается масса возможностей, за счет которых могло возникнуть это повышенное число. Но суммарный показатель количества продуктов износа все же был ниже, чем у вкладышей без покрытия и с минеральным маслом.
Для компании «Механика», кроме наглядных технических результатов, новая продукция этого зарубежного партнера важна по нескольким обстоятельствам. Во-первых, расширяется ассортимент запчастей, предлагаемых потребителю, во‑вторых, появился еще один способ повысить надежность отремонтированных двигателей, и в‑третьих – она идеально соответствует современным автомобильным двигателям.
«АБС-авто» по материалам компаний «Механика» и King Engine Bearings
