Как по капле работающего масла за 15 минут определяют износ деталей двигателя или трансмиссии

Автоспорт, и в частности, ралли-рейды — полигон для испытаний новых технологий. Это касается и смазочных материалов. Нагрузки в спортивных двигателях гораздо выше, чем в обычных, и ресурс моторного масла в некоторых случаях не превышает 1000 километров. На "Шелковом пути" мне удалось побывать в лагере заводской команды МАЗ-СПОРТавто, и пообщаться с инженерами и механиками. А также увидеть в действии один из наиболее современных инструментов диагностики — мобильную лабораторию, позволяющую точно прогнозировать поломку конкретной детали двигателя или трансмиссии еще до того, как появятся первые признаки неисправности.

Работа с техникой у “мазовцев” — залюбуешься.

С поднятым красным кожухом боевой МАЗ 6440RR, пожалуй, не выглядит таким космическим кораблем, как источающий техническую эстетику и богатство сине-белый КАМАЗ 43509, в котором даже фиттинги на шлангах — из анодированного в синий алюминия.

Тут почти все, кроме амортизаторов, черно-серое, без украшательств, но с эстетикой. Выглядит по-настоящему, по-нашему, складывается понимание, что белорусский грузовик по технике ближе к серийным прародителям. В основе – модифицированное шасси от гоночного бескапотника МАЗ-5309RR, с кабиной от серийного МАЗ-5440 и носатым капотом от экспериментального прототипа седельного тягача МАЗ-6440PA. Тут нет показного лоска, только большие и мощные железки. Это манит.

Замечаю оригинально закрепленную на раме запасную турбину. Да, в ящик не положишь — размолотит от вибраций!

Механики МАЗа — опрятные дядьки в красных комбинезонах. По сноровке и усам ничем не уступают буржуазному водопроводчику Марио — только они способны быстро и без суеты отремонтировать или заменить любую деталь тяжелой машины. Впрочем, говорят, что по надежности гоночные МАЗы неплохи.

Тем не менее, после каждого СУ механиками выполняются регламентные работы, устраняются возникшие поломки и недочеты, обнаруженные командой в ходе заезда. В этот день это определенно были шины — которые постоянно перегревались. Сначала все списывали на контакт колеса с камнями, потом — с деталями надстройки, разболтавшейся от запредельных вибраций в отважной гонке за “Камазами”. Позже проблему удалось решить.

Контроль состояния двигателя и деталей трансмиссии — инструментальный, причем все начинается с экспресс-анализа масла или трансмиссионной жидкости. О том, как современные технологии позволяют белорусской команде показывать высокие результаты при не таких уж высоких бюджетах, мы разговорились с Максимом Новиковым — инженером-конструктором спортивного отделения МАЗ и одновременно штурманом экипажа №34 под управлением Алексея Вишневского.

В чем смысл использования хим-анализа масла? Как это работает и зачем нужно?

Все началось в 2014 году, когда мы начали использовать масла G-Energy. Сначала испытывали только моторное масло, так как продукция была новая, нужно было проверить качество. Но оказалось все на высшем уровне, моторное масло показало себя с наилучших сторон. Ребята стали дальше развиваться, мы продолжили сотрудничество. И появилась мобильная лаборатория. Они сказали, что это будет для нас огромным подспорьем в полевых условиях. Мы не верили, скептически относились. Привезли, показали нам приборы, сделали пробные отборы масла. Кажется, это был “Дакар” 2017 года. Спектрометр из мобильной лаборатории определил, что у нас начало увеличиваться процентное содержание охлаждающей жидкости в масле. И было принято решение поменять прокладку головки блока цилиндров. Как оказалось, это было правильным решением. Прокладка пришла в негодность, на ней только-только появились микротрещины. Мы не дождались катастрофы. Если бы это случилось на спецучастке, это был бы скорее всего сход.

Потом еще были “Дакары”, были случаи, когда выходили из строя детали двигателя. Ломались масляные форсунки охлаждения поршней, разваливались коромысла. И все это с помощью спектрометра точно определялось по одной лишь капле масла.

Вы заливаете этот бренд только в двигатель? Или, может быть, в редукторах тоже залито?

На сегодняшний момент мы используем вообще все жидкости, которые используются в автомобиле. Начиная от охлаждающей жидкости, заканчивая гидравлической жидкостью в автоматической коробке. В мостах, в рулевом, в моторе – везде G-Energy.

