Что будет если шатун кривой
Гидравлическим ударом называется явление, происходящее в двигателях внутреннего сгорания при попадании в рабочую камеру значительного количества жидкости. Как известно, цикл работы поршневого четырехтактного ДВС состоит из 4-х тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. На такте сжатия происходит сжатие газообразной топливовоздушной смеси (или воздуха у ДВС с впрыском в камеру сгорания). Газы, как известно, значительно изменяют свой объем при изменении давления. Жидкость изменяет свой объем в настолько малой степени, что ее считают практически несжимаемой. Если на такте сжатия в рабочей камере оказалась значительное количество жидкости, то поршень не сможет дойти до верхней мертвой точки и остановится.
Разрушение деталей двигателя происходит в том случае, когда действующие на них нагрузки превышают допустимые по условиям прочности. Нагруженность деталей двигателя при попадании в рабочую камеру жидкости будет зависеть от количества жидкости, рабочего объема цилиндра и степени сжатия, частоты вращения коленчатого вала в момент гидроудара и других факторов.
Отношение количества жидкости, попавшей в рабочую камеру к объему камеры сгорания при нахождении поршня в верхней мертвой точке, позволяет оценить положение поршня в момент его остановки при гидроударе и возможность остановки поршня.
Определим объем рабочей камеры ДВС при нахождении поршня в верхней мертвой точке для четырехцилиндрового двигателя, рабочим объемом 1,6 литра со степенью сжатия ε=10. Рабочий объем одного цилиндра будет Vp=1,6/4=0,4л. Объем рабочей камеры при нахождении поршня в верхней мертвой точке (минимальный объем) составит 44 мл.
Попадание в рабочую камеру значительно меньшего количества жидкости не вызовет гидроудар. Несжимаемая жидкость просто-напросто увеличит степень сжатия (воздух все равно присутствует) и затем удалится в выпускную систему на такте выпуска. Если же в рабочую камеру попадет жидкости больше, то поршень не сможет дойти до ВМТ, так как упрется в жидкость.
С точки разрушения деталей двигателя важны силы, которые будут действовать на детали. Гидроудар происходит на такте сжатия, при котором поршень движется за счет вращения от энергии коленчатого вала. Источником силы на поршне, пытающимся сжать несжимаемую жидкость будет инерционная сила вращения КВ (коленчатого вала), маховика и/или соединенных с ними элементов трансмиссии (плюс масса автомобиля, энергия которого передается через колеса в трансмиссию, и далее). Поршень, совершающий возвратно-поступательные движения соединен с КВ посредством кривошипно-шатунного механизма. Рассмотрим кинематику движения поршня. Допустим, что коленчатый вал вращается равномерно. При этом скорость движения поршня будет меняться от 0 до максимальной скорости Vпmax в середине хода поршня (которая будет равна скорости поступательного движения шатунной шейки коленчатого вала Vпmax=Vшш). Скорость поршня будет зависеть от угла поворота КВ: Vп=Vшш*sin(φ).
Однако, разрушение деталей двигателя при гидроударе происходит не за счет высокой скорости движения поршня на такте сжатия. Даже наоборот. Скорость движения поршня обратно пропорциональна силе, которая может быть приложена к поршню от шатуна.
На графике представлена зависимость силы, которая может быть передана поршню посредством кривошипно-шатунного механизма от коленчатого вала при постоянном на нем моменте. Вблизи мервых (0; 0,5; 1 на графике) точек значительному угловому перемещению КВ соответствует очень малое перемещение поршня. Даже малый момент коленчатого вала способен вызвать на поршне значительную силу. Но при работе двигателя эта сила (на такте сжатия) ограничивается той силой, что необходимо приложить к поршню для сжатия топливовоздушной смеси. Максимальная нагрузка при работе двигателя на элементы кривошипно-шатунного механизма и цилиндро-поршневой группы будет действовать при сгорании топлива в тот момент, когда давление в цилиндре достигнет максимальной величины. Для бензиновых двигателей значения давлений доходят до 50 МПа (500 атмосфер), для дизельных — до 200 МПа (2000 атмосфер). При гидравлическом ударе давления и нагрузки превосходят эти, допустимые по условиям прочности деталей нагрузки.
Последствия гидроудара. Экспертиза причины разрушения деталей двигателя.
С точки зрения разрушения деталей двигателя важно, продолжал ли двигатель работать после того, как погнулся шатун или нет. Если двигатель продолжил работу с погнутым шатуном, то при последующих после гидроудара оборотах коленчатого вала возможно:
— Соударение деформированного шатуна о нижнюю часть цилиндра. На некоторых современных двигателях минимальный зазор в этом месте настолько мал, что даже небольшой изгиб шатуна приводит к соударению, в результате чего происходит разрушение шатуна и повреждение поверхности цилиндра. При дальнейшей работе с разрушенным шатуном двигатель получает значительные повреждения.
— При деформации шатуна уменьшается расстояние между осями его головок. Уменьшается длинна шатуна, что приводит к соударению поршня о противовесы коленчатого вала при подходе к нижней мертвой точке. Минимальный зазор в данном месте на современных двигателях достаточно мал.
Вышеуказанные разрушения по причине погнутого шатуна сопровождаются значительным шумом. Но бывают случаи когда после гидроудара двигатель продолжает работать и не имеет внешних признаков неисправностей. Действительно, небольшая деформация шатуна не выдаст себя какими-то внешними проявлениями. Однако работа двигателя с деформированным шатуном недопустима по следующим причинам:
— При деформации шатуна нарушается параллельность осей его шеек. То есть нарушается параллельность поршневого пальца и шатунной шейки (и оси) коленчатого вала. В итоге поршень ходит с перекосом, шатун относительно шатунной шейки также перекошен — имеется односторонний износ шатунного вкладыша.
