ћосква +7 495 545 6936
E-mail: написать
YouTube Instagram
Ќаш опыт в двигател€х Ч с 1990 года!
—ѕ≈÷»јЋ»«»–ќ¬јЌЌџ… ћќ“ќ–Ќџ… ÷≈Ќ“–
јЅ-»нжиниринг
√Ћј¬Ќјя
Ќеочевидное и неверо€тное

јЋ≈ —јЌƒ– ’–”Ћ≈¬, кандидат технических наук, директор моторного центра ЂјЅ-»нжинирингї
—ергей —амохин

ќтказ двигател€ по вине автозавода в период гарантии Ц случай довольно редкий. ƒаже в чем-то экзотический. Ќо если при изготовлении мотора все же был допущен брачок, он не заставит себ€ долго ждать. ќбычно скрытые дефекты Ђвылезаютї на начальной стадии эксплуатации автомобил€. ѕоэтому если двигатель отказал при пробеге, превышающем 15-20 тыс. км, искать в этом вину производител€ бесперспективно. ј уж если до поломки мотора машина пробежала все 50 000 км, веро€тность, что она произошла из-за заводского брака, - величина, как говор€т математики, бесконечно мала€. Ёто проверенное практикой правило. Ќо у каждого правила, как известно, бывают исключени€ Е

Ётот исключительный случай произошел с легковым автомобилем, продуктом уважаемого €понского автопрома. »менно тогда, когда пробег машины только-только перевалил за 50 000 км, ее современный 2,3-литровый мотор с турбонаддувом и непосредственным впрыском бензина забарахлил: начал расточительно расходовать масло (более 1,5 л/1000 км), а затем и вовсе Ђзахромалї на один цилиндр.

ѕредставьте Ц машина на гарантии, инструкции по эксплуатации выполн€лись, замена масла проводилась в рекомендованные сроки (через 15 000 км). ƒа и водитель, как позже вы€снилось, был необычайно аккуратный (что сыграло немаловажную роль в этой истории). Ќо двигатель вдруг сломалс€.  азалось бы, чего проще: вскрыть, установить причину, устранить, собрать и ездить дальше. ¬ действительности все вышло не так гладко, как могло бы. » хот€ в итоге виновного в отказе двигател€ удалось-таки установить, это потребовало привлечени€ нескольких экспертных организаций и колоссальных затрат времени, исчисл€вшихс€ несколькими мес€цами. ¬от как было дело.

ѕо ложному пути

¬начале за расследование происшестви€ вз€лись дилеры. ѕригласили эксперта, разобрали мотор. Ёксперт установил, что во втором цилиндре прогорел поршень, и, не мудрству€ лукаво, заключил, что это произошло из-за использовани€ некачественного топлива. “аким образом, виновным был объ€влен автовладелец. ќднако тот оказалс€ не слишком покладистым и не согласилс€ с выводами экспертизы.  стати, не без оснований. ¬о-первых, этот мотор на российский рынок поступает в дефорсированной версии, котора€ на двадцать с лишним Ђлошадейї слабее стандартной. Ќедостающие до стандарта Ђлошадиї Ц это и есть поправка на хреновый бензин и прочие от€гчающие обсто€тельства российской действительности. ¬о-вторых, в системе управлени€ двигателем, как это и положено, предусмотрена коррекци€ зажигани€ по сигналу датчика детонации. ѕо идее, двигатель, оснащенный такой системой, должен без серьезных последствий переваривать бензин с колебани€ми октанового числа в пределах нескольких единиц (до 4-5). », в-третьих, владелец настаивал, что ездил неспешно и на газ вообще не давилЕ

“ак разбирательство плавно перешло в судебную фазу. —уд, в свою очередь, назначил следующую, уже судебную экспертизу.  отора€, в общем и целом, также согласилась с заключением первого эксперта: прогар поршн€ по вине некачественного топлива.

≈динодушное мнение экспертов можно было бы прин€ть за истину, но Е ≈сли взгл€нуть на поврежденный поршень, видно, что у него не только разрушена часть днища и огневого по€са, но есть еще один серьезный дефект Ц сломано верхнее компрессионное кольцо. ѕричем кольцо оказалось сломано в трех местах: примерно посередине, напротив замка, и с двух сторон от него, так что кольцо лишилось двух Ђкончиковї. Ќа этот счет эксперты предположили, что после того как поршень прогорел, температурный режим кольца в этом месте сильно изменилс€, кольцо перегрелось, потер€ло прочность Ц вот вам и результатЕ Ётот вывод и вызвал наибольшие сомнени€ очередной, третьей команды экспертов, назначенной судом дл€ раскрыти€ тайны мотора по ходатайству уже пор€дком измученного, но все еще не сдававшегос€ автовладельца.

¬опросы, вопросы Е

ѕосле изучени€ останков того, что еще недавно было двигателем, вновь назначенные эксперты засомневались: а может ли прогорание поршн€ вызвать поломку верхнего компрессионного кольца? ѕокопавшись в своем достаточно богатом опыте по ремонту моторов и изучив техническую информацию от авторитетных производителей моторных комплектующих, они пришли к выводу, что в мировой практике моторного ремонта такое €вление как-то не просматриваетс€. ƒа, поршни прогорают, огневой по€с и перемычки между кольцами оплавл€ютс€, но верхнее кольцо при этом в подавл€ющем большинстве случаев остаетс€ целым. ƒаже при сильной детонации в цилиндре повреждаетс€, как правило, только среднее компрессионное кольцо, а верхнее Ц нет. ƒело в том, что верхнее кольцо должно воспринимать основную часть нагрузки от давлени€ расшир€ющихс€ в камере сгорани€ газов. ѕоскольку действующа€ нагрузка имеет ударный характер, в современных моторах верхние кольца нередко изготавливаютс€ из достаточно пластичных материалов Ц например, из высокопрочного чугуна. “акое кольцо можно разогнуть руками, и оно не сломаетс€. ¬ двигател€х же с наддувом обычно верхние кольца делаютс€ из очень прочных материалов Ц к примеру, из теплостойкой стали. “акое кольцо можно сломать, но усилие Ђна сломї будет очень большим, значительно превышающим прочность элементов поршн€. “ак что поршень если и сломаетс€, то верхнее кольцо, скорее всего, устоит.

¬ отличие от верхнего кольца среднее не испытывает больших нагрузок, и его обычно изготавливают из серого чугуна. ќно действительно очень хрупкое и порой буквально рассыпаетс€ на мелкие кусочки даже при не очень больших усили€х. Ќо в исследуемом моторе все средние кольца почему-то оказались целымиЕ

≈сли прогорание поршн€ не могло стать причиной поломки кольца, может, все происходило наоборот: вначале сломалось кольцо, а уже потом прогорел поршень? ѕо крайней мере, это выгл€дит логично, поскольку сломанное кольцо в таком случае нарушит отвод тепла от поршн€. ¬нимание экспертов привлекла канавка верхнего кольца, вернее, характер ее повреждени€. ¬ технике его прин€то называть размыванием. –азмывание Ц это довольно длительный процесс постепенной выработки материала вокруг детали, получившей свободу перемещени€ и колеблющейс€ с большой частотой. ¬озникло предположение, что вначале все-таки сломалось кольцо, далее теплоотвод от поршн€ в зоне повреждени€ нарушилс€, обломки кольца размыли канавку, и поршень прогорел. „то ж, сценарий вполне объ€снимый.

ќднако осталось непон€тным, почему сломалось кольцо, и когда это случилось? ќтветы были найдены только после двух мес€цев тщательных исследований, анализов и жарких споров. ƒл€ начала было решено как следует отмыть место повреждени€ поршн€. —делать это было непросто, поскольку при очистке твердого нагара с поверхности нельз€ повредить саму поверхность. Ќо результат очистки превзошел ожидани€ Ц Ђпрогарї вдруг исчез! ѕосле удалени€ сло€ нагара стало абсолютно очевидным, что поврежденные поверхности не оплавлены. Ќапротив, на них были отчетливо видны следы механического износа и излома. Ёто убедительно доказывало, что повреждение поршн€ имеет не термический, а чисто механический характер.

«десь стоит обратить внимание еще на одну интересную деталь. Ќа первый взгл€д кажетс€, что размывание канавки поршн€ должно распростран€тьс€ вниз, в направлении действи€ давлени€ продуктов сгорани€. Ќа самом деле процесс идет преимущественно в противоположном направлении, вверх. ƒело в том, что при вспышке смеси в камере сгорани€ сломанное кольцо не удерживает давлени€, поэтому больших сил в направлении вниз на него тоже не действует. Ќо поршень в такой момент подвергаетс€ воздействию, сравнимому с ударом хорошей кувалды. ќт которого он резко устремл€етс€ вниз и буквально наталкиваетс€ на свободно болтающийс€ в канавке обломок кольца. ”дар обломка о поверхность канавки, очевидно, будет направлен в противоположную сторону, вверх. ќн весьма незначителен, но таких ударов происходит в минуту столько, сколько оборотов делает двигатель. » при каждом ударе от поверхности канавки поршн€ отбиваетс€ пусть незаметна€, но конечна€ часть материалаЕ

 артина происшедшего начала про€сн€тьс€. ѕо какой-то причине (веро€тно, не имеющей ничего общего с заправкой некачественным топливом) верхнее кольцо сломалось, обломок кольца постепенно промыл огневой по€с со стороны канавки почти насквозь, а когда толщина огневого по€са в данном месте стала недопустимо малой, кусок по€са поршн€ отломилс€ и улетел в цилиндр вместе обломком кольца. ќбломки какое-то врем€ болтались в надпоршневом пространстве, дробились на более мелкие части, нанос€ при этом днищу поршн€ и головке блока множественные мелкие повреждени€ незначительной степени т€жести. ѕоскольку эксплуатаци€ продолжалась, обломки постепенно переместились из цилиндра куда-то дальше в выпускную систему, а место излома поршн€ скоро замаскировалось нагаром так, что приобрело вид полноценного прогара. ќднако обломки успели нанести заметный вред цилиндру в виде многочисленных рисок и задиров, что вполне могло €витьс€ пр€мой причиной резкого повышени€ расхода масла.

Ќемое свидетельство колец

–азобравшись с судьбой поршн€, эксперты сосредоточили внимание на половинах сломанного поршневого кольца. »х рабочие поверхности (наружный торец и нижн€€ плоскость), за исключением самых кончиков, были густо покрыты нагаром, в то врем€ как на верхней плоскости его почти не было. Ёто свидетельство того, что кольцо длительное врем€ не работало. ” рабочего кольца, которое скользит по стенке цилиндра и одновременно давлением газов прижимаетс€ к нижней стенке канавки поршн€, на ответных поверхност€х нагара быть не должно. ѕоловинки кольца также решили отмыть. ќказалось, не зр€ Ц и здесь обнаружилось много любопытного дл€ внимательного исследовател€.

¬нимание экспертов привлекли два момента. Ќа нижнем рабочем торце сломанного кольца характерный по€с приработки оказалс€ заметно уже, чем у нормальных колец в других цилиндрах: узенька€ контактна€ полоска, смещенна€ в сторону днища канавки. ќставша€с€ часть плоскости Ц девственно матова€, без каких-либо следов контакта с канавкой. Ќормально работающие компрессионные кольца изнашиваютс€ пр€мо противоположным образом Ц приработка идет почти по всей нижней плоскости, и чем дальше к периферии, тем она больше. ѕричина в том, что верхнее компрессионное кольцо за счет фаски на внутреннем диаметре изначально располагаетс€ в канавке поршн€ с небольшим закручиванием. Ќа работающем двигателе под действием давлени€ газов и трени€ о цилиндр поперечное сечение кольца выпр€мл€етс€ и даже слегка заваливаетс€ в обратную сторону. “ак достигаетс€ более равномерный износ поверхностей кольца и канавки. ¬ данном же случае все признаки указывали на то, что кольцо не распр€мл€лось, то есть не работало как должно и, значит, не держало давлени€ в цилиндре. Ќо когда и как оно сломалось?

¬ подобных случа€х большую помощь исследовател€м может оказать металлографическое исследование сломанного кольца. ”становили, что оно изготовлено из материала, аналогичного нашей хирургической стали: прочного, теплостойкого и нержавеющего. «начит, от перегрева кольцо сломатьс€ не могло. ќсмотр изломов при большом увеличении показал, что обломки кольца долго терлись друг о друга и поверхности изломов частично заполировались. “ем не менее, на изломе, расположенном посередине кольца, удалось обнаружить признаки усталости материала, а на изломах, примыкающих к кончикам Ц следы хрупкого разрушени€.

Ќачала складыватьс€ следующа€ картина. ѕрактически с самого начала эксплуатации мотора у кольца были сломаны кончики (один или, что более веро€тно, оба). “акое кольцо уже не могло плотно прилегать к цилиндру по всей наружной поверхности. Ёпюра давлени€ кольца на стенку цилиндра резко изменилась Ц вместо почти посто€нного давлени€ по окружности создавались пиковые давлени€ у отломанных концов и посередине кольца, между которыми возникли просветы. Ётот вывод подтверждают вертикальные следы на стенках цилиндра, примерно совпадающие с расположением изломов, и полное отсутствие следов контакта кольца с цилиндром между ними. Ќа то, что кольцо было повреждено изначально, указывает еще один €вный признак. Ќа стенках нормально работающих цилиндров следы небольшой выработки наблюдаютс€ до высоты, на которой при положении поршн€ в ¬ћ“ останавливаетс€ верхнее компрессионное кольцо. ¬ дефектном же цилиндре выработка на большей части окружности заканчиваетс€ заметно ниже, на уровне среднего кольца.

ѕолучаетс€, что отломанные кончики кольца начали свою Ђчернуюї работу по размыванию канавки поршн€ задолго до того, как владелец смог обнаружить какие-то признаки неисправности.  отора€ никак себ€ не про€вл€ла Ц до поры до времени, пока обломки не попали в цилиндр. ј когда канавка оказалась значительно изношена, в основной части кольца возникли колебани€, и кольцо развалилось пополам от знакопеременных нагрузок и усталости. ѕосле чего половинки кольца просто Ђспр€талисьї в канавку и постепенно покрылись нагаром, который и создал иллюзию прогара поршн€.

Ќо если кольцо было сломано, как же мотор работал вообще, тем более, так долго? ќтвет на этот вопрос дало второе компрессионное кольцо. ќбычно оно играет вспомогательную Ђкомпрессионно-маслосъемнуюї роль, дополнительно уплотн€€ цилиндр за верхним кольцом и собира€ со стенок цилиндра остатки масла, оставшиес€ от маслосъемного кольца. “акие Ђм€гкиеї услови€ работы предполагают незначительный износ среднего кольца при нормальной эксплуатации. Ќо в нашем случае кольцо оказалось изношенным чрезвычайно сильно Ц зазор в замке увеличилс€ до 2 мм, наружна€ поверхность приобрела €рко выраженную бочкообразность, нижн€€ плоскость стала вогнутой. ¬ыходит, что среднее кольцо работало несвойственным ему образом, воспринима€ большое давление и сильно закручива€сь в канавке. ‘актически оно вз€ло на себ€ основную Ђкомпрессионнуюї функцию, а потому и износилось примерно так же, как износилось бы верхнее компрессионное кольцо, но за гораздо больший пробег.

«начит, мотор с самого начала работал с одним компрессионным кольцом во втором цилиндре. » скорее всего, верхнее кольцо было повреждено при сборке. Ёта верси€ подтверждаетс€ сведени€ми от производителей моторных компонентов. ќни отмечают, что такое случаетс€ из-за погрешностей в процессе монтажа поршней в цилиндры. ¬ данном случае причиной мог стать сбой в технологическом процессе сборки, когда оснастка, которой обжимаютс€ кольца на поршне перед установкой в цилиндр, встала неплотно или с перекосом.

¬ том, что этот заводской дефект про€вилс€ так поздно, Ђвиноватї сам владелец автомобил€. ¬ернее, стиль его вождени€, о котором упоминалось ранее Ц даже тормозные диски автомобил€ оказались практически не изношены. ј при такой щад€щей эксплуатации расход масла тоже невелик, даже если с цилиндропоршневой группой что-то не в пор€дке. ѕопади машина к Ђгонщикуї, он развалил бы дефектный мотор, не проехав и тыс€чи километров. »ли, по крайней мере, быстро бы вы€вил повышенный расход масла. ” среднестатистического водител€ двигатель мог бы продержатьс€ раз в п€ть или даже дес€ть дольше, что чаще всего и приходитс€ наблюдать. Ќо чтобы такое Ђжилої внутри двигател€ на прот€жении 50 000 км пробега Ц с этим пришлось столкнутьс€ впервые.

«авершающа€ экспертиза ответила практически на все вопросы, поставленные судом. Ќепон€тным осталось только одно: куда подевались отвалившиес€ куски поршн€ и колец, следы которых остались на днище поршн€, в головке блока и на поверхности цилиндра? ¬еро€тно, их остатки застр€ли где-то в выпускном коллекторе, откуда просто высыпались при разборке мотора предыдущими экспертами. », суд€ по состо€нию крыльчатки турбины, до турбокомпрессора они не добрались. »ли добрались, но уже в измельченном и неопасном виде.



ƒругие наши статьи...





ЂЁѕрогар - он и в јфрике? Ч нажмите, чтобы увеличить
1. ѕрогар - он и в јфрике?

ѕредыдущие эксперты единодушны: поршень прогорел из-за использовани€ некачественного бензина Ч нажмите, чтобы увеличить
2. ѕредыдущие эксперты единодушны: поршень прогорел из-за использовани€ некачественного бензина

¬ерхнее компрессионное кольцо сломано посередине. —равнение с целым кольцом показывает, что у него не хватает двух кончиков Ч нажмите, чтобы увеличить
3. ¬ерхнее компрессионное кольцо сломано посередине. —равнение с целым кольцом показывает, что у него не хватает двух кончиков

јвторитеты Ђмоторных делї не отмечают случаев, чтобы прогар поршн€ (слева и в центре) или детонаци€ (справа) вызвали поломку верхнего компрессионного кольца Ч нажмите, чтобы увеличить
јвторитеты Ђмоторных делї не отмечают случаев, чтобы прогар поршн€ (слева и в центре) или детонаци€ (справа) вызвали поломку верхнего компрессионного кольца Ч нажмите, чтобы увеличить
јвторитеты Ђмоторных делї не отмечают случаев, чтобы прогар поршн€ (слева и в центре) или детонаци€ (справа) вызвали поломку верхнего компрессионного кольца Ч нажмите, чтобы увеличить
4. јвторитеты Ђмоторных делї не отмечают случаев, чтобы прогар поршн€ (слева и в центре) или детонаци€ (справа) вызвали поломку верхнего компрессионного кольца

ѕосле очистки поршн€ взору открылось днище, бомбардированное посторонними предметами. ј прогар Еисчез! Ч нажмите, чтобы увеличить
ѕосле очистки поршн€ взору открылось днище, бомбардированное посторонними предметами. ј прогар Еисчез! Ч нажмите, чтобы увеличить
5. ѕосле очистки поршн€ взору открылось днище, бомбардированное посторонними предметами. ј Ђпрогарї Еисчез!

>
ѕод действием давлени€ газов и трени€ о цилиндр верхнее компрессионное кольцо закручиваетс€ в канавке поршн€: а Ч закручивание в канавке нового кольца; б Ч то же дл€ изношенного кольца; в Ч изменение профил€ поперечного сечени€ кольца по мере износа; г Ч характер износа канавки поршн€ Ч нажмите, чтобы увеличить
6. ѕод действием давлени€ газов и трени€ о цилиндр верхнее компрессионное кольцо закручиваетс€ в канавке поршн€: а Ч закручивание в канавке нового кольца; б Ч то же дл€ изношенного кольца; в Ч изменение профил€ поперечного сечени€ кольца по мере износа; г Ч характер износа канавки поршн€

ѕо€сок приработки на рабочей поверхности сломанного кольца (справа) заметно уже, чем у целого Ч нажмите, чтобы увеличить
7. ѕо€сок приработки на рабочей поверхности сломанного кольца (справа) заметно уже, чем у целого

—равнение характера износа нижних торцов нормального(слева) и сломанного (справа) колец показывает, что поврежденное кольцо не работало как должно Ч нажмите, чтобы увеличить
8. —равнение характера износа нижних торцов нормального(слева) и сломанного (справа) колец показывает, что поврежденное кольцо не работало как должно

≈ще одно подтверждение бездействи€ верхнего кольца: зона износа стенок дефектного (ближнего) цилиндра на большей части окружности заканчиваетс€ на уровне, куда доходило среднее компрессионное кольцо
9. ≈ще одно подтверждение бездействи€ верхнего кольца: зона износа стенок дефектного (ближнего) цилиндра на большей части окружности заканчиваетс€ на уровне, куда доходило среднее компрессионное кольцо

√лубока€ ровна€ воронка в месте контакта клапанов с поршн€ми (слева) и четка€ Ђлесенкаї (справа) показывают на совершенно разную причину поломки. Ч нажмите, чтобы увеличить
√лубока€ ровна€ воронка в месте контакта клапанов с поршн€ми (слева) и четка€ Ђлесенкаї (справа) показывают на совершенно разную причину поломки. Ч нажмите, чтобы увеличить
10. »зломы кольца частично заполированы, но в среднем удалось обнаружить признаки усталостного разрушени€

≈сли у кольца отламываютс€ кончики, эпюра давлений на стенку цилиндра трансформируетс€. ¬ сечении ј напр€жени€ внутри кольца максимальны Ч нажмите, чтобы увеличить
11. ≈сли у кольца отламываютс€ кончики, эпюра давлений на стенку цилиндра трансформируетс€. ¬ сечении ј напр€жени€ внутри кольца максимальны

«адиры на стенках 2-го цилиндра примерно совпадают с положением изломов кольца
12. «адиры на стенках 2-го цилиндра примерно совпадают с положением изломов кольца




—ћ÷ "јЅ-»нжиниринг"© 2001. ¬се права защищены