Из каких узлов идет отбор проб масел, кроме двигателя?

Пробы также берем в течение гонки в мостах (перед-зад), обязательно в раздаточной коробке. Мы не трогаем автомат, он себя хорошо показывает.

Автомат импортный?

Автомат, да, Allyson.

Смотрим по металлам износ. У ребят есть данные по процентному содержанию различных металлов. Там, оказывается, целая таблица Менделеева контролируется. Если из мотора, то, естественно, повышение меди – это значит какой-то подшипник скольжения выходит из строя, какая-то втулка трется больше, чем нужно. Это все дает о себе знать с помощью лабораторных анализов.

По мостам у нас был случай, когда увеличилось процентное содержание железа, резко выросло. Приняли решение доставать редуктор. Разобрали, посмотрели, а там начало крошить зубья в шестернях. Поэтому, когда на один из “Дакаров” ребята с нами не поехали, я имею в виду мобильную лабораторию, мы без них были, как без рук.

Как часто происходит отбор, после каждого спецучастка?

Да, после каждого спецучастка идет полный контроль.

Но это занимает не так много времени, насколько я понимаю, то есть все быстро?

Нет-нет, это в принципе не сильно отвлекает механиков. Ребята сами забор осуществляют, это в течение буквально получаса все происходит.

Забрали масло, и все, сидят анализируют. Мы довольны сотрудничеством.

Чтобы выяснить больше о работе лаборатории, я отправился в скромный белый шатер, где и расположились эксперты. Мне повезло — в качестве одного из них оказался вдохновитель сервиса мобильной лаборатории G-Energy Станислав Дорошенко — начальник инженерно-технического управления “Газпромнефть -смазочные материалы” (на фото — справа, слева эксперт лаборатории Александр Волков).

Расскажите, пожалуйста, как появился проект мобильной лаборатории?

Запускали сервис для того, чтобы максимально понятно и быстро показать как работает масло тому, кто его применяет. Родился он из гонок, когда мы разработали масло для спортивного ЯМЗ-шного двигателя для МАЗа, специальный продукт по их запросу. И было желание и необходимость наглядно показать, как работает это масло. То есть мы знали, что оно работает хорошо — проверяли на стендах, в лабораториях и так далее. Но дать уверенность спортсменам – это очень важно. Все эти все рассказы о том, что масло работает отлично, мало действуют. А когда ты человеку показываешь, как это реально работает в начале дня и сравниваешь с тем, что в конце дня, насколько меняются характеристики — вот это помогает завоевать доверие.

Начинали мы с одного прибора. Это был ИК-спектрометр. ИК-спектрометрия позволяет судить об общем состоянии масла, старении, окислении.

А кто разработал эту методику? Откуда взялась сама идея, что мы возьмем сейчас именно ИК-спектрометр, еще какое-то оборудование?

Мобильная лаборатория — далеко не единственное, чем занимается наше подразделение. Конечно, автоспорт и данное применение этого сервиса – это важная часть нашей работы. Но на самом деле с 2009 года, когда началась эта программа, мы проводим огромное количество испытаний ежедневно. В течение недели порядка 100 испытаний проходит и на индустриальном оборудовании, и на автомобильной технике работающей в условиях автомобильных дорог, карьеров и так далее.

Мы понимаем какие параметры характеризуют состояние масла. То есть что нужно контролировать динамику изменения определенных параметров соотносить с предельными значениями. Поэтому был выбран ИК-спектрометр, исключительно из-за этого. Показатели, которые нас волновали — окисление, нитрация, сульфатация и динамика снижения щелочного числа – наглядно характеризуют, как стареет масло в процессе работы. Безусловно, для нас была важна компактность, то есть возможность взять приборы в чемоданчик, сесть в самолет и попасть в любую точку мира. Что мы, собственно говоря, и делали. То есть с 2014 года мы с “МАЗом” в России с прибором, с 2015 года мы на “Дакаре” с МАЗом. Потом с разными командами были кольцевые гонки грузовиков, Европейский чемпионат 2017, Baha Italia 2018, Russian Drift Series 2017-2019, в этом году добавилось техническое партнерство на этапах РСКГ.

С прошлого года мы работаем на “Шелковом пути” и открыты для всех участников.

То есть можно к вам прийти и бесплатно воспользоваться таким сервисом?

Да, всем командам в рамках Шелкового пути и РСКГ

Где еще используется мобильная лаборатория, кроме автомобильной сферы?

Диагностировать можно любое оборудование, в работе которого используются смазочные материалы. При этом масла могут быть неважно какого бренда или производства. Мы пополнили лабораторию рентген-спектрометром и вискозиметром, и в таком формате у нас сейчас работает 25 эксперт-центров по России. Часть наших, на базе самой компании, остальные у партнеров-дистрибьюторов. Мы их учим, подготавливаем для работы с их клиентами -потребителями масел — промышленными, транспортными, добывающими и так далее предприятиями. Иногда приезжаем с диагностической помощью на СТО, где работаем с частным транспортом.

То есть не только двигатели внутреннего сгорания?

Не только, в том числе там, где используются гидравлические масла. Но, безусловно, самое большое использование – это двигатели внутреннего сгорания. От стационарных дизель-электростанций до всего спектра автомобильной техники. От таксопарков и автомобильных перевозок до автобусных перевозок, карьерной, горнодобывающей техники. То есть полный спектр. Я думаю, что вряд ли есть какая-то область, которую мы не затронули в испытаниях.

Тем временем, в лаборатории кипела работа — МАЗовские пробы уже обработали, и начали обрабатывать пробу с мотора “кроша” Анастасии Нифонтовой. В шатре появились механики команды — Роман и Сергей, а также Босс — муж Насти и директор команды.

Масло на этот момент пробежало 500 километров, включая боевой пролог. На все вопросы о ходе испытаний ответил Александр Волков.

Что нам сейчас показывает прибор?

Сначала мы проводим анализ рентген-спектрометром. Этот прибор позволяет определить концентрацию металлов износа, растворенных в пробе масла.

Прибор сейчас настроен на элементы, которые входят в состав конструкционных материалов деталей двигателя и на состав пакета присадок работающего моторного, трансмиссионного или гидравлического масла.

Все, измерение завершено.

Двигатель багги Анастасии Нифонтовой после замены масла проехал ориентировочно 500 км. Здесь мы видим сейчас только элементы пакета присадок. Каких-то явно выраженных металлов износа прибор не видит.

Какие это могли бы быть металлы износа, и на что указывает их появление?

Например, железо. Из железа изготовлено большинство деталей двигателя внутреннего сгорания. То есть в процессе работы по любому идет износ. Если бы двигатели не изнашивались, работали без износа, мы бы ездили на них вечно.

Железо в пробе указывает на гильзы цилиндра, коленчатый вал, распределительный вал. Газораспределительный механизм, шестерни, привод газораспределительного механизма, цепь, толкатели — в зависимости от конструкции.

Следующий элемент — хром. Хром – это поршневые кольца. Они сделаны из железа, но легированы хромом. Чтобы при высоких температурах кольцо было упругим и подвижным, облегало гильзу цилиндра. Выброс хрома в моторное масло свидетельствует о том, что колечко залегло. То есть оно потеряло подвижность, и начинает просто тереть одну сторону. В таком случае мы увидим выброс железа от гильзы цилиндра, и выброс хрома от кольца.

Следующий элемент – это алюминий. Алюминий – указывает на износ юбки поршня в первую очередь, а также постели вкладыша и распределительного вала.

Олово, медь и свинец нам говорят об интенсивном износе подшипников скольжения, вкладышей. То есть нужно вскрывать поддон и смотреть, что творится, иначе где-то вкладыш может провернуть.

Был упомянут пакет присадок. Но он же у разных масел отличается. Вы настраиваете прибор под конкретное масло?

Именно этот прибор показывает то, что есть, ему без разницы, какое масло и какой пакет. По паспорту качества масла, мы знаем какой набор присадок должен быть в конкретном продукте. И, если какого-то из элементов, например, кальция в два раза меньше, чем должно быть, и мы не типичное значение получаем, то вывод прост: либо масло работает не то, которое заявлено, либо масло чем-то разбавлено — например, антифризом, или большим количеством топлива, либо имел место факт доливки продуктом другой марки.

Максим Новиков из МАЗа рассказал, что в 17 году на “Дакаре” лаборатория помогла выявить наличие антифриза в моторном масле, и благодаря этому очень вовремя поменяли прокладку блока. Это работа данного прибора?

И антифриз, и топливо мы ловили вискозиметром. Это другой прибор, дальше про него подробнее расскажем. А пока добавлю, что рентген-спектрометр позволяет увидеть и концентрацию кремния. Кремний – это атмосферная пыль, песок, абразив. Попадание песка в моторное масло ни к чему хорошему не приведет. Износ сразу пойдет по экспоненте.

Следующий шаг — измерение кинематической вязкости при помощи вискозиметра.

Здесь важно использовать четко дозированный объем пробы масла – 60 мкл. В этом помогает специальная пипетка. Загружаем пробу — пошло измерение. Сейчас получим значение кинематической вязкости.

То есть фактически, оценим деструкцию загустителя?

Да. Насколько у нас жив загуститель – это первое. Второе – это факт попадания топлива. Насколько сильно масло разбавлено топливом на текущий момент [во время взятия пробы из мотора багги Нифонтовой, мы все обратили внимание на запах топлива от масла, прим. автора]

То есть это то, что мы там нюхали его, есть способ более точный, оказывается?

Да. Это займет буквально полминуты. Итак, измерили кинематическую вязкость при 40 градусах. Но для моторного масла этот параметр не столь важен, нам важно получить вязкость при 100 градусах. Потому что масло работает при температурах 90, 100 и более. Сейчас мы введем индекс вязкости, и нам прибор пересчитает фактическое значение вязкости при 100 градусах. У нас индекс вязкости у свежего 165 мм²/с. Нам прибор показывает 16,3 сантистокса. То есть в данном случае у нас моторное масло SAE 15W-50, вязкость у него перешла из вязкости из класса SAE 50 в класс SAE 40, самый верхний предел класса SAE 40.

Это в принципе нормальная история для спортивных масел?

Для спортивного масла это нормальная история. Потому что здесь, вероятнее всего, сейчас присутствует топливо. И вот это падение вязкости за 500 км – это из-за разбавления топливом. Тут можно предположить, что порядка 2% топлива. Вероятно, надо регулировать топливную аппаратуру. Но, если вязкость уже сильно снижена, то, несомненно, масло нужно поменять.

То есть сейчас она не сильно снижена?

Сейчас не сильно снижена. Она на границе класса SAE 50 и SAE 40. То есть с такими параметрами продукт способен обеспечивать оптимальное давление в системе смазки. То есть здесь рекомендаций каких-то пока нет. Сделаем завтра следующую пробу, и посмотрим динамику.

Далее третьим прибором проведем измерение физико-химического состояния. Это инфракрасный спектрометр. Он покажет степень старения масла.

Подошло оно к замене или может поработать еще. Также покажет загрязнение водой, попадание антифриза, и загрязнение сажей.

Прибор выдает массив данных или результат оценки уже сразу?

Мы сейчас выдали результат. В прибор вбиты браковочные параметры. То есть прибор обучен изначально, он знает, какие параметры должны быть у такого свежего масла. А сейчас мы сняли спектр с работавшего масла. И прибор сравнивает эти спектры, высчитывает разницу, и подставляет численные значения, которые нам понятны.

Что мы тут видим. Основной параметр, который нам говорит, масло еще живое или уже к замене – это щелочное число, Total base number. Оно сейчас на уровне свежего продукта. За 500 км щелочное число не снизилось ни на одну десятую. Но это, на самом деле, небольшой пробег даже для гонки. Масло живое.

Концентрация воды минимальна. Этиленгликоль, ну, следы какие-то, это внешние загрязнения идут.

Если бы было много этиленгликоля, мы бы предположили, что там антифриз, да?

Да, антифриз попадает. Это вполне распространенная ситуация, актуальная не только в спорте, но и просто при эксплуатации при жаркой погоде. Если двигатель значительно перегревается, головку может чуть-чуть повести, прокладка отойдет, и все, антифриз пошел в масло. Причем он может разово так пойти, потом двигатель остынет и течь самоустранится. А антифриз попадет в масло. И, конечно, его смазывающие свойства будут не те, что у свежего продукта. Но здесь мы можем сделать заключение, что у продукта все параметры практически как у свежего масла. Концентрация металлов износа ниже предела измерения прибора. Поэтому продукт способен обеспечивать противоизносные свойства в режиме тяжелых нагрузок, сегодня 300 км проехали на спецучастке плюс лиазон. Но здесь, единственное, нужно следить за динамикой изменения кинематической вязкости при 100 градусах. Вероятнее всего, из-за конструктивных особенностей двигателя и режима работы, постоянных перегазовок, происходит перелив топлива. И топливо попадая в масло, не успевает испаряться. Завтра отберем следующую пробу, посмотрим, как изменится динамика. Если будет также падение кинематической вязкости, то тут рекомендация уже к замене, исходя из текущих условий эксплуатации.

К слову, именно так все и оказалось — механик Нифонтовой Роман подтвердил мне, что из-за особенностей программных настроек топливные насосы льют от души. После следующего СУ, прошедшего при более легких для техники условиях, лишнее топливо из масла испарилось, и вязкость масла вернулась в норму. По своим показателям оно все так же было способно продолжить работу, но все равно, его заменили, согласно принятому регламенту.

Теперь данные нужно загрузить в компьютер?

Изначально все было так. У нас был один прибор, мы съездили на несколько гонок. В том числе “Дакар”. Один прибор выдает 7 параметров по моторному маслу. Потом у нас появилось еще 2 прибора, там уже параметров стало 25. В начале все параметры мы руками забивали в таблицу Excel. Когда параметров стало больше, при отборе порядка 10-15 проб это стало очень трудоемко, проблематично сидеть каждый день до вечера и вносить данные в таблицу. За 10 лет у нас накопилась огромная база данных, и мы решили, что пора собрать ее в цифровой сервис. Назвали его G-Lab. Программное обеспечение автоматизировало все процессы. Сейчас все просто — подключил к компьютеру, выгрузил данные все, внес данные по единицам техники, и у тебя сформировался протокол испытаний, пошел к механикам и все по нему рассказал.

Это программное обеспечение разработано в России?

Да, это наша разработка, компании «Газпромнефть-смазочные материалы». Мы со Станиславом и другие наши коллеги по испытаниям инициировали эту разработку, именно для работы с этим оборудованием и с помощью команды специалистов ИТ реализовали ее. Поскольку ПО на основе искусственного интеллекта, следующий шаг — мы научили его делать предиктивную аналитику. Обучили систему, чтобы она сама давала интерпретацию по результатам, чтобы она давала автоматический прогноз по ресурсу масла и автоматический прогноз по остаточному ресурсу узла, ресурсу двигателя — в километрах либо в моточасах.

То есть теперь мы не только можем определить поломку по первым признакам, но и рассчитать прогноз по эксплуатации. Обнаружить назревающую неполадку ее еще до того, как она дала о себе знать. Сейчас модуль прогнозов проходит тестовую эксплуатацию. Мы продолжаем активно обучать систему и модули. И, по возможности, здесь мы ее применяем для интерпретации результатов и формирования прогнозов.

И как прогнозы, совпадают уже с данными специалистов?

Да, конечно, совпадают.

Все ваши центры загружают данные в эту систему?

Да, все 25 эксперт-центров объединены в одну сеть, и они загружают все данные в эту систему. И у каждого стоит на локальном компьютере лаборатория, подключенная к этой системе. А из локальных компьютеров все попадает в единое облачное хранилище данных. И мы видим, как работают наши масла в различных единицах техники в разных регионах мира. К этой системе подключен и наш Научно–исследовательский центр, и уже там специалисты используют эту информацию для разработки и совершенствования рецептур моторных масел G-Energy и других смазочных материалов.

Какое у системы будущее? Как будет развиваться эта система, как вы видите? Потому что это уже полезная вещь, как она может стать еще полезнее?

Этот сервис уже востребован на промышленных предприятиях, работаем там для обеспечения надежности эксплуатации дорогостоящей техники.

То есть горнодобывающий комбинат может купить себе такую систему, и обучить своих специалистов с вашей помощью, да?

Да. только покупать не надо, мы сделали для таких предприятий подписку.

***

Вот так вот буквально по капле инженеры определяют состояние двигателя и самого масла. А вы что думаете на этот счет? Нужен ли такой сервис обычным автовладельцам? Жду ваших мнений и дополнений в комментариях!

***

Читайте также:

Как в России разрабатывают и производят современные моторные масла

***
Уважаемые читатели, я завел телеграм-канал artemspec, в котором делюсь разным интересным за рамками моего блога на Д2. Буду рад видеть вас в числе подписчиков.