Заводской дефект "премиум-класса"

Интересный пример заводского дефекта двигателя автомобиля премиум-класса. Последствия дефекта было очень легко списать на разного рода "эксплуатационные" неисправности, которые так нравятся иным экспертам, однако при этом невозможно объяснить характер износа, который был выявлен в данном случае. Мы доказали, что, несмотря на возможное влияние всяких неблагоприятных эксплуатационных факторов, двигатель вышел из строя по причине заводского брака, а именно, несоответствия размеров цилиндров при производстве регламентированным значениям.

Экспертное заключение № 85/11 от 17.11.2011 г.

17 октября 2011г. в Бюро моторной экспертизы ООО "АБ-Эксперт" обратилось ЗАО «Сириус-Авто» с заявкой о проведении осмотра, исследования и подготовки заключения о причинах неисправности двигателя 273.924, № 239243012797, автомобиля XXX F450 Matic, год выпуска 2007, регистрационный знак РЗЗЗРР177, VINXXX 2211841А12611, принадлежащего ОАО «Торговая компания».

1. Заключение составили:

Горелик Павел Соломонович - эксперт, инженер, образование - Кировское ВАТУ (Высшее авиационное техническое училище) по специальности "Эксплуатация вертолетов и авиадвигателей", работал в различных организациях по ремонту ДВС, в том числе заместителем Генерального директора официального дилера KIAMotors, стаж работы по специальности (эксплуатация, обслуживание и ремонт двигателей внутреннего сгорания) -19 лет.

Лийн Владимир Эдуардович - эксперт, инженер, образование высшее, Московский авиационный институт, факультет «Двигатели летательных аппаратов» (1982г.), работал в различных организациях по ремонту ДВС, стаж работы по специальности (ремонт, конструкция и эксплуатация двигателей внутреннего сгорания) - 29 лет.

Эксперты ознакомлены с законодательством Российской Федерации и предупреждены об ответственности за дачу заведомо ложного заключения

1. Описание объекта исследования

1. Особенности конструкции автомобиля.

Особенностью двигателей, устанавливаемых на автомобиле данной модели, является применение в конструкции двигателя цельноалюминиевого блока цилиндров, отлитого из алюминиево-кремниевого сплава, который обладает низким коэффициентом трения. Поставщиком блоков цилиндров и поршней для компании XXX является компания Mahle, известный производитель таких деталей. Другие конструктивные решения, примененные в исследуемом двигателе, типичны для конструкции двигателей XXX для автомобилей представительского класса.

На исследуемом автомобиле установлен 8-цилиндровый V-образный 4,6-литровый бензиновый двигатель модели 273.924 [1, 2].

1. Технические данные двигателя 273.924

   Параметры
   Тип	Четырехтактный, бензиновый.
   Количество цилиндров и их расположение	V-образный, 8-цилиндровый.
   Диаметр цилиндра и ход поршня, мм	92,9 х 86
   Рабочий объем, л	4,663
   Степень сжатия	10,5
   Максимальная мощность, л.с. :	340 л.с. при 6000 об/мин
   Максимальный крутящий момент, Н.м	460 при 2700 - 50000 об/мин
   при частоте вращения коленчатого вала
   Число клапанов на цилиндр	8
   Топливо	Бензин А-95
   Порядок работы цилиндров	15486372
   Система питания	Распределенный, фазированный впрыск «BOSCH»
   Воздушный фильтр	Сухой, с картонным фильтрующим элементом
   Система смазки	Комбинированная, под давлением и разбрызгиванием
   Заправочный объем моторного масла, л	8,5
   Система охлаждения	Жидкостная, закрытая с принудительной циркуляцией

1. Владелец транспортного средства:

1. Заказчик экспертизы:

1. Основание для проведения экспертизы:

1. Дата и место проведения экспертизы

1. Дата и место составления заключения:

1. Методы проведения экспертизы:

1. органолептический метод - исследование и оценка качества объектов с помощью органов чувств;
2. измерительный метод - путем измерения параметров элементов двигателя специальными измерительными приборами, в том числе: путем измерения размеров деталей специальными измерительными приборами, в том числе:

• нутромер НИ-50-100-0,01, 3aB.№G88406 с диапазоном измерения 50-100 мм, цена деления 0,010 мм, свидетельство о поверке №1012-196 ОАО «Москвич- Сервис», дата поверки 31.12.2010г.,
• микрометр МК100-1, зав.№8225 с диапазоном измерения 75-100 мм, цена деления 0,010 мм, свидетельство о поверке №1012-193 ОАО «Москвич-Сервис», дата поверки 31.12.2010г.
• набор щупов 20 BLATTзав.№410 диапазон измерений 0,02-0,5 мм, свидетельство о поверке №1012-203 ОАО «Москвич-Сервис», дата поверки 31.12.2010г.,
• линейка лекальная ЛД-320, зав.№3112, свидетельство о поверке №1012-202 ОАО «Москвич-Сервис», дата поверки 31.12.2010г.
• индикатор часового типа ИЧ зав.№300937, свидетельство о поверке №1012-199 ОАО «Москвич-Сервис», дата поверки 31.12.2010г.;

1. расчетный метод (косвенный измерительный метод) - путем расчетов различных параметров на основе результатов измерений и других данных,
2. экспертный метод (метод экспертной оценки) — совокупности операций по выбору комплекса или единичных характеристик объекта, определению их действительных значений и оценкой экспертом соответствия их установленным требованиям и/или технической информации.

1. Вопросы, поставленные на разрешение экспертов:

1. Какова причина выхода двигателя из строя?
2. Могли ли явиться причиной выхода двигателя из строя некачественно выполненные работы по замене впускного коллектора и электромагнита регулировки фаз газораспределения? Если да, то какие это ошибки?
3. Возможно ли в настоящее время восстановление работоспособности двигателя?

1. Имеет ли двигатель 273.924, № 239243012797, автомобиля XXX F450 Matic, год выпуска 2007, регистрационный знак РЗЗЗРР177, VINXXX 2211841А12611 какие-либо недостатки, и если имеет, то какие конкретно?

1. Задачи, поставленные перед экспертами:

1. Использованная литература.

1. XXX. F-класс. Интерактивное руководство по эксплуатации. http://www4.XXX.com/manual-cars/ba/cars/221/ru/manual base.shtml.
2. XXX F-klasseс 2005 г. Бензиновые двигатели: 3.5 / 4.5 / 5.0 / 5.5 л. Дизельные двигатели: 3.2 / 4.2 л. Руководство по ремонту и эксплуатации,- Изд-во "Монолит". 2009. -390 с.
3. Хрулев А.Э. Ремонт двигателей зарубежных автомобилей. - М.: Изд-во "За Рулем", 1998,-480с.
4. Piston Damage - Causes and Remedies. - MAHLE GmbH, Stuttgart, 1999. - 66c.
5. Повреждения поршней - как выявить и устранить их. MSI Motor Service International GmbH, Neckarsulm, Германия, 2004. - 103c.
6. Ремонталюминиевыхблоковцилиндров,- MSI Motor Service International GmbH, Neckarsulm, Германия, 2006. - 100c.
7. Компоненты двигателей и фильтры: Дефекты, их причины и профилактика. Пер. с англ,- Mahle GmbH, Issue # МС-3-1109, Stuttgart, 2009,- 76 с.
8. Расходипотеримасла. - MSI Motor Service International GmbH, Neckarsulm, Германия, 2004. - 28c.
9. Хрулев А.Э. «Если двигатель стучит», ч. 1 - "Автомобиль и сервис", №08/2000.
10. Хрулев А.Э. «Если двигатель стучит», ч. 2 - "Автомобиль и сервис", №09/2000.
11. Хрулев А.Э. «Алюминиевый блок цилиндров: „Заменить нельзя ремонтировать"», ч. 1 - "Автомобиль и сервис", №10/2002.
12. Хрулев А.Э. «Алюминиевый блок цилиндров: „Заменить нельзя ремонтировать"», ч. 2 - "Автомобиль и сервис", №01/2003.
13. Хрулев А.Э. «Ремонт неремонтируемого». - "Автомобиль и сервис", №06/2006.
14. Хрулев А.Э. «Сколько стоит капремонт?». - "Автомобиль и сервис", №06/1999.
15. ГОСТ 15467-79. «Управление качеством продукции. Основные понятия, термины и определения».
16. ГОСТ 27.002—89. «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения».
17. Федеральный закон от 31 мая 2001 г. N73-ФЗ «О государственной судебноэкспертной деятельности в Российской Федерации».
18. Инструкция по организации производства судебных экспертиз в государственных судебно-экспертных учреждениях системы Министерства юстиции Российской Федерации. Утверждена Приказом Министерства юстиции Российской Федерации от 20 декабря 2002 г. за № 347.
19. Правила оказания услуг (выполнения работ) по техническому обслуживанию и ремонту автомототранспортных средств. Утверждены Постановлением Правительства РФ от 24.06.1998г. за №639.

1. Термины.

Изнашивание (износ) - процесс изменения размеров (разность размеров, состояние) детали в результате отделения с ее поверхности частиц материала.

Естественный износ - износ деталей при нормальной эксплуатации двигателя (агрегата) вследствие естественных причин.

Катастрофический износ - состояние двигателя (агрегата) в финальной стадии эксплуатации, характеризуемое большими износами и зазорами в сопряжениях деталей, при которых появление ударных нагрузок в сопряжениях приводит к поломкам деталей и выходу агрегата из строя.

Повреждение - событие (состояние), характеризуемое нарушением исправного состояния двигателя (агрегата) при сохранении его работоспособности.

Дефект - неисправное состояние двигателя (агрегата), характеризуемое выходом его параметров за допустимые пределы, но не делающее его неработоспособным.

Конструктивный дефект - дефект, вызванный нарушением установленных норм проектирования (конструирования) двигателя.

Производственный дефект - дефект, вызванный нарушением установленной технологии изготовления двигателя (агрегата).

Отказ - выход из строя или поломка двигателя (агрегата) в процессе его работы из-за неправильной эксплуатации, плохого обслуживания (ремонта) и/или конструктивнопроизводственных дефектов. Выход из строя (поломка) характеризуется таким отклонением параметров двигателя (агрегата) от нормативных, при которых он становится неработоспособен.

Отказ деградационный — отказ, обусловленный естественными процессами старения, износа, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации.

1. Условные обозначения.

ЦПГ - цилиндропоршневая группа, состоящая из поршня, поршневых колец и цилиндра.

ШПГ - шатунно-поршневая группа, состоящая из шатуна, поршня и поршневого пальца.

КШМ - кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого вала, вкладышей подшипников коленвала и шатунов.

ГРМ - газораспределительный механизм, включает распределительный вал, клапаны, толкатели, пружины и др.

БЦ - блок цилиндров.

ГБЦ - головка блока цилиндров, нгш- нижняя головка шатуна.

ВГШ - верхняя головка шатуна.

ВМТ - верхняя мертвая точка, самое верхнее положение поршня в цилиндре, нмт - нижняя мертвая точка, самое нижнее положение поршня в цилиндре.

ТО - техническое обслуживание.

СТО - станция технического обслуживания.

ДВС- двигатель внутреннего сгорания.

1. Исходная информация.

регистрационный знак РЗЗЗРР177, VINXXX 2211841А12611. Неисправность была диагностирована по сигналу лампы сигнализатора «Проверить двигатель» (CheckEngine). Диагностика проводилась при пробеге 170 384 км, в распечатках короткого теста есть ошибки по пропускам зажигания в цилиндрах «Вредно для катализатора».

По результатам диагностики была написана рекомендация о замене впускного коллектора. Далее при пробеге 171 450 км был заменен впускной коллектор и электромагнит управления положением распределительных валов.

Затем при пробеге 172 426 км клиент обратился с жалобой на сильное дымление двигателя. Автомобиль прибыл в техцентр с жалобой на большой расход масла (около 1 л на 100 км пробега). На момент обращения 28 апреля 2011 года ошибок по системе управления двигателем не было. При осмотре двигателя с помощью эндоскопа были обнаружены задиры в цилиндрах. До ремонта (со слов представителя владельца) жалоб на расход масла не было. Замена масла в двигателе производилась в течение всей эксплуатации согласно установленному регламенту каждые 15 000 км пробега, о чем свидетельствуют отметки в сервисной книжке (Приложение 2).

1. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ.
   1. Данные осмотра.

Осмотр 24 октября 2011 года.

При осмотре, проведенном 24 октября 2011 года, присутствовали:

1. Лийн В.Э., эксперт, инженер по измерениям ООО «АБ-Эксперт», доверенность на производство осмотра и измерений, выданная ООО «АБ-Эксперт» 22.08.2011г.
2. Ореховский А.Е.., представитель владельца транспортного средства.
3. Симирев М.С., представитель ЗАО «Сириус-Авто».

Для осмотра предоставлен старый (заменённый) впускной коллектор в разобранном виде. Внутренних разрушений и явных дефектов коллектор не имеет (рис.З). Новый впускной коллектор (рис.4), впускные патрубки (рис.5), дроссельная заслонка (рис.6), воздушные фильтры и фильтроэлементы (рис.7, 8) чистые. На внутренней поверхности патрубка между воздушным расходомером и дроссельной заслонкой небольшое количество пыли и масляный след от трубки вентиляции картера (рис.9).

Головки блока цилиндров сверху практически не имеют отложений (рис. 10), по измерению с помощью набора щупов и лекальной линейки плоскости ровные (рис. 11). На стенках камер сгорания (рис. 12) и на тарелках клапанов (рис. 13, 14) большое количество рыхлого масляного нагара.

Днище автомобиля чистое, следов течи масла нет (рис. 15). После демонтажа поддона картера (рис. 16) на его стенках и на крышке (рис. 17) обнаружен слой отложений (до 3 мм) мелких металлических частиц.

Демонтированные из блока цилиндров шатуны (рис. 18) и шатунные вкладыши (рис. 19) без повреждений, состояние рабочее.

На днищах поршней большое количество рыхлого масляного нагара (рис.20). Поршни имеют маркировку фирмы МаЫе. На юбках поршней №№ 1, 4, 7 видны сильные задиры (рис.21, 24, 27), имеющие односторонний характер (на нагруженной стороне). На поршне №3 задиры двухсторонние - с одной стороны в верхней части юбки, на другой - в нижней части юбки (рис.23). Поршни №№ 1, 5, 6, 7, 8 имеют следы касания огневым поясом цилиндра (рис.21-28), при этом на поршнях №№ 1, 3, 7 задиры на уплотнительном и огневом поясе расположены над задирами на юбке (рис.21, 23, 27). На юбках всех

поршней мелкие вертикальные риски, микроканавки на большей части поверхности юбки не стерты (рис.21-28). Внутренние полости поршней чистые и следов перегрева не имеют (рис.29).

Цилиндры №№ 1, 2, 3, 4 и 7 имеют односторонние задиры на стенках с нагруженной стороны (рис.31-39) и затертые места в средней части с ненагруженной (рис.40). Во всех цилиндрах имеются мелкие вертикальные риски, преимущественно в средней и нижней части в местах контакта с юбкой поршня (рис.41).

Размеры поршней и цилиндров, измеренные микрометром и нутромером (рис.42, 43), занесены в табл.1. Зазоры между юбкой поршня и цилиндра составляет от 0,10 до 0,16 мм, однако следов абразивного и/или естественного износа на поршнях и цилиндрах практически нет.

На поршнях №№ 1, 3 и 7 маслосъемные кольца залегли в канавках поршней (рис.44). Верхние и средние кольца без явных повреждений (рис.45). Зазоры в замках поршневых колец, измеренные набором щупов (рис.46), составляют: верхних - 0,4 мм до 0,5 мм, средних от 0,65 до 0,9 мм (табл.2).

Постели распределительных валов в головке блока цилиндров без признаков масляного голодания и износа (рис.47). Прокладки ГБЦ в нормальном состоянии, следов негерметичности нет (рис.48).

Правый катализатор выхлопной системы был вскрыт для проверки. Повреждений катализатора не обнаружено (рис.49).

Табл.1. Размеры цилиндров и поршней.

Табл.2. Зазоры в замках колец.

• Измерений не проводилось в связи с особенностью конструкции колец (тонкие диски)

Представителем ЗАО «Сириус-Авто» были предоставлены копии Консультационного заключения №4/2011 специалистов «Независимой экспертизы качества автотранспортных средств» (НЭКАС) с результатами исследования качества моторного масла, копии сервисной книжки автомобиля и заказ-нарядов, а также заводские технические данные двигателя и результаты диагностики исследуемого двигателя на момент обращения.

Осмотр 03 ноября 2011 года.

Для более точного ответа на вопросы, поставленные перед экспертом, 03 ноября 2011 года был произведен повторный осмотр двигателя 273.924, № 239243012797, автомобиля XXX F450 Майе, год выпуска 2007, регистрационный знак РЗЗЗРР177, VINXXX 2211841А12611.

При осмотре присутствовали:

1. Лийн В.Э., эксперт, инженер по измерениям ООО «АБ-Эксперт», доверенность на производство осмотра и измерений, выданная ООО «АБ- Эксперт» 22.08.2011г.
2. Ореховский А.Е., представитель владельца транспортного средства.
3. Семенин А. Н. представитель ЗАО «Сириус-Авто».

1. Масляный насос в рабочем состоянии, редукционный клапан подвижен, осевой зазор между шестернями и корпусом, измеренный с помощью лекальной линейки и набора щупов, составляет 0,07 мм (рис.53)
2. Масляные форсунки исправны и легко продуваются воздухом (рис. 54)
3. Повторный осмотр поршней показал, что сливные отверстия под маслосъемными кольцами чистые (рис.55)
4. При эксплуатации в исследуемый двигатель заливалось масло одного сорта - MobilNewLife 0W40.

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
   1. Анализ данных, полученных при осмотре двигателя.

1. Цилиндры практически не имеют износа ни в верхней части в зоне остановки поршневых колец (зона наибольшего износа), ни в средней части в зоне контакта с юбкой поршня (за исключением мест задиров).
2. Максимальный износ и/или деформация цилиндров, измеренные по поверхности, не имеющей задиров, и определенные как разница между максимальным и минимальным размерами, не превышают в сумме 0,01 мм, что соответствует нормальному состоянию двигателя при имеющемся пробеге автомобиля.
3. Однако размеры цилиндров заметно превышают допустимые значения (табл.1).
4. Размер юбок поршней соответствует чрезвычайно сильному износу, который превышает предельные допустимые значения (табл.1),
5. При этом на средней части юбки поршней нет следов явного износа.
6. Задиры на поршнях и цилиндрах имеют специфический несимметричный (односторонний) характер.
7. В результате сильного отклонения размеров поршней и цилиндров от допустимых зазор между поршнями и цилиндрами превышает максимально допустимый (0,052 мм) в несколько раз (табл.1).
8. Наличие задиров и большой зазор поршней в цилиндрах определяют отмеченный владельцем автомобиля высокий расход масла, но не указывают на причину неисправности.

1. Имеет ли двигатель 273.924, № 239243012797, автомобиля XXXF450 Matic, год выпуска 2007, регистрационный знак РЗЗЗРР177, VINXXX 2211841А12611 какие- либо недостатки, и если имеет, то какие конкретно?

Двигатель 273.924, № 239243012797, автомобиля XXX F450 Matic, год выпуска 2007, регистрационный знак РЗЗЗРР177, VINXXX 2211841А12611 имеет следующие недостатки и неисправности:

1. Сильные односторонние задиры на стенках цилиндров №№ 1, 2, 3, 4 и 7, мелкие вертикальные риски во всех цилиндрах в средней и нижней части.
2. Сильные односторонние задиры на поршнях №№ 1, 4, 7, на поршне №3 задиры двухсторонние - с одной стороны в верхней части юбки, на другой - в нижней части юбки.
3. Поршни №№ 1, 5, 6, 7, 8 имеют следы касания огневым поясом цилиндра, на поршнях №№ 1, 3, 7 задиры на уплотнительном и огневом поясе расположены над задирами на юбке.
4. На юбках всех поршней мелкие вертикальные риски.
5. Размер юбок всех поршней существенно меньше предельно допустимых значений, размеры цилиндров также заметно превышают допустимые, в

1. Маслосъемные кольца на поршнях №№ 1, 3 и 7 залегли в канавках поршней.
2. Износ средних поршневых колец повышен и, вероятно, близок к предельному.

В соответствии с полученными данными для определения причины неисправности необходимо провести детальные исследования и, в 1-ю очередь, рассмотреть особенности работы ЦПГ с точки зрения действующих на детали нагрузок и возможных причин возникновения неисправностей.

1. Особенности работы ЦПГ в ДВС.

Такт впуска (или такт всасывания рабочей смеси) начинается при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ). Коленчатый вал поворачивается (под действием стартера или по инерции от работающих и создающих крутящий момент других цилиндров), в результате поршень двигается из ВМТ вниз, а распределительный вал, поворачиваясь и нажимая кулачком на рычаг (толкатель), открывает впускной клапан (выпускной клапан в это время закрыт).

За счет относительно небольшой площади, открываемой впускным клапаном по сравнению с площадью дна двигающегося вниз поршня, объем пространства в цилиндре увеличивается значительно быстрее, чем количество воздуха, которое может поступить через впускной клапан. Вследствие этого в цилиндре возникает разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан топливовоздушная смесь засасывается из впускного коллектора.

При движении поршня вниз поршневые кольца силой трения о стенки цилиндра прижимаются к верхним краям канавок на поршне. За счет ускорения поршня (скорость поршня переменна при постоянной скорости вращения коленчатого вала) шатун и поршень испытывают растягивающие нагрузки, действующие на стержень, верхнюю и нижнюю головки шатуна, шатунные болты, поршневой палец и бобышки поршня.

Одновременно происходит съем масла со стенок цилиндра маслосъемными кольцами. Масло сбрасывается в пазы между гребнями колец и далее через отверстия и пазы в маслосъемной канавке внутрь поршня. Поршневые кольца, двигаясь вместе с поршнем вниз, скользят по поверхности цилиндра. Между наружной поверхностью колец и цилиндром находится тонкая пленка масла толщиной в несколько микрон, которая разделяет движущиеся друг относительно друга поверхности и уменьшает трение и износ деталей. Для достижения минимального трения и износа пленка масла должна хорошо

удерживаться на деталях, поэтому детали, в первую очередь, цилиндры, не должны иметь гладкую, отполированную поверхность.

Значительное разрежение, создаваемое в цилиндре на такте впуска (до 0,7 бар), вызывает засасывание в цилиндр вместе с воздухом различных частиц и даже посторонних предметов, попадающих в трубопроводы впускной системы вследствие неплотностей в соединениях и/или ошибок при ремонте двигателя.

В нижней мертвой точке (НМТ) у поршня происходит "перекладка" (рис. 56), т.е. изменение опоры поршня на цилиндр с правой стороны юбки на левую. Перекладка возникает вследствие роста инерционных нагрузок на поршень, сопровождаемых увеличением силы трения в соединении поршня с шатуном, при которых качание шатуна вызывает перекашивающие нагрузки на поршень (поворот поршня вместе с шатуном). В результате поршень в цилиндре в момент прохода НМТ поворачивается (перекашивается) так, что сила давления поршня на цилиндр возрастает диагонально - внизу с левой и вверху с правой стороны юбки [3, 9, 10].

При большом зазоре между юбкой поршня и цилиндром в момент перекладки на детали действуют ударные нагрузки. Чем больше зазор в цилиндре и обороты коленчатого вала, тем интенсивнее "перекладка", а, значит, шумность двигателя, дальнейший износ юбки поршня и нижней части цилиндра в том месте, по которому "бьет" юбка поршня. При значительных зазорах и износах перекос поршня вызывает его касание цилиндра огневым поясом, что приводит к резкому повышению ударных нагрузок, шумности (стука) и интенсивности изнашивания деталей в местах контакта.

При сильном качании поршня в момент перекладки, вызванным большим зазором поршня в цилиндре, ухудшается работа поршневых колец, в 1-ю очередь, маслосъемных, поскольку один из гребней маслосъемного кольца может отрываться от поверхности цилиндра на части окружности и вызывать повышение расхода масла при больших зазорах поршней в цилиндрах.

После прохода поршнем нижней мертвой точки (НМТ) начинается такт сжатия топливовоздушной смеси. При движении поршня вверх давление в цилиндре быстро растет. Увеличивается и давление в зазоре между верхней частью боковой поверхности поршня (огневым поясом) и цилиндром. Поршневые кольца под действием трения и давления в цилиндре прижимаются к нижним поверхностям канавок, а уплотнение полости цилиндра над поршнем достигается, с одной стороны, по стыку колец с поверхностью цилиндров, а с другой - по нижним торцевым поверхностям колец и канавок. Когда поршень находится вблизи ВМТ, не доходя до нее обычно 5-30° по углу поворота коленчатого вала (ПКВ), происходит искровой разряд на свече зажигания.

Открытие дроссельной заслонки приводит к увеличению давления и плотности смеси во впускном коллекторе, увеличиваются давление и температура в цилиндре на такте всасывания, и, соответственно, в конце такта сжатия [3]. Рост давления приводит к существенному увеличению усилия прижатия компрессионных колец к поверхности

цилиндра и нижним поверхностям канавок поршня, а также к увеличению силы давления юбки поршня на поверхность цилиндра.

При подходе поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) на поршень действуют силы давления газов и инерции (рис. 57). При этом поршень опирается на поршневой палец, и чем больше сила давления поршня на палец, тем выше трение в отверстии бобышек поршня и тем труднее поршню повернуться на неподвижном пальце. В результате происходит перекладка поршня с его перекосом в цилиндре и прижатием нижней правой и верхней левой стороной юбки к цилиндру. Основная нагрузка при этом приходится на правую (если смотреть на двигатель спереди) сторону поршня, которая называется нагруженной стороной.

Изменение характера перекладки поршня в ВМТ дает смещение оси поршневого пальца от оси цилиндра влево [3] - так называемый дезаксаж. В этом случае на поршне появляется дополнительный вращающий момент от силы давления газов, компенсирующий перекладку поршня и нагружающий левую сторону юбки. В результате перекладка поршня в ВМТ при сгорании топлива может иметь различный характер в зависимости от режима работы двигателя - она будет больше при уменьшении нагрузки (давления в цилиндре) и увеличении оборотов коленчатого вала.

При воспламенении и сгорании смеси в цилиндре выделяется большое количество тепла. При прохождении поршнем ВМТ давление и температура в цилиндре за счет сгорания топливовоздушной смеси достигают максимума - давления около З-6 МПа (З0-60 кг/см2) и температуры свыше 2000-2500 К. Весь процесс сгорания происходит вблизи ВМТ, длится 40-60° угла поворота коленчатого вала (ПКВ), объем камеры сгорания при этом изменяется мало.

Часть тепла уходит с выхлопными газами, другая часть передается в стенки головки блока и гильзы цилиндра, идет в поршень. Температура газа в камере сгорания превышает 2000°С, в то время как рабочая температура деталей из алюминиевого сплава не должна быть больше 300-350°С. Для работы в таких условиях наиболее важна передача тепла через поршневые кольца в стенки цилиндра. При этом через верхнее кольцо уходит до 50-60% всего тепла, переданного из камеры в поршень, а через среднее - до 15-20%.

Для того, чтобы обеспечить передачу тепла через кольца, необходимо точное (плотное) прилегание кольца к канавке поршня и к поверхности цилиндра. Другая часть тепла от поршня передается через его юбку в стенку цилиндра, а также через палец в шатун и далее рассеивается в картере. Незначительная часть тепла уходит в картер в результате вентиляции внутри поршневого пространства при возвратно-поступательном (вверх-вниз) движении поршня.

После прохождения поршнем ВМТ начинается такт рабочего хода. Этот такт существенно отличается от других. Здесь поршень совершает полезную (положительную) работу, которая идет непосредственно на разгон автомобиля или на поддержание его постоянной скорости, в то время как на всех других тактах, наоборот, требуются, в основном, затраты энергии на поворачивание коленчатого вала.

Давление газа на поршень на такте рабочего хода достаточно велико, поэтому компрессионные кольца на такте рабочего хода обычно прижаты к нижним поверхностям канавок поршня. При этом за счет повышенного давления в канавке верхнего кольца оно дополнительно прижимается к стенке цилиндра. Маслосъемные кольца снимают масло с поверхности цилиндра, сбрасывая его через отверстия и пазы внутрь поршня.

На такте рабочего хода детали КШМ испытывают достаточно большие нагрузки. Величина этих нагрузок сильно зависит от степени открытия дроссельной заслонки (от нагрузки двигателя). Чем больше открыта заслонка, тем выше давление за ней, т.е. во впускном коллекторе и в цилиндре в начале и конце сжатия. Это увеличивает нагрузку на юбку поршня и, соответственно, износ юбки поршня.

При движении с малой нагрузкой и на холостом ходу максимальные усилия от давления газов на такте рабочего хода по величине могут быть меньше инерционных нагрузок на детали, особенно на высоких частотах вращения. На средних по нагрузке и частоте вращения режимах, наиболее характерных для эксплуатации, нагрузки от давления газов могут быть выше инерционных.

Такт выпуска начинается в момент начала открытия выпускного клапана при положении поршня вблизи НМТ. Детали ЦПГ и КШМ при выпуске испытывают нагрузки, по характеру аналогичные процессу сжатия, с той разницей, что давление по углу поворота коленчатого вала при выпуске падает. Верхняя мертвая точка в конце выпуска, как уже отмечалось выше, примечательна наибольшими для данной частоты вращения инерционными растягивающими нагрузками, действующими на поршень и шатун.

Таким образом, из анализа рабочего процесса ДВС вытекают следующие выводы:

Т. Повышение нагрузки с открытием дроссельной заслонки приводит к увеличению давления и плотности смеси во впускном коллекторе и цилиндре и к существенному увеличению силы давления юбки поршня на поверхность цилиндра. Повышение оборотов также вызывает рост инерционных нагрузок на поршень и возрастание силы давления юбки на цилиндр.

1. Повышение нагрузок и оборотов ускоряют изнашивание юбки поршня.
2. В мертвых точках (нижней и верхней) у поршня происходит "перекладка", т.е. изменение опоры поршня на цилиндр с одной стороны юбки на другую.
3. При большом зазоре между юбкой поршня и цилиндром в момент перекладки на детали действуют ударные нагрузки. Чем больше зазор в цилиндре, нагрузка двигателя и обороты коленчатого вала, тем интенсивнее "перекладка", шумность двигателя, износ юбки поршня и части цилиндра в том месте, по которому "бьет" юбка поршня при перекладке.
4. Перекладка поршня вызывает его качание (перекос) в цилиндре. При значительных зазорах и износах качание поршня при перекладке вызывает

1. При сильном качании поршня в момент перекладки, вызванным большим зазором поршня в цилиндре, ухудшается работа поршневых колец, в 1-ю очередь, маслосъемных, поскольку один из гребней маслосъемного кольца может отрываться от поверхности цилиндра на части окружности и вызывать повышение расхода масла при больших зазорах поршней в цилиндрах.

1. Особенности конструкции и работы ЦПГ с алюминиевыми цилиндрами.

При отливке блока по технологии SILUMALза счет специального режима охлаждения достигается направленная кристаллизация кремния у поверхности цилиндров. С этой целью используется специальный заэвтектический сплав типа Mahle 147 с 17% кремния и 4% меди. В результате вблизи цилиндров содержание кремния увеличивается. Последующей специальной обработкой поверхности с нее на несколько микрон «убирается» алюминий, и на поверхности остается чистый кремний. Поверхность при этом приобретает матовый светло-серый цвет, остается сравнительно мягкой и легко царапается металлическими предметами.

Микроструктура материала такого цилиндра (рис.58) представляет собой зерна кремния с плоскими вершинами, между которыми располагается алюминиевая «связка». Тем самым создается пористая структура поверхности, в которой масло удерживается между зернами кремния. Такие цилиндры работают в паре с поршнем, покрытым железом - это покрытие толщиной 12-^20 мкм выполняется по технологии FERROSTAN, разработанной фирмой Mahle [3]. Фактически это та же пара трения «железо-силумин», что и в традиционных конструкциях. Но при большом количестве кремния на поверхности цилиндра по нему хорошо работают хромированные кольца, и эта пара обладает исключительно высокой износостойкостью. Правда, это преимущество реализуется только при хорошей смазке и охлаждении.

Фирма Kolbenschmidtразработала технологию LOCASIL[6], которая является дальнейшим развитием технологии ALUSILи предусматривает заливку под высоким давлением доэвтектического (13% кремния) силумина установленных в форму готовых гильз, содержащих до 25% кремния. Такую конструкцию имеет блок цилиндров исследуемого двигателя. Фактически при отливке блока используются специальные пористые кремниевые гильзы - так называемые матрицы, проницаемые для расплавленного алюминия при давлении до 1000 бар. Тем самым содержание кремния повысилось еще больше, что позволило заметно поднять надежность и долговечность блока. Но это также не решило всех проблем цельноалюминиевых блоков.

Практика показала, что недостатками описанной выше конструкции являются не только сложность и дороговизна изготовления и ремонта (требуются специальные ремонтные технологии), но и ее чувствительность к «грубой» эксплуатации, к некачественной и недостаточной смазке и охлаждению [3, 11, 14]. Мягкая поверхность цилиндра сравнительно легко повреждается, на поверхности образуются задиры - различимые невооруженным глазом глубокие борозды, возникающие в результате схватывания материалов, с оттеснением материала от места начального повреждения - как в стороны, так и по направлению скольжения. При таком повреждении цилиндра поршневые кольца теряют контакт с цилиндром, падает компрессия (возникают пропуски воспламенения), резко возрастает расход масла, и двигатель выходит из строя.

Для длительно работавших изношенных двигателей повреждения деталей возникают также вследствие полного износа железного покрытия поршней. При этом происходит контакт алюминиевого сплава поршня непосредственно с алюминиевым сплавом цилиндра. Поскольку данная пара «алюминий-алюминий» не имеет необходимых антифрикционных свойств, происходит схватывание трущихся поверхностей с образованием и быстрым расширением зоны задира на поверхностях.

На практике подобные случаи повреждений поверхности цилиндров в цельноалюминиевых блоках известны и описаны в литературе [6, 11, 14].

1. Особенности работы поршней в цилиндрах при большом зазоре.

В цилиндрах больше изнашивается верхняя часть в зоне остановки поршневых колец в ВМТ, а также (в меньшей степени) средняя часть цилиндра в местах сопряжения с юбкой поршня. На поршнях износ наблюдается в 1-ю очередь на юбке поршня и в канавке верхнего поршневого кольца [3, 8]. Поршневые кольца изнашиваются по рабочим поверхностям, где они контактируют с цилиндром, а верхнее поршневое кольцо дополнительно изнашивается по торцам в результате совместного действия сил давления, прижимающих кольцо к стенкам канавки поршня, и сил трения, возникающих при контакте кольца с цилиндром и закручивающих кольцо в канавке [3].

Как показано выше, при изношенном состоянии ЦПГ существенно возрастает нагрузка на юбку при перекладках поршня. При больших зазорах в цилиндре при перекладке поршня могут возникать ударные нагрузки, при которых не только повышается шумность двигателя, но и резко возрастают силы, действующие на поршень и цилиндр. В результате изнашивание деталей значительно ускоряется [3, 9].

Особенностью двигателей с цельноалюминиевыми блоками цилиндров является то, что рабочие зазоры поршней в цилиндрах мало изменяются при нагреве - в отличии от чугунных блоков цилиндров и алюминиевых блоков с залитыми чугунными гильзами, где расширение цилиндров при нагреве всегда меньше, чем расширение поршней. В результате в цельноалюминиевых блоках цилиндров повышенный зазор практически не уменьшается с нагревом, что создает условия для ускоренного износа деталей.

Обычно чрезмерно большой зазор поршня в цилиндре характерен для двигателей с большим пробегом. Работа двигателя в таком состоянии обычно приводит к так называемому деградационному отказу - выходу двигателя из строя по причине предельного износа (зазоров) деталей вследствие ударных нагрузок.

Износ деталей ЦПГ всегда имеет взаимный характер - при износе одной детали пары всегда в той или иной степени изнашивается и другая, ответная деталь.

Поскольку износ ЦПГ и/или повышенный зазор в цилиндре приводят к увеличению перекоса поршня при перекладке, то в некоторые моменты маслосъемные кольца будут пропускать часть масла из-за периодического отрыва одной из маслосъемных кромок кольца от поверхности цилиндра [3]. Это является еще одной причиной повышенного расхода масла в изношенном двигателе.

В целом износ ЦПГ и связанное с ним возрастание расхода масла являются главной причиной нагарообразования на огневом поясе и днище поршней [3]. При значительных отложениях нагара на поршне возможно также залегание (потеря подвижности) отдельных поршневых колец, чаще всего, маслосъемных.

15.3. Анализ возможных причин неисправностей ЦПГ исследуемого двигателя.

По данным данных ведущих производителей деталей ЦПГ для двигателей автомобилей XXX (фирмы Mahle и Kolbenshcmidt) существуют следующие причины ускоренного износа и повреждений в виде задиров, которые могут иметь вид, схожий с повреждениями исследуемого двигателя [4, 5, 7]:

1. Перегрев.
2. Нарушение подачи масла.
3. Попадание в цилиндр грязи и абразивных частиц.
4. Переполнение топливом.

1. Повреждение юбки поршня от перегрева.

Общие сведения к задирам от перегрева

При наличии задира от перегрева масляная пленка разрушается в результате слишком высоких температур. Сначала появляется полусухое трение и отдельные места истирания. В дальнейшем поршень в цилиндре работает полностью всухую из-за дополнительного нагрева в местах истирания. Задиры имеют темный цвет и сильное истирание. В зависимости от причины повреждения заедание от перегрева начинается или на направляющей поверхности поршня или на головке поршня.

1. Задиры от перегрева в основном на головке поршня

Возникают сильные задиры, начинающиеся с верхней части поршня и заканчивающиеся в направлении конца юбки. Поверхность задиров имеет темный цвет, сильные риски с вырванными кусками. Задиры наблюдаются по всему периметру поршня (рис. 59). Поршневые кольца также вокруг периметра имеют задиры, причем они несколько слабее и расположены в направлении маслосъемного кольца.

Оценка повреждения

Огневой пояс поршня настолько сильно разогрелся из-за очень высокой термической нагрузки от камеры сгорания, и, с одной стороны, уменьшился зазор между поршнем и цилиндром, а с другой стороны, все больше и больше разрушалась масляная пленка. В конечном счете, это привело к комбинации задира из-за недостаточного зазора и от работы без смазки вокруг всей верхней части поршня. Общая нехватка зазора из-за недостаточного зазора поршня при сборке не может считаться причиной повреждения, поскольку в этом случае исходная точка повреждения находилась бы в зоне направляющей части поршня (рис. 56).

Возможные причины повреждения

• Длительная, высокая нагрузка на двигатель, когда он еще не полностью прошел обкатку.
• Нарушения в снабжении маслом (поршни с масляным охлаждением или с охлаждающим каналом)
• Изогнутые или забитые маслоразбрызгивающие форсунки, которые не охлаждают поршень снизу или охлаждают его лишь недостаточно.

1. Задиры от перегрева в основном на юбке поршня

Юбка поршня имеет задиры почти по всеми периметру. Поверхность задиров имеет темный цвет_;шероховатые и сильно истертые места. Кольцевая зона лишь незначительно повреждена истертым материалом поршня (рис. 60).

Оценка повреждения

Из-за сильного перегрева всего двигателя нарушилась смазка во всем цилиндре. Это привело к характерным задирам от работы без смазки с сильно истертой поверхностью. Из-за отсутствия задиров на головке поршня и наличие основных повреждений в зоне юбки, можно исключить перегрузку двигателя из-за нарушения режима сгорания

Возможные причины повреждения

Перегрев двигателя из-за нарушений работы в системе охлаждения (нехватка охлаждающего средства, загрязнения, дефект водяного насоса, дефект термостата, порванный или проскалъзывающийся клиновой ремень, недостаточный или неправильный выпуск воздуха из охлаждающей системы).

Исследуемый двигатель имеет пробег более 170 000 км. Внутренние полости поршней чистые и следов перегрева не имеют. Состояние всех пар трения, в том числе, и смазываемых разбрызгиванием, кроме поврежденных юбок поршней и гильз цилиндров, в хорошем состоянии. Недостатков в масляной системе не выявлено. Форсунки орошения днища поршня работоспособны, внешних повреждений и загрязнений масляных каналов не обнаружено. Масляный насос и редукционный клапан исправны.

Помимо этого, на поршнях нет сильных задиров на огневом поясе поршней (задиры на огневом поясе имеют односторонний характер и располагаются над задирами на юбке). При этом, несмотря на наличие задиров на юбке, они не имеют кольцевого характера и темного цвета (цвет задиров - отполированный металл).

Вывод по данной причине:

В исследуемом двигателе характер повреждений не соответствует перегреву.

1. Нарушение подачи масла

Задиры от работы всухую могут возникнуть всегда, т. е. и при нормальном зазоре между цилиндром и поршнем. При этом масляная пленка прерывается, часто лишь в отдельных местах, из-за высокой температуры или переполнения топливом. В этих местах появляется трение несмазанных поверхностей поршня, поршневых колец и рабочей поверхности цилиндра, что за очень короткое время может привести к задирам с сильно потертой поверхностью. Аналогичные явления имеются при недостаточной смазке маслом, т е., если вообще не имеется больше смазочной пленки между поршнем и цилиндром.

Обобщенно можно привести следующие характерные признаки заедания от работы без смазки:

а) при полностью разрушенной масляной пленке:

• без перехода возникают узко ограниченные задиры в основном на юбке поршня, поверхность которых стерта и имеет темный цвет. В начальной стадии на противоположной стороне поршня задиров нет,

б) при нехватке масла:

• признаки идентичны вышеописанным задирам от работы без смазки, за исключением цвета поверхности. Поверхность задиров почти металлически чистая и без темного цвета. Поскольку нехватка масла касается всей поверхности цилиндра, в начальной стадии часто наблюдаются задиры как на нагруженной стороне, так и на ненагруженной стороне.

В общем случае различают задиры при работе без смазки на юбке поршня и односторонние задиры от разных причин, включая нарушение смазки.

1. Задиры от работы без смазки на юбке поршня

В зоне рабочей поверхности там, где на юбке обычно располагается рабочая поверхность контакта с цилиндром, имеются задиры, распространяющиеся частично до кольцевого пояса (рис.61). На противоположной стороне юбки имеются небольшие задиры. Поверхность задиров не темна и имеет почти металлический блеск.

Оценка повреждения

Между поверхностью поршня и рабочей поверхностью цилиндра не хватало смазки. Поверхность задиров с почти металлическим блеском показывает, что в момент заедания масляная пленка, правда, еще имелась, но была уже очень слабой. В связи с незначительным повреждением здесь речь может идти о временной нехватке масла или о повреждении в начальной стадии. При дальнейшей эксплуатации двигателя с недостаточной смазкой повреждение было бы, безусловно, сильнее.

Повреждение на поршне при таком виде задира от работы всухую всегда находится в тех точках, где юбка поршня имеет контакт с цилиндром, т.е. там, где при неповрежденном работавшем поршне отразилось бы обычное пятно контакта.

Возможные причины повреждения

Нехватка смазки из-за недостаточного количества масла в двигателе, слишком низкое давление масла в двигателе (неисправность масляного насоса, редукционного клапана и т. д.). В результате этого имеется недостаточное количество масла для смазки. Из подшипников коленчатого вала не выходит достаточное количество масла. Рабочая поверхность цилиндра, смазываемая в основном разбрызгиванием масла от коленчатого вала, по этой причине снабжается недостаточным количеством масла.

1. Односторонние задиры на юбке поршня без мест противодействия на противоположной стороне

На одной стороне юбки поршня имеются сильные задиры темного цвета с сильно истертой поверхностью. В результате высоких температур на поршне (рис. 62) в зоне заедания материал поршня оторван на большой площади юбки. Характерным является полное отсутствие повреждений на противоположной стороне задира на юбке поршня, что в начальной стадии в большинстве случаев касается зоны кольца.

Оценка повреждения.

Здесь речь идет о типичном задире от работы всухую. Повреждение появляется, если смазочная пленка разрушается хотя бы только на одной половине цилиндра. Повреждение возникает большей частью на нагруженной стороне, реже на ненагруженной стороне. Это возникает или в результате локально недостаточной смазки или в результате перегрева соответствующей стороны цилиндра. Недостаточный зазор не может быть причиной повреждения, поскольку несмотря на сильные задиры на противоположной стороне нет никаких мест противодействия.

Возможные причины повреждения

• Частичное нарушение охлаждения из-за нехватки охлаждающего средства, из-за воздушных пузырьков, отложений загрязнений или прочих нарушений охлаждающего контура.
• В двигателях, в которых нагруженная сторона цилиндра с конструктивно более высокой нагрузкой дополнительно опрыскивается маслом через форсунки в шатуне, это повреждение может возникнуть из-за забитой форсунки или недостаточного давления масла.
• Разбавление масла или неподходящие марки масла, что сначала на нагруженной стороне цилиндра с более высокой нагрузкой приводит к недостаточной смазке.

Исследование состояния системы смазки, масляного насоса и форсунок показало, что система смазки не имеет дефектов. Таким образом, износ и задиры ЦПГ исследуемого двигателя не имеют причинно-следственной связи с возможными неисправностями системы смазки. Тем не менее, при несоответствии материалов пары «цилиндр-поршень», возникающем в связи с истиранием железного покрытия на поршне, общий характер повреждения может иметь аналогичный односторонний характер [3, 11, 14] - с локальным разогревом мест задира, с признаками недостаточной смазки и т.д. и т.п.

При несоответствии материалов нормальной масляной пленки, создаваемой моторным маслом на поверхности цилиндра и в зазоре между поршнем и цилиндром, недостаточно для обеспечения нормальной работы. Масляная пленка при этом оказывается слабой, чтобы противостоять задирам трущихся поверхностей из однородных мягких материалов.

Таким образом, характер повреждения поршней и цилиндров исследуемого двигателя в целом соответствует тому, который обычно возникает при недостаточной смазке, однако имеет другую причину - непосредственный контакт

однотипных материалов поршня и цилиндра при стирании железного покрытия на поршне.

1. Оценка возможности повреждения юбки поршня вследствие применения некачественного масла.

Следовательно, вывод по данной причине следующий:

Качество моторного масла, применяемого в исследуемом двигателе, не является причиной неисправности двигателя.

1. Повреждение в результате попадания в цилиндр грязи и абразивных частиц.

Симптомы

• Двигатель имеет повышенный расход масла.
• Двигатель не развивает достаточную мощность и запускается с трудом, особенно при низких температурах.
• Обе стороны юбки поршня имеют матовое, широкое пятно контакта (рис. 63).
• Профиль обработки цилиндра отчасти изношен.
• На юбке поршня имеются отдельные узкие борозды.
• Поршневые кольца имеют большой тепловой зазор и радиальный износ.
• На маслосъемном кольце сильно изношены рабочие кромки.
• На боковинах канавок поршня имеется осевой износ.

Причины

Данное повреждение возникает вследствие абразивного износа из-за грязи. В этом случае можно выделить несколько разновидностей дефектов в зависимости от числа повреждённых цилиндров и состояния поршневых колец:

Если повреждён только один иилинду ...

... и первое поршневое кольцо изношено значительно сильнее, чем третье, тогда загрязнения попадают в камеру сгорания через систему впуска цилиндра, то есть сверху.

Причиной этого являются:

• разгерметизация впускной системы,
• грязевые отложения, которые не были удалены до начала ремонтных работ.

Поскольку повреждены в той или иной степени большая часть цилиндров, а износ и

задиры юбки имеют почти все поршни, данные признаки не соответствуют исследуемому двигателю.

Если повреждёнными являются несколько цилиндров или все цилиндры...

... и первое поршневое кольцо изношено значительно сильнее, чем третье, тогда загрязнения попадают в камеру сгорания через общую систему впуска всех цилиндров.

Причины такой ситуации объясняются:

• разгерметизацией и / или
• разрушенным или же отсутствующим воздушным фильтром.

Данные признаки также не соответствуют исследуемому двигателю, поскольку верхнее кольцо не имеет значительного износа (см. табл.1). Кроме того, исследуемому двигателю не соответствует большая часть симптомов данной неисправности, указанных выше.

В случае попадания в цилиндры посторонних предметов либо загрязнений абразивного характера (возможная ошибка при монтаже-демонтаже впускного коллектора) произойдет повреждение только некоторых цилиндров в их верхней части, в том числе, в зоне выше первого компрессионного кольца. С другой стороны, посторонние предметы и абразивные частицы не могут проникнуть через поршневые кольца вниз к юбке, поскольку не могут пройти через уплотнение, создаваемое сопряжением колец с цилиндром. В результате попадание посторонних частиц в цилиндр может вызвать износ и повреждения только верхней части отдельных цилиндров и поршней, чего в исследуемом двигателе вообще не наблюдается.

Если повреждёнными являются несколько цилиндров или все цилиндры...

... и третье поршневое кольцо изношено значительно сильнее, чем первое, тогда следует исходить из того, что грязным является моторное масло. Загрязнение масла происходит или по причине того, что не была осуществлена очистка картера двигателя и / или из-за грязного отделителя масла.

В исследуемом двигателе 2-е поршневые кольца имеют износ заметно больше чем верхние, при этом маслосъемные кольца на некоторых поршнях потеряли подвижность. Кроме того, в поддоне картера обнаружены отложения мелких металлических частиц. Эти признаки могут служить подтверждением того, что износ деталей ЦПГ вызван грязным маслом. Однако в данном случае речь может идти только о «вторичном» загрязнении масла - в результате износа и задиров на поршнях и цилиндрах, а не об износе от загрязнения. При вторичном загрязнении продукты износа загрязняют масло и вызывают дальнейший прогрессирующий износ трущихся пар.

Таким образом, признаки повреждения деталей исследуемого двигателя не имеют причинно-следственной связи с загрязнением цилиндров.

Повреждение юбки поршня от переполнения топливом.

Фирма Kolbenschmidtдает следующий анализ данной неисправности [5]:

Описание повреждения

На поверхности юбки поршня имеются узкие длинные места трения с резкими границами там, где обычно находится пятно контакта поршня (рис. 64).

Оценка повреждения

Несгоревшее топливо, конденсирующееся на рабочей поверхности цилиндра, разбавляет несущую масляную пленку или смывает ее. Это приводит к работе без смазки между сопряженными деталями поршня и цилиндра. Длинные узкие места трения являются последствием. Колъиевая зона остается незатронутой при таких повреждениях, потому что здесь в контакте с рабочей поверхностью цилиндра находятся только поршневые кольца.

В местах трения из-за переполнения топливом повреждение на поршне всегда находится в зоне юбки, где юбка поршня опирается на цилиндр. При неповрежденном работавшем поршне в этом месте находится обычное пятно контакта.

Возможные причины повреждения

1. Переобогащение из-за неправильной регулировки двигателя и нарушения сгорания из-за неисправностей в системе всасывания, забитые воздушные фильтры, нарушения в системе приготовления смеси или в системе зажигания.
2. Система пуска в холодном состоянии неисправна и не обеспечивает правильный состав смеси.
3. Недостаточное уплотнение цилиндра и в результате этого неполное сгорание с несгоревшим топливом.
4. Разбавление масла из-за частых поездок на короткие расстояния или из-за пере обогащения смеси.

Вывод по данной причине:

В исследуемом двигателе характер повреждений может соответствовать переполнению топливом.

1. Анализ причины неисправности, связанной с переполнением топливом, в

Согласно анализу, выполненному в п. 15.4.4, характер задиров на поверхности юбки в целом совпадает с описанием, приведенным фирмой Kolbenschmidtдля случая

поступления в цилиндр избыточного количества топлива [5]. Фирма Kolbenschmidtдает 4 главных причины данной неисправности (см.выше).

По причинам №№1 и 2 необходимо отметить следующее. При переобогащении смеси по тем или иным причинам несгоревшее топливо поступает к катализаторам и кислородным датчикам, которые фиксируют данный избыток подачи. В этом случае блок управления отрабатывает сигнал на уменьшение подачи топлива, что необходимо не только для приведения состава смеси в надлежащее состояние с целью обеспечения минимальных вредных выбросов, но и для защиты катализаторов от перегрева. В случае, если по каким-либо причинам состав смеси не может быть восстановлен до нормального, определяемого значением коэффициента избытка воздуха к=1, блок управления запишет ошибку и выдаст сигнал "CheckEngine" на панели приборов автомобиля.

Это означает, что любая неисправность в двигателе и/или его системе управления, которая приводит к переобогащению смеси, неизбежно вызовет срабатывание сигнализатора "CheckEngine". Поскольку по результатам диагностики никаких неисправностей в системе управления двигателя после ремонта не было, переобогащение смеси, возникающее вследствие различных неисправностей двигателя, не является причиной неисправности исследуемого двигателя.

При разбавлении (разжижении) масла топливом необходимо также учитывать 2 процесса - падение вязкости масла в поддоне картера и смывание масла со стенок цилиндров (при поступлении топлива в поддон из/через цилиндры).

Имеется следующая особенность разжижения масла топливом. Если по какой-либо причине такое разжижение произошло на холодном двигателе (например, топливо было пролито в цилиндры при демонтаже топливных форсунок и постепенно просочилось через поршневые кольца в поддон картера), то при запуске холодного двигателя произойдет перемешивание масла с топливом и уменьшение вязкости масла. Однако масло при низкой температуре имеет существенно более высокую вязкость, чем при рабочей температуре в двигателе [3]. ЕГоэтому, с учетом довольно большого объема масла в картере исследуемого двигателя (8,5 л), при любом реальном количестве поступившего в поддон картера топлива вязкость смеси не будет ниже вязкости масла при рабочей температуре двигателя. В соответствии с этим условия смазки деталей не будут нарушены, и однократное разжижение масла топливом на холодном двигателе не приведет к каким-либо его повреждениям.

Указанный вывод соответствует состоянию вкладышей коленвала исследуемого двигателя - при чрезмерно большом разжижении масла топливом на них могли появиться характерные блестящие следы контакта с шейками. Однако таких следов нет, что дополнительно подтверждает отсутствие разжижения масла топливом.

Тем не менее, следует дополнительно рассмотреть самый первый момент пуска двигателя, когда масло на цилиндре частично или полностью смыто топливом. Фактически начало движения поршней в цилиндрах может происходить при недостатке масла. Однако необходимо отметить, что практически сразу после первых оборотов масло, обладающее за счет разжижения топливом меньшей вязкостью, начинает поступать к цилиндрам путем разбрызгивания масляными форсунками. Кроме того, при запуске нагрузки на поршневую группу в двигателе минимальны. Поэтому есть все основания утверждать, что разжижение масла топливом не дает повреждений поршневой группы в момент запуска.

Далее, по мере прогрева двигателя и масла в картере начинается падение его вязкости с одновременным испарением топлива из масла. Обычно процесс испарения легкого топлива (бензина) из масла занимает весьма короткое время - от нескольких минут до нескольких десятков минут, в зависимости от режима работы двигателя. Однако при нагреве масла испаряющееся в значительных количествах топливо начнет поступать в систему вентиляции двигателя и далее во впускную систему и в цилиндры в испаренном виде, что окажет влияние на работу системы управления двигателем.

При значительном количестве испаренного топлива обогащение смеси также будет значительным, что не позволит системе управления двигателем его полностью компенсировать, в 1-ю очередь, на режимах малых оборотов. В результате блок управления неизбежно выдаст тот же сигнал "CheckEngine", свидетельствующий о нарушениях в двигателе, опасных как с точки зрения экологии, так и для самих катализаторов.

Поскольку никаких сигналов об ошибках после ремонта не было, есть все основания утверждать, что признаки попадания топлива в масло в исследуемом двигателе полностью отсутствуют, неисправность двигателя не имеет причинно-следственной связи с попаданием топлива в цилиндры и разжижением масла.

Как показано также в предыдущем разделе, признаки повреждения деталей исследуемого двигателя не имеют причинно-следственной связи с загрязнением.

Помимо этого, анализ конструкции двигателя и возможного хода выполнения ремонтных работ по замене электромагнита регулировки фаз газораспределения показывает, что данные работы вообще не имеют точек соприкосновения ни с впускным трактом, ни с ЦПГ.

Таким образом, ответ на вопрос №2 экспертизы:

2. Могли ли явиться причиной выхода из строя двигателя некачественно выполненные работы по замене впускного коллектора и электромагнита регулировки фаз газораспределения?

следующий:

Повреждения деталей двигателя не имеют причинно-следственной связи с какими-либо возможными ошибками при выполнении ремонтных работ, неисправность двигателя не связана с проведением работ по замене впускного коллектора и электромагнита регулировки фаз газораспределения.Как следует из приведенного анализа возможных причин неисправностей, двигатель получил повреждения поршней не в результате нарушения охлаждения, смазки, загрязнения или переполнения топливом. В то же время есть существенные особенности повреждений поршней и цилиндров исследуемого двигателя, анализ которых показывает следующее.

Так, имеется принципиальная разница формы и расположения задиров на правой (нагруженной, если смотреть на двигатель спереди) стороне цилиндра и поршня по сравнению с левой ненагруженной стороной. Наиболее характерная картина наблюдается в цилиндре №3, который имеет наибольшие повреждения.

На нагруженной стороне цилиндре сплошная зона задира расположена от четкой границы - места остановки в ВМТ фаски канавки маслосъемного кольца (верхняя граница юбки), и распространяется вниз ниже места остановки фаски канавки маслосъемного кольца в НМТ. Выше указанной границы задиры не распространяются. При этом задиры в нижней части цилиндра на этой стороне, напротив, не имеют четкой границы. Такой характер имеют повреждения на всех остальных цилиндрах.

На нагруженной стороне поршня наблюдается четкая граница сверху - верхний край юбки, от которого задиры распространяются вниз. В исследуемом двигателе в результате осмотра выявлено несколько фаз развития износа и задира нагруженной поверхности юбки поршня - от истирания железного покрытия с появлением блеска на верхней части юбки у поршня №№ 5, 6 и 8 (рис.25-28) и начала процесса задира у поршня №2 (рис.22) до непосредственно задира юбки у поршней №№1, 3, 4, 7 (рис.21-27). Явное направление задиров на юбке поршня вниз свидетельствует о том, что такие задиры образовались при движении поршня в цилиндре вверх из НМТ.

Данный факт иллюстрирует влияние перекладки поршня в НМТ, когда за счет инерционных нагрузок на поршне он перекашивается в цилиндре (рис.56), и нагружается верхняя правая сторона юбки (именно в этой зоне и образовались задиры). Одновременно с этим движение поршня вверх происходит при минимальном количестве масла на стенке цилиндра (оно было снято со стенки маслосъемным кольцом при предыдущем ходе вниз). Условия смазки и уровень нагрузок на юбку при движении поршня вверх существенно хуже, чем при движении поршня из ВМТ, при котором имеется компенсация усилий на юбку с помощью десаксажа поршня, а скольжение юбки идет по предварительно смазанной поверхности. Это объясняет, почему задиры возникают на поршне именно при движении вверх, а не вниз.

На ненагруженной стороне цилиндра задиры существенно меньше и имеют другой характер. Так, место задира не имеет четких границ и расположено во всей области контакта с нижней частью юбки, с более ярко выраженными рисками (задирами) в верхней части выделенной области - в месте остановки нижней части юбки при положении поршня в ВМТ. Выше этой части задиры не распространяются.На ненагруженной части поршня №3 задир расположен в нижней части юбки (рис.23). Выявлены также несколько фаз износа и задира в данной части юбки. Так, поршни №№1, 2, 5, 6 не имеют явных признаков износа в этой области (рис.21-26), однако на поршнях № 4, 7 и 8 заметен характерный блеск на поверхности юбки в нижней ее части (рис.24-28), а на поршне №3 - сильный задир (рис.23).

Характерно, что на поршнях и цилиндрах нет следов начала и/или распространения задира от огневого пояса, в том числе, от первого и/или второго компрессионного кольца (рис.21-28). На цилиндре в зоне остановки поршневых колец в ВМТ и на поршне в зоне поршневых колец (огневой пояс и перемычки между кольцами) имеется только отдельные следы повреждений в виде рисок (на цилиндрах - рис.31-38) и небольших задиров (на поршнях) от отделившихся частиц поршня и цилиндра, возникшие как результат сплошного задира, расположенного ниже. При этом характерно, что на некоторых поршнях явно видны следы контакта верхнего огневого пояса с цилиндром. Данное повреждение подробно описано фирмой Kolbenschmidt, как радиальные места ударов на жаровом поясе [5]:

Описание повреждения

Жаровой пояс имеет в направленны качания следы ударов (рис. 65) На юбке поршня наблюдается более сильный износ сверху и снизу, чем в середине юбки.

Оценка повреждения

Удары поршня вызваны попеременным ударом головки поршня о рабочую поверхность цилиндра, они особенно отрицательно воспринимаются снаружи в виде стука и шумности двигателя.

Причина

Перекос поршней из-за слишком большого зазора. Слишком большой диаметр цилиндра или износ приводят к тому, что поршень переходит в наклонное положение в результате качания движения шатуна и перекладки поршня в цилинОре и при этом происходят сильные удары верхней части поршня о рабочую поверхность гцшиндра.

Таким образом, основные выявленные признаки повреждения поршней и цилиндров следующие:

1. Одностороннее или «диагональное» расположение задиров на юбке в плоскости качания поршня - в верхней части на нагруженной стороне, а в нижней части на ненагруженной.
2. Распространение задира на нагруженной стороне при движении поршня вверх.
3. Характерный повышенный износ в указанных зонах на нижнем и верхнем краях юбки тех поршней, где задиров не наблюдается.
4. Следы касания цилиндра на огневом поясе поршней свидетельствуют о большом зазоре в цилиндре.
5. Поршни имеют размер юбки меньше минимально допустимого на 0,03-0,04 мм и более (табл.1), при толщине железного покрытия приблизительно 0,02 мм.Одновременно с этим на поверхностях юбки всех поршней сохранились канавки микропрофиля (рис.66), т.е. износ в средней части юбки отсутствует.

Следует отметить, что на юбках всех поршней отсутствуют следы большого износа. Как известно, микропрофиль на поверхности поршней имеет небольшую глубину и не превышает, как правило, 0,005-0,010 мм [3]. В то же самое время размеры поршней меньше минимально допустимых на 0,03-0,04 мм и более. Если бы происходил износ поршня, то при таком значении износа юбка должна быть совершенно гладкой в зонах контакта с цилиндрами и не может иметь микроканавок, которые были бы в таком случае полностью стерты (рис.67). Кроме того, при большом износе юбки неминуемо наблюдался бы ответный значительный износ цилиндра в зоне контакта с юбкой, однако такого износа в цилиндрах также нет. И при этом размеры цилиндров существенно больше номинального значения.

Наличие микроканавок на юбке всех поршней (рис.66) и отсутствие следов явного износа цилиндров в зонах контакта с юбкой свидетельствует о том, что причина значительного отклонения размеров и зазоров от минимально допустимых может быть не связана с эксплуатационным износом. Основные причины повышенного зазора в цилиндре известны:

1. Размеры цилиндров при производстве были изначально выполнены за допуском.
2. Поршни изначально имели размер по юбке меньше допустимого или...
3. ...поршни были изготовлены нормальными и в допуске, однако при

постепенная деформация юбки в результате действия ударных нагрузок в течение длительного времени.

Таким образом, есть все основания утверждать, что:

1. основной причиной образования задиров на поршнях и цилиндрах

1. большой зазор и ударные нагрузки вызвали полный износ железного покрытия на краях юбки поршней, в результате чего произошло обнажение алюминиевого сплава поршня в этих зонах и схватывание его с алюминиевым сплавом цилиндра,
2. причиной большого зазора в цилиндрах является сочетание

1. Расточка цилиндров с последующим хонингованием в ремонтный размер.

1. Ремонт установкой гильз типа ALUSIL.

1. Установка ремонтных гильз из серого чугуна.

1. Возможно ли в настоящее время восстановление работоспособности двигателя? следующий:

16. СИНТЕЗИРУЮЩАЯ ЧАСТЬ.

16.1. Формулирование причины неисправности двигателя.

Для окончательного установления причины неисправности двигателя еще раз перечислим все уже установленные и доказанные характерные основные признаки и особенности неисправности, разбив их на 2 группы.

Группа №1. Общие признаки неисправности.

• Размер юбок всех поршней существенно меньше предельно допустимых.
• Размеры цилиндров также заметно превышают допустимые.
• Зазор между поршнями и цилиндрами превышает максимально допустимый в несколько раз.
• Односторонние задиры на части поршней и цилиндров.
• На средней части юбки поршней нет следов явного износа.
• Цилиндры не имеют заметного износа в зонах контакта с юбкой поршня. Общий вывод по группе №1:

Причиной неисправности двигателя является возникновение задиров на юбке поршней и в цилиндрах.

Группа №2. Влияние эксплуатации на возникновение неисправности.

• В исследуемом двигателе характер повреждений не соответствует перегреву.
• Признаки повреждения деталей исследуемого двигателя не имеют причинно- следственной связи с загрязнением цилиндров.
• Качество моторного масла, применяемого в исследуемом двигателе, не является причиной неисправности двигателя.
• Переобогащение смеси, возникающее вследствие различных неисправностей двигателя, не является причиной неисправности исследуемого двигателя.
• Износ и задиры ЦПГ исследуемого двигателя не имеют причинно- следственной связи с возможными неисправностями системы смазки.

Общий вывод по группе №2:

Неисправность носит специфический характер, не соответствующий часто встречающимся на практике эксплуатационным причинам неисправностей ЦПГ.

Группа №3. Общий характер причины возникновения неисправности.

• Характер повреждения поршней и цилиндров исследуемого двигателя в целом соответствует тому, который обычно возникает при недостаточной смазке, однако имеет другую причину.
• Непосредственный контакт однотипных материалов поршня и цилиндра при стирании железного покрытия на поршне приводит к задиру.
• Ускоренный и локальный износ юбки поршней произошел вследствие ударных нагрузок при перекладке поршня в цилиндре.
• Ударные нагрузки и износ вызваны большим зазором поршней в цилиндрах.

Общий вывод из признаков группы №3:

Причиной неисправности является локальный износ железного покрытия на части поверхности юбки поршней. Износ покрытия произошел в результате большого зазора поршней в цилиндрах и ударных нагрузок при перекладке поршней.

Группа №4. Причина неисправности, вызванная большим зазором в цилиндрах.

• Большой зазор в цилиндре возникает при эксплуатационном износе ЦПГ.
• На средней части юбки поршней нет следов явного износа, цилиндры не имеют заметного износа в зонах контакта с юбкой поршня.
• Размер юбок всех поршней существенно меньше предельно допустимых значений, размеры цилиндров заметно превышают допустимые.

Общий вывод по группе №4:

Причиной большого зазора в цилиндрах является сочетание эксплуатационного износа с производственным недостатком (дефектом) двигателя в виде увеличенных зазоров в сопряжении поршней с цилиндрами.

Группа №5. Возможные производственные причины большого зазора в цилиндрах.

• Размеры цилиндров при производстве были изначально выполнены за допуском.
• Поршни изначально имели размер по юбке меньше допустимого.
• Поршни были изготовлены нормальными и в допуске, однако при эксплуатации в результате длительного действия ударных нагрузок и вследствие увеличенного размера цилиндров произошла деформация юбки.

Общий вывод по группе №5:

Точную причину увеличенных зазоров установить не представляется возможным.

Общий вывод по группам неисправностей:

Ввиду несоответствия признаков, имеющихся на деталях, признакам нарушения правил эксплуатации и ошибок при обслуживании, есть все основания полагать, что неисправность связана с естественным износом деталей, имеющим ускоренный характер. Ускоренный износ был вызван большими зазорами поршней в цилиндре, возникшими как сочетание эксплуатационного износа с производственным недостатком (дефектом) двигателя в виде увеличенных зазоров в сопряжении поршней с цилиндрами.

17. РЕЗУЛЬТАТИВНАЯ ЧАСТЬ.

17.1. Уточнение выводов о причине неисправности двигателя.

Ответ на 1-й вопрос экспертизы:

1. Какова причина выхода из строя двигателя?

формулируется так:

Неисправность двигателя не имеет причинно-следственной связи с нарушением правил эксплуатации. Причиной неисправности является локальный эксплуатационный износ железного покрытия на части поверхности юбки поршней, который произошел в результате увеличенных зазоров поршней в цилиндрах и вызванных большими зазорами ударных нагрузок при перекладке поршней.

Ускоренный характер износа деталей обусловлен сочетанием эксплуатационного износа естественного характера с производственным недостатком (дефектом) двигателя в виде увеличенных зазоров в сопряжении поршней с цилиндрами. Производственный характер неисправности подтверждается тем, что на средней части юбки поршней нет следов явного износа, цилиндры не имеют заметного износа в зонах контакта с юбкой поршня, но при этом размер юбок всех поршней существенно меньше предельно допустимых значений, а размеры цилиндров заметно превышают допустимые.

Возможными причинами производственного недостатка двигателя являются выполнение размеров цилиндров и/или поршней при производстве за пределами установленных допусков, а также деформация юбки поршней при длительной работе с увеличенными зазорами, однако точную производственную причину увеличенного зазора установить не представляется возможным.

выводы

1. Двигатель 273.924, № 239243012797, автомобиля XXX F450 Matic, год выпуска 2007, регистрационный знак РЗЗЗРР177, VINXXX 2211841А12611 имеет следующие недостатки и неисправности:

1. сильные односторонние задиры на стенках цилиндров №№ 1, 2, 3, 4 и 7, мелкие вертикальные риски во всех цилиндрах в средней и нижней части;
2. сильные односторонние задиры на поршнях №№ 1, 4, 7, на поршне №3 задиры двухсторонние - с одной стороны в верхней части юбки, на другой - в нижней части юбки;
3. поршни №№ 1, 5, 6, 7, 8 имеют следы касания огневым поясом цилиндра, на поршнях №№ 1, 3, 7 задиры на уплотнительном и огневом поясе расположены над задирами на юбке;
4. на юбках всех поршней мелкие вертикальные риски;
5. размер юбок всех поршней существенно меньше предельно допустимых значений, размеры цилиндров также заметно превышают допустимые, в результате чего зазор между поршнями и цилиндрами превышает максимально допустимый в несколько раз;
6. маслосъемные кольца на поршнях №№ 1, 3 и 7 залегли в канавках поршней;
7. износ средних поршневых колец повышен и, вероятно, близок к предельному.

1. Повреждения деталей двигателя не имеют причинно-следственной связи с какими-либо возможными ошибками при выполнении ремонтных работ, неисправность двигателя не связана с проведением работ по замене впускного коллектора и электромагнита регулировки фаз газораспределения.
2. Неисправность двигателя не имеет причинно-следственной связи с нарушением правил эксплуатации.
3. Причиной неисправности является локальный эксплуатационный износ железного покрытия на части поверхности юбки поршней, который произошел в результате увеличенных зазоров поршней в цилиндрах и вызванных большими зазорами ударных нагрузок при перекладке поршней.
4. Ускоренный характер износа деталей обусловлен сочетанием эксплуатационного износа естественного характера с производственным недостатком (дефектом) двигателя в виде увеличенных зазоров в сопряжении поршней с цилиндрами. Производственный характер неисправности подтверждается тем, что на средней части юбки поршней нет следов явного износа, цилиндры не имеют заметного износа в зонах контакта с юбкой поршня, но при этом размер юбок всех поршней существенно меньше предельно допустимых значений, а размеры цилиндров заметно превышают допустимые.
5. Возможными причинами производственного недостатка (дефекта) двигателя

представляется возможным.

1. Восстановление работоспособности двигателя при глубоких задирах на цилиндрах возможно путем ремонта блока цилиндров с применением ремонтных гильз типа ALUSIL, а при их отсутствии - с помощью гильз из серого чугуна по технологии, рекомендованной фирмой Kolbenschmidt, поставщиком компонентов двигателей для сборочного производства фирмы XXX.

Эксперт-автотехник 1-й категории, канд. техн. наук, старший науч. сотрудник, Ген. директор ООО " АБ-Эксперт"А.Э.Хрулев

Эксперт, инженер П.С.Горелик

Эксперт, инженер В.Э.Лийн

Заключение состоит из 36 стр. текста и приложения с 67 илл. на 45 стр., источников литературы - 19.