— При работе погнутого шатуна в его теле возникают изгибающие напряжения. В итоге велика вероятность образования на теле шатуна усталостной трещины, в результате произойдет разрушение шатуна и последующее разрушение деталей двигателя при взаимодействии вращающегося коленчатого вала с обломками шатуна и «освободившимся» поршнем.
С точки зрения экспертизы двигателя транспортной машины следует разделять гидроудар, произошедший вследствие попадание в рабочую камеру жидкостей из обслуживающих систем силовой установки (топливо, масло системы смазки, охлаждающая жидкость) и гидроудар произошедший по причине попадания воды через систему питания воздухом. В первом случае необходимо исследование причин разгерметизации системы, жидкость из которой попала в рабочую камеру в недопустимом количестве. Второй случай (попадание воды через воздухозаборник) связан с недопустимой эксплуатацией автомобиля, если автомобиль не является транспортной машиной повышенной и высокой проходимости. При попадании через воздухозаборник вода проходит через воздушный фильтр и последующие элементы системы питания воздухом. Соответственно, если двигатель при гидроударе остановился, то в воздушном фильтре и далее по системе питания воздухом будет присутствовать вода.
— Если фильтр бумажный, попадание воды и последующее ее испарение вызовет характерную деформацию и коробление гофр. Если такое удалось найти, практически можно исследование закончить и объявить причину поломки найденной. К сожалению, многие современные моторы комплектуются фильтрами из синтетики, которая на воду никак не реагирует. Тогда следов воды не будет нигде, и придется искать другие верные признаки гидроудара.
— В цилиндре над местом, где верхнее кольцо останавливается в ВМТ (верхняя мертвая точка поршня), всегда есть нагар. Поскольку деформированный шатун укорачивается, поршень в положении ВМТ опускается ниже своего прежнего нормального положения. При смещении поршня ширина кромки нагара ступенчато увеличивается, что хорошо заметно и невооруженным глазом, а величину расширения кромки нагара можно замерить обычной линейкой. Даже после обрыва деформированного шатуна ширина кромки нагара легко укажет, что пока шатун был «жив», его длина была меньше положенной.
— При гидроударе нередко вода попадает не в один, а несколько цилиндров. В соответствии с этим повреждения могут получить несколько шатунов, из которых сломается первым самый гнутый. Тогда остальные легко проверить «на глаз» — если шатун испытал гидроудар, его стержень после потери устойчивости будет иметь вид характерной «змейки» в плоскости качания.
— Когда гнется шатун, оси его отверстий теряют строгую параллельность. Перекос осей, обычно измеряемый сотыми долями миллиметра, после гидроудара настолько велик, что нередко виден даже «на глаз». Очевидно, тогда поршень начинает работать в цилиндре с перекосом. Это классический случай, признаки которого хорошо известны. У поршня на юбке будет заметно пятно контакта характерной диагональной формы. Также на поршне появится дополнительное контактное пятно, расположенное выше поршневого пальца, в то время как противоположная зона огневого пояса, наоборот, будет покрыта большим слоем нагара.
— На цилиндре, в котором работал деформированный шатун, будут ответные поршню следы: в верхней части цилиндра в месте касания поршня поясок нагара будет стерт, его кромка будет неровной, возможно, с рисками от нештатного касания поршня. Иногда ниже на цилиндре появляются также характерные блестящие следы.
— После деформации шатуна вкладыши также начнут работать с перекосом. На них появятся следы «диагонального» износа — блестящие полоски по краям.
— Осаженный на несколько миллиметров шатун и уменьшенная степень сжатия — достаточные основания для уменьшения количества поступающего в данный цилиндр воздуха. Однако форсунка подает топливо в данный цилиндр в том же количестве, что и другие форсунки в соседние цилиндры. Кроме того, с искривленным шатуном и поршневые кольца работают с перекосом. В результате топливовоздушная смесь в цилиндре с укороченным шатуном станет богаче, а нагара на стенки камеры сгорания осядет больше. Это легко увидеть после демонтажа головки блока цилиндров — более темный цвет нагара на стенках цилиндра, «схватившего» гидроудар, скажет сам за себя.
По этим признакам определяется, имел ли быть место в прошлом гидроудар на двигателе, разрушение которого произошло позже.
В ходе проведения независимой автотехнической экспертизы специалисты должны установить все факты и на основании их уже принимать решения о характере гидроудара, а именно производственный или эксплуатационный.
Жидкости и пути их попадания в рабочую камеру ДВС
Рассмотрим основные пути попадания жидкостей в рабочую камеру ДВС:
— Попадание охлаждающей жидкости через негерметичную прокладку головки блока цилиндров. При запущенном двигателе такое практически невозможно, а вот при стоянке, когда избыточное давление из рабочей камеры уходит, вполне возможно затекание жидкости в надпоршневое пространство. При прокрутке двигателя стартером при запуске происходит гидроудар. Подобный дефект прокладки ГБЦ заметно сказывается на работоспособности системы охлаждения двигателя.
— Попадание топлива в рабочую камеру через негерметичную топливную форсунку. Данные случаи встречаются крайне редко.
Перечисленные выше причины гидроудара являются следствием негерметичности систем охлаждения, питания топливом и смазки. Как правило, до гидроудара, данные неисправности оказывают заметное влияние на работоспособность двигателя и его систем.
Большинство случаев гидравлического удара происходит совсем по другой причине:
— Попадание воды (либо других жидкостей) через систему питания воздухом. Вода попадает в систему из окружающей среды через воздухозаборник вместе со всасываемым воздухом.
Данное явление происходит при преодолении водных преград. Это может быть как брод, в котором воздухозаборник погрузился под воду, так и переезд лужи на высокой скорости, при котором брызги попали в воздухозаборник.
По английски гидроудар будет Hydrolock
Из-за меньшего объема камеры сгорания и отсутствия в большинстве моторов дросселирования воздуха дизели «держат гидроудар» гораздо хуже бензиновых двигателей. Образно говоря, дизель сразу отправится в нокаут.
Если вы понимаете, что гидроудар вот вот может произойти (например, пошла волна перед капотом, при прохождении брода) лучшим решением, будет экстренная остановка двигателя. Потом можно будет проделать процедуру, показанную в видео.
При работе двигателя шатун принимает на себя большую нагрузку т.к. совершает самую тяжёлую работу. Шатун передаёт мощность двигателя на колёса автомобиля, тем самым обеспечивая их необходимым крутящим моментом для движения. Делает он это благодаря возвратно-поступательному движению коленчатого вала и поршня.
Несмотря на то, что на всех двигателях шатуны выполняют одну и ту же работу — устроены они везде по разному. В первую очередь это зависит от типа двигателя: бензиновый или дизельный. Так же немаловажную роль играет компоновка двигателя: V-образная или рядная.
Для улучшения работы и снижения веса конструкторы стараются видоизменять шатуны и делать их более лёгкими, при этом сохраняя или даже увеличивая их заводскую прочность. Однако, проблема заключается в том, что, например, для дизельных двигателей шатуны всегда будут тяжелее, чем для бензиновых. Это обусловлено принципом работы самого ДВС. 
Теперь давайте разберёмся из каких же составляющих состоит шатун двигателя внутреннего сгорания. В нём есть 3 основные детали: верхняя головка, стержень, нижняя головка. Верхняя головка имеет меньший диаметр и соединяется со стержнем поршневым пальцем. Соединение головки большего диаметра (кривошипной) происходит с помощью шейки коленчатого вала. Так у шатуна есть крышка, которая расположена в нижней головке и болты, закрепляющие её.
Подшипники скольжения очень тонкие и через отверстие в коленвале, которые сделаны на шатунных шейках, на них подаётся масло, под давлением создаётся масляная плёнка, в результате чего происходит скольжение между частицами масла.
Следующая важная деталь, о которой следует рассказать — это поршень. Он принимает на себя давление газов и дальше передаёт это усилие через шатун на коленчатый вал. В целом поршень — очень сложная техническая деталь, выполненная из алюминиевого сплава. Поршень должен быть очень прочным и лёгким, при этом при высоких температурах он не должен расширяться. 
Диаметр поршня имеет немного меньший диаметр, чем цилиндр. Сделано это для того чтобы между стенками могло проходить масло и при этом не было трения металла об металл.
Поршневые кольца устанавливаются в специальные канавки в поршне и служат для уплотнения поршня с цилиндром. Сами кольца могут быть компрессионными и маслосъёмными. Компрессионных колец обычно два и они не дают газам прорываться, а маслосъёмное кольцо снимает масло со стенок цилиндров. Диаметр колец немного больше диаметра цилиндра, для лучшего уплотнения.
Определение поломки шатуна и пути решения проблемы
Ремонт шатунов двигателя — работа не сложная. Хотя при поломке последствия могут быть очень плачевными, поэтому важно уметь определять поломку этой детали и пути быстрого ремонта.
Первый признак поломки — стук в двигателе. Но многие могут спутать его со звукам распредвала, клапана или других элементов двигателя. Перепутать стук шатунов двигателя с другими звуками очень сложно. Он очень сильно похож на частый и громкий стук молотка.
Для того чтобы проверить в каком цилиндре поломка нужно попробовать снять провода с крышки трамблёра, но делать это нужно последовательно. Сняв один из проводов звук в двигателе уменьшится — это значит, что поломка скрыта именно в этом цилиндре.
На инжекторных двигателях сделать это немного сложнее. На модификации с фишками, нужно снять фишку с катушки зажигания, тем самым отключив нужный цилиндр.
После того как вы определили в каком цилиндре поломка — разберите двигатель и проверьте все шатуны. Если окажется что помимо сломанного шатуна в двигателе есть ещё и гнутые, то проблема может возникнуть в том, что с одной стороны поршень будет испытывать большее трение, а с другой пропускать масло, что впоследствии приведёт к образованию нагара.
Определить гнутый шатун очень просто. Для этого вам понадобится плоская поверхность и наждачная бумага. Натяните бумагу на поверхность и потрите об неё каждый шатун поршневой головкой. Если шатун ровный, то поверхность верхней головки будет равномерно блестящая. Если же шатун кривой, то поверхность будет блестеть не равномерно. В случае если шатун кривой — его так же следует заменить.
Чтобы хорошо и правильно отремонтировать шатун, желательно использовать специализированное оборудование, если у вас такого оборудования нет, то лучше доверить дело профессионалам.
Во-первых, для того чтобы привести нижний шатун в идеальное заводское состояние — вам нужно обточить крышку головки. Слой, который вы снимите, должен быть минимальным. После проведения операции установить головку в прежнее положение и затяните болты.
Во-вторых, помните, что нельзя растачивать головку больше установленного диаметра. Для того чтобы не превысить допустимое значение — расточку следует выполнять на специализированном станке.
В-третьих, после расточки шатуна может увеличиться зазор под поршневым пальцем в головке. Для решения этой проблемы нужно заменить бронзовую втулку, после чего она примет требуемый диаметр.
Также посмотрите эти видео о работе, устройстве и поломках шатуна двигателя:
Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
ФОРУМ МОТОРИСТОВ
Форум для общения мотористов, водителей и любопытных
Подскажите причины обрыва шатуна
Подскажите причины обрыва шатуна
Сообщение troyan » 22 июн 2009, 09:04
Ситуация была следующая:
На техосмотре (после этого слова у тех кому рассказывал начинается ржач, а мне то не смешно блин) поставили газоанализатор в выхлопную и попросили прогазовать, пару раз нажал на педаль тысяч до 3х (до красной как до луны еще) и на втором нажатии на педаль в двигателе грохот и дымок из под капота. Под машиной лужа из масла и тосола, в блоке 3 дыры спереди снизу и ссади, а под машиной куски поршня шатуна втулок болтов, короче внутренности блока кусками высыпались.
Хочу докопаться до причин такого конца двигателя чтобы избежать подобное в дальнейшем. (ну и другим мож полезно ветку будет почитать потом).
Изначально имеется:
Toyota Corona 1994г с пробегом 125300 в момент поломки
(до и тем более после инцидента подозреваю что скручен раза в 3)
Двигатель 4A-FE
Уровень масла контролируется постоянно
Масло синтетика люкви-моли пробег на нем около 8 тысяч (немного черноватое конечно)
Перегревов не было (при моем владении авто)
Пыль вроде не глотает
Про оплавление и развал катализатора сказать ничего не могу
Заводился двиг с полпинка и летом и зимой
Сколько масла кушал сказать точно не могу (в общей сложности после последней смены за почти 8 тысяч залил ну грамм 800 от силы)
Ну что еще добавить то можно. (подскажите добавлю)
Планирую на днях начать разбор блока цилиндров для дефектовки. Делаться будет в гаражных условиях. Подскажите на что обратить внимание (почитал экспертизы буду докапываться до истины).
После разбора отпишу остальные подробности.
В общем сейчас поставил контрактный 4A-FE с сороллы спассио 98 года маслянного загара вроде нету под пробкой, выглядит бодренько, пропал характерный для 4A-FE цокот из под капота.
Кстати пока искал двиг слышал много историй про пробитые блоки шатунами после прогазовок на холостую и никто не говорит по какой причине. В основном грешат на отсутствие масла и перегрев.
В общем помогите докопаться до истинных причин поломки двигателя.
Что будет если шатун кривой
Что такое стук шатуна?
Шатуном в этой статье называется деталь, соединяющая поршни с коленчатым валом. В точке соединения шатуна с коленчатым валом также используются вкладыши.
Проблема возникает, когда ломаются один или несколько вкладышей. На что похож звук? Звук стучащего шатуна похож на удары молотком или на стук по картеру. Раздается он во время рабочего хода двигателя, когда вкладыш касается коленчатого вала. В самых тяжелых случаях шатун сам стучит по валу.
Громкость шума может затухать или почти исчезать при разгоне или когда двигатель холодный. Но, стук всегда будет возвращаться и становиться громче, когда в баке будет недостаточно топлива.
Стук шатуна также могут называть стуком вкладышей, стуком двигателя, детонация.
Что является причиной стука шатуна?
Основная причина – поврежденный или сломанный вкладыш шатуна. Поломка происходит при пропадании гидродинамического масляного клина. На износ вкладышей также оказывают влияние следующие факторы:
• Масло неподходящей вязкости
• Минимальный расход масла по поверхности вкладыша
• Низкое давление масла
• Высокая температура масла
• Высокое давление в камере сгорания
• Работа двигателя на повышенных оборотах
• Интенсивные силы инерции, действующие на поршень
Как избавиться от стука шатуна?
Вы можете избавиться от стука самостоятельно в своем гараже, выполнив следующие действия. Однако, всегда консультируйтесь с механиком, если эта проблема прошла свой начальный этап.
Необходимые для ремонта материалы
• Подъемник/трап
• Свежее масло
• Емкости для отработанного масла
• Новый фильтр масла
• Съемник фильтра
• Средство для очистки топливных форсунок
Процедура устранения неисправности
Подготовьте все необходимые детали и инструменты. Перед началом работ поставьте автомобиль на подъемник или трап так, чтобы обеспечивался удобный доступ к двигателю.
Шаг 1: разместите под сливной пробкой емкость для отработанного масла и слейте масло. Слив масло, поставьте пробку на место.
Шаг 2: замените фильтр масла. Отверните старый с помощью съемника и гаечного ключа. Установите и затяните новый фильтр.
Шаг 3: Залейте около 4,5 литров свежего масла. Затем проверьте вкладыши шатунов. Затяните их, если крепление ослабло или замените на новые, если они сломаны.
Шаг 4: последний этап – очистка карбюратора или инжектора. Это предотвратит попадание посторонних частиц и нагара в двигатель.
Главной уликой стал кривой шатун
Поучительный случай того, что при исследовании любых неисправностей двигателей надо прежде всего смотреть на эксплуатацию. В результате этой экспертизы истец, утверждавший, что ответчик продал ему некачественный двигатель, отказался от дальнейшего судебного разбирательства и предпочел решить дело мирным путем. Мы доказали, что в двигателе в результате гидроудара был кривой шатун, но при установке двигателя на автомобиль данного дефекта быть не могло.
КОНСУЛЬТАТИВНОЕ МНЕНИЕ (РЕЦЕНЗИЯ) СПЕЦИАЛИСТОВ
на экспертизы, выполненные экспертом О.И.О-м и экспертом А.А.Ш-М, на предмет полноты исследования, интерпретации результатов исследования и научно-технической обоснованности выводов рецензируемых экспертиз.
07 мая 2008 г. в Бюро моторной экспертизы ООО «СМЦ «АБ-Инжиниринг» обратилась Л-ва Е.П. с просьбой провести исследование и дать заключение на предмет обоснованности экспертных заключений о состоянии двигателя 1ZZU8231 принадлежащего ей автомобиля ToyotaAvensisVESTSB1BR56L80E1763, выполненных ранее экспертами О.И.О-м и А.А.Ш-м. В соответствии с этим обращением в ООО «СМИ, «АБ-Инжиниринг» был открыт заказ/наряд № 21т.
Исследование экспертных заключений по двигателю 1ZZU823 1 автомобиля ToyotaAvensisVINSB1BR56L80E1763 и составление настоящего заключения (рецензии) проводили:
Вопросы, поставленные перед экспертами:
Задачи, поставленные перед экспертами:
Провести необходимые исследования и ответить на поставленные вопросы.
Экспертам для изучения предоставлены материалы дела, включая экспертные заключения о состоянии двигателя 1ZZU8231 автомобиля ToyotaAvensisVESTSB1BR56L80E1763, выполненные ранее экспертами О.И.О-м и А.А.Ш-м, и другие документы, связанные с рассмотрением в суде иска Л-вой Е.П. к ООО «И-во». Согласно информации, полученной от Л-вой Е.П., после приобретения автомобиля владельцем в автосалоне ООО «И-во» при пробеге около 650 км произошел разряд аккумулятора, в результате которого запуск двигателя стал невозможен. Прибывшие на место стоянки автомобиля представители ООО «И-во» определили, что разряд аккумулятора был предположительно связан с дефектом сигнализации, и произвели запуск двигателя буксировкой автомобиля. Далее при пробеге 1015 км автомобиль был предоставлен на плановое техническое обслуживание в ООО «И-во», где было определено, что трудность запуска двигателя вызвана использованием некачественного топлива, после чего двигатель был разобран.
Для ответа на второй вопрос эксперты обратили внимание на целый ряд несоответствий проведенных ранее экспертиз с имеющимися фактами, а также опытом эксплуатации и ремонта двигателей.
По экспертному заключению О-ха О.И. эксперты обнаружили следующие несоответствия, неточности и ошибки:
Для ответа на вопрос 2.1 о том, имеет ли двигатель 1ZZU8231 автомобиля Toyota Avensis VIN SB1BR56L80E1763 какие-либо неисправности, необходимо отметить, что любая неисправность двигателя всегда выражается в той или иной деформации, износе или поломке отдельных деталей.
Известно, что при определенных условиях значительное превышение содержания фактических смол в топливе может приводить к зависанию (потерю подвижности) и заклиниванию впускных клапанов. Процесс зависания и заклинивания клапанов обусловлен отложением на тарелке клапана высокомолекулярных углеводородных соединений из топлива и масла, которые могут содержать в своем составе вязкие составляющие, препятствующие подвижности клапана во втулке [4, 5].
Поскольку при обычной эксплуатации двигателя на средних режимах впускные клапаны относительно холодные (температура тарелки в среднем около 250-300°С), тяжелые углеводороды не испаряются и не выгорают, а откладываются на тарелке и нижней части стержня клапана, расположенной ниже края направляющей втулки. При выходе двигателя на режим высокой мощности эти отложения постепенно выгорают вследствие более высокой температуры клапана, однако при небольших нагрузках и оборотах, характерных для начального периода эксплуатации нового двигателя (обкатка), количество таких отложений может быть весьма значительно.
Характерно, что заклинивание клапана всегда сопровождается его деформацией, поскольку сверху на клапан через толкатель нажимает кулачок распределительного вала, а снизу к тарелке клапана подходит поршень (рис.1). В нормально работающем двигателе открытие клапана распредвалом строго согласовано с положением поршня, однако заклинивание клапана ведет к рассогласованию его положения с поршнем и удару поршня по тарелке. Таким образом, заклинивание клапана в закрытом положении при отсутствии на нем деформации не может служить признаком заклинивания его при работе двигателя, и, вероятно, такое заклинивание, если оно действительно имело место, возникло уже после разборки двигателя в результате воздействия окружающей среды.
Рис. 1. Схема перегрева клапана и седла при неприлегании тарелки к седлу и/или деформации стержня (а) и схема деформации клапана при заклинивании стержня (в): 1- направляющая втулка, 2- клапан, 3- седло, 4-поршень в ВМТ, 5- кулачок распредвала.
Как показывает практика, при зависании клапана, сопровождающимся заклиниванием его стержня в отверстии направляющей втулки, на рабочей поверхности стержня образуются характерные следы (задиры), свидетельствующие о таком заклиненном состоянии. По этим следам всегда можно определить, имело ли место заклинивание стержня во втулке.
Однако в своем заключении эксперт О-х О.И. не обнаружил каких-либо дефектов деталей клапанного механизма, более того, его измерения диаметра стержней клапанов и отверстий направляющих втулок показывают, что детали работоспособны и имеют нормальное состояние, соответствующее малому пробегу автомобиля. Не отмечена экспертом и деформация стержней, а также возможные места заклинивания во втулках.
Эксперт Ш-в А. А. также не нашел никаких следов заклинивания клапанов. Вместе с тем, эксперт ошибочно пытался обосновать версию заклинивания, указав обнижение стержня с осевшим в этом месте нагаром, как рабочую часть стержня, а также указал на некую деформацию клапанов в 1-м цилиндре, сославшись на очевидцев и якобы имеющиеся на поршне следы удара клапанов (не соответствующие возможным местам контакта с тарелками клапанов). При этом он не провел никаких измерений, которые могли бы точно указать на такое заклинивание или деформацию. Представленные экспертом фотографии также свидетельствуют, что рабочая часть стержней клапанов чистая, без следов нагара и заклинивания.
Результаты измерения компрессии, выполненные в ООО «И-во», опровергают версию зависания и заклинивания, поскольку компрессия в данном цилиндре была достаточно высока (9,2 кг/см 2 ), а следы на поршне не совпадают по расположению с теми местами, куда могли ударить тарелки клапанов. Достаточно высока для деформированных клапанов и компрессия в других цилиндрах. В связи с этим утверждение эксперта о деформации клапанов не соответствует действительности.
Эксперт Ш-ов А.А. также указал на потерю подвижности поршневых колец в канавках поршня и даже привел фотографию поршня. Однако на фотографии видно, что верхнее поршневое кольцо имеет размер замка (расстояние между краями кольца), примерно соответствующий кольцу в свободном состоянии. Это означает, что при работе в двигателе кольцо было сжато, но разошлось (распрямилось) в свое свободное состояние при демонтаже поршня из цилиндра, т.е. фактически было подвижно в цилиндре. Как известно, эксперт проводил свои исследования через очень длительное время после остановки, и не исключено, разборки двигателя (более чем через год после эксперта О-ха О.И.). В таких случаях некоторые сопряженные детали, действительно, имеют свойство терять подвижность, однако это происходит не при работе двигателя, а при его хранении в частично или полностью разобранном состоянии, когда на детали оказывают влияние колебания температуры и влажности. Внешние условия на неработающих деталях при отсутствии подачи смазки в зону сопряжения вызывают коррозию рабочих поверхностей, а также набухание и отслоение нагара, что, как правило, и приводит к потере подвижности, но уже после демонтажа деталей из двигателя.
Помимо указанных признаков, при потере подвижности поршневых колец на цилиндрах остаются характерные следы в виде полировки поверхности (там, где заклиненное кольцо касалось цилиндра) и, напротив, чередующихся с темными участками, где контакта не было [1, 14, 15, 16]. Но эксперт Ш-в А.А. не отмечает каких- либо повреждений цилиндров, а эксперт О-х О.И. указывает, что все цилиндры двигателя находятся в хорошем состоянии. Поэтому утверждение о потере подвижности поршневых колец опровергается имеющимися фактами и не может быть признано достоверным.
Никаких других неисправностей механической части двигателя, в том числе, износов, задиров и поломок каких-либо деталей, экспертами О-хом О.И. и Ш-вым А. А. не обнаружено.
Таким образом, на основании материалов заключений экспертиз О-ха О.И. и Ш-ова А.А., и сопоставления имеющихся данных с практикой эксплуатации и ремонта двигателей внутреннего сгорания, можно с большой вероятностью утверждать, что двигатель 1ZZU8231 автомобиля Toyota Avensis VIN SB1BR56L80E1763 не имеет каких-либо неисправностей деталей цилиндропоршневой группы и клапанного механизма.
Для ответа на вопрос 2.2, что понимается под указанным экспертизой «пофазным разрушением элементов и деталей двигателя под воздействием осмоленного топлива», необходимо прежде всего отметить, что пофазного разрушения в двигателях внутреннего сгорания не существует, и, вероятно, эксперт Ш-ов А.А. использует свою собственную, одному ему понятную терминологию, для обоснования собственной версии о якобы имевшей место неисправности двигателя. С другой стороны, если рассматривать любой факт разрушения какой-либо детали в двигателе, то следует отметить, что любое разрушение всегда носит внезапный и мгновенный характер [1].
Не удалось экспертам О-ху О.И. и Ш-ву А.А. найти и дефекты деталей, которые всегда предшествуют их разрушению. Эксперты пытались связать нагар с якобы имевшим место заклиниванием клапанов во втулках, однако на фотографиях клапанов видно, что рабочие части стержней клапанов имеют ровную чистую поверхность без нагара и каких-либо задиров и износов, появляющихся при заклинивании.
Неудачной следует признать и попытку экспертов доказать потерю подвижности поршневых колец в канавках поршня (см. выше ответ на 2-й вопрос), хотя величина замка поршневого кольца указывает на обратное. При этом никаких других разрушений в механической части двигателя в экспертизах не выявлено и не показано.
Таким образом, из экспертных заключений остается невыясненным, какой вид разрушения имел ввиду эксперт Ш-в А.А., называя его «пофазным разрушением двигателя под воздействием осмоленного топлива». Ни признаков разрушения, ни признаков каких-либо дефектов, предшествующих разрушению деталей, ни связи предполагаемых (но не найденных) дефектов с «осмоленным» топливом эксперты О- х О.И. и Ш-в А.А. фактически не обнаружили.
Ответы на вопрос 2.3 о том, каким образом топливо с повышенным содержанием смол могло повлиять на целостность деталей двигателя, а также на вопрос 2.6 о том, имеется ли причинно-следственная связь между декларируемым автоцентром и подтвержденным экспертизами осмолением деталей, сопровождаемым залипанием клапанов, и реальным состоянием двигателя, требует подробного рассмотрения специфических отложений, образующихся на деталях при наличии в бензине чрезмерно большого количества фактических смол.
Смолы — это темно-коричневые жидкие или полужидкие вещества с плотностью около 1000 кг/мЗ, молекулярной массой 350. 900, обладают сильной красящей способностью, легко растворимы во всех нефтепродуктах и органических растворителях (кроме ацетона и спирта). Смолистые и смолообразующие вещества всегда содержатся в бензине. Их количество зависит от технологии получения, способа очистки, длительности и условий хранения топлива.
Содержащиеся в бензине тяжелые молекулы углеводородов, входящие в состав смол, не могут испариться, они накапливаются на горячих стенках трубопроводов, забивают жиклеры. Значительное накопление смолистых веществ приводит к уменьшению проходных сечений различных участков топливоподающей аппаратуры, всасывающего коллектора там, где имеет место повышенная температура деталей. Все это снижает мощность и ухудшает экономичность двигателя.
В зоне высокой температуры (клапаны, днище поршня, камера сгорания, поршневые канавки) смолистые отложения постепенно уплотняются, частично выгорают, образуют хрупкие и твердые нагары, которые в основном состоят из углерода. При большом накоплении нагара в двигателе повышается износ, ухудшается процесс сгорания, увеличивается расход топлива.
Смолы образуют липкие, вязкие осадки, которые отлагаются на деталях, соприкасающихся с топливом и его парами, чем ухудшают, например, подачу топлива в цилиндры двигателя. С увеличением содержания смол в топливе снижается его детонационная стойкость и ухудшается испаряемость.
Кроме вязких осадков на деталях двигателя под действием температур могут образовываться нагар, лак и шлам.
Лакообразование на поверхности поршней наиболее интенсивно происходит при температурах свыше 600°С, когда наряду с окислением, начинают значительно проявляться процессы термической деструкции углеводородов, крекинг и дегидрогенизация с частичной полимеризацией вновь полученных веществ. В состав лаковых отложений обычно входят карбены и карбоиды (40-80%), масла и нейтральные смолы (15-40%), асфальтены и органические кислоты (10-15%). Лаковые отложения способствуют перегреву поршня двигателя и накоплению нагара, скрепляя его с металлической поверхностью. В лаках собираются интенсифицирующие износ частицы нагара, пыли, металла.
Сажа представляет собой углеводородные фрагменты, частично разложившихся водородных атомов. Они также содержат определенное количество кислорода и серы. Частицы сажи активно притягиваются друг к другу, образовывая соединения, которые имеют мягкие и хлопьевидные текстуры.
Образование низкотемпературного шлама и превращение его в нагар особенно интенсивно при пониженных температурах, когда водяной пар, содержащийся в картерных газах, конденсируется в картере и, смешиваясь с маслом, поступает из системы вентиляции двигателя во впускную систему.
Смолы, представляющие собой тяжелые фракции, всегда присутствуют в топливе в том или ином количестве, а масло в небольших количествах всегда поступает из системы вентиляции (а при пониженных температурах и вода), из зазора между клапанами и направляющими втулками, а также через поршневые кольца в цилиндр и на впускные клапаны (при забросе газов из цилиндра во впускной канал в момент «перекрытия «клапанов в начале впуска). Поэтому нагар на деталях будет образовываться всегда, при этом, в 1-ю очередь, наиболее подвержены нагарообразованию тарелки впускных клапанов и днище поршня.
Напротив, на режимах низких оборотов и нагрузок (а согласно материалам дела т.З, стр.68, именно такой режим и использовался при эксплуатации) образование нагара на деталях происходит с определенной скоростью даже при допустимом содержании тяжелых фракций масла и топлива. При определенном сочетании расхода масла, концентрации тяжелых фракций в топливе и используемых длительное время пониженных режимов эксплуатации двигателя (без вывода двигателя на режимы максимальной мощности) слой нагара может стать значительным и повлиять на работу двигателя.
При повышенном нагарообразовании, связанном как с повышенным расходом масла через систему вентиляции и направляющие втулки клапанов, так и с большим содержанием тяжелых фракций в топливе, наиболее подвержены дефектам впускные клапаны, что связано с поступлением масла, в том числе, из системы вентиляции двигателя, и распыливанием топлива форсунками непосредственно на тарелки клапанов. Нагар, откладывающийся на тарелке и части стержня, может отколоться и попасть в зазор между клапаном и его седлом, что может привести к потере герметичности сопряжения, уменьшение компрессии и пропуски воспламенения топлива в цилиндре [3]. Нередко такое явление носит временный характер, и поскольку нагар не имеет большой твердости, герметичность сопряжения клапана с седлом восстанавливается. При этом детали не получают каких-либо повреждений.
Напротив, попадание масла и тяжелых фракций топлива в малый зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой может привести к повышению вязкости этих фракций и образованию специфического вязкого и липкого нагара, который может вызвать ухудшение подвижности клапана во втулке и даже его заклинивание в нижней части стержня ближе к нижнему краю втулки. Однако наступление данного режима не связано однозначно с количеством тяжелых фракций, т.е. нельзя однозначно дать заключение, что, к примеру, превышение допустимого уровня в 2 или 5 раз будет для двигателя малозаметно, в то время как превышение в 10 или 20 раз будет обязательно иметь негативные последствия для двигателя.
Причина неоднозначности последствий заключена не только в характере используемых преимущественно режимов эксплуатации, но и в конструкции двигателя. Так, наиболее эффективным способом уменьшения склонности клапанов к заклиниванию во втулках является выполнение ступени на стержне клапана [1, 7], точно расположенной у нижнего края направляющей втулки (при этом клапан находится в закрытом положении). Такая конфигурация впускного клапана (рис.2а) обычно представляет собой так называемое обнижение на стержне, то есть участок меньшего диаметра, нежели диаметр рабочей части стержня, сопряженной с отверстием во втулке, и именно такая конструкция выполнена компанией Toyotaна двигателе 1ZZ(рис.2в).
Рис. 2а. Схема обнижения на стержне клапана, препятствующего осаждению отложений на рабочей зоне стержня. 
Рис. 2в. Фотография из заключения эксперта Ш-ва А.А. с неправильно указанной рабочей зоной (рабочая зона стержня перепутана с обнижением на стержне). На самом деле рабочая зона стержня – в идеальном состоянии.
Поскольку цилиндр будет выключен из работы, а подача топлива продолжится, при дальнейшей работе двигателя детали (поршень и клапаны) будут охлаждаться, а нагар не только не будет осаждаться на клапанах и днище поршня, но и частично начнет смываться с деталей поступающим топливом. Это приведет, с одной стороны, к изменению внешнего вида деталей данного цилиндра по сравнению с аналогичными деталями других, рабочих цилиндров. С другой стороны, несгоревшее топливо вызовет смывание масла со стенок цилиндра, нарушение уплотнительных свойств поршневых колец, ухудшение смазки юбки поршня с образованием на ней задиров, постепенное поступление топлива в масло, расположенное в поддоне картера, и его разжижение, сопровождаемое повышением уровня масла в картере. Кроме того, несгоревшее топливо на такте выпуска (при открытии выпускного клапана) будет поступать с воздухом в выхлопную систему и далее к катализатору, создавая идеальные условия в катализаторе для догорания избыточного количества топливовоздушной смеси и перегрева выпускной системы, в первую очередь, катализатора с разрушением его керамических сот.
Таким образом, заклиниванию (залипанию) клапанов вследствие попадания тяжелых фракций в зазор между стержнем клапана и втулкой соответствуют следующие главные признаки:
Как показывает практика [1, 7], масляный нагар не приводит к заклиниванию клапанов даже при очень сильных отложениях на тарелках и стержнях впускных клапанов. Вместе с тем, особенности нагарообразования, вызванные повышенным содержанием смол в топливе, практически идентичны по внешнему виду деталей нагарообразованию от поступления моторного масла во впускной коллектор через систему вентиляции и/или зазор между стержнями клапанов и направляющими втулками, а также в цилиндр через поршневые кольца. Более того, с учетом малого пробега исследуемого двигателя поступление масла может быть весьма значительным в связи с приработкой сопряженных деталей и достигать, согласно технической документации большинства японских производителя, значения 1 л на 1000 км пробега и даже более [18]. Нетрудно посчитать, что расход масла оказывается во много раз больше, чем смол, поступающих из топлива. Кроме того, в начальный период эксплуатации поршневые кольца по причине недостаточной приработки могут давать повышенный прорыв газов в картер, что вызовет повышенное поступление картерных газов, содержащих воду и масло, во впускную систему двигателя.
Таким образом, нагарообразование от допустимого инструкцией по эксплуатации автомобиля расхода масла может быть в 8-10 раз больше, чем от многократного превышения содержания смол в топливе, указанных в материалах дела. Это означает, что образование нагара на деталях в 8-10 раз более вероятно от поступления масла, нежели от смол, содержащихся в топливе. Этот факт требует специального исследования и фактического обоснования (путем проведения исследований нагара) того, что нагар (налет, отложения) на деталях, действительно, связан со смолами в топливе, а не с моторным маслом, представляющим собой те же самые тяжелые высокомолекулярные соединения, что и смолы в топливе.
Таким образом, причинно-следственные связи между повышенным содержанием фактических смол в топливе, возможным воздействием этих смол на детали двигателя, при котором происходит затрудненный его запуск вследствие заклинивания (залипания) клапанов в направляющих втулках, и реальным состоянием деталей двигателя отсутствуют.
Для ответа на вопрос 2.4 о том, является ли нагар, имеющийся на клапаной и поршневой группе исследуемого двигателя автомобиля, нормой при обычной работе двигателя, либо его наличие является признаком неисправности, и правомерно ли считать наличие нагара на деталях их существенным изменением, необходимо отметить следующее.
На скорость роста слоя нагара влияет масса факторов, включая упомянутые режимы эксплуатации, состояние сопряженных деталей, через которые во впускной коллектор и цилиндры может поступать масло, температура наружного воздуха, неисправности в системе управления и других системах двигателя, вызывающие обогащение топливовоздушной смеси. При этом масло поступает через зазоры между стержнями клапанов и направляющими втулками во впускной коллектор и на тарелки впускных клапанов, а также через поршневые кольца в полость цилиндра.
Таким образом, имеющийся на деталях нагар связан, главным образом, с расходом масла, а не с повышенным содержанием смол в топливе, а смолы в топливе никак не связаны с нагаром.
Масло, представляющее собой те же самые высокомолекулярные тяжелые углеводороды, аналогичные присутствующим в бензине фактическим смолам, осаждается на нагретых поверхностях деталей, однако из-за недостаточно высокой температуры не происходит не только выгорания этих веществ, но и полное превращение их в сухой твердый нагар (кокс). В результате нагар на деталях получается довольно мягким, сравнительно тонким, с блестящей поверхностью, на которой находятся вещества, не имевшие для выгорания достаточно сильного термического воздействия.
Как правило, такой нагар не представляет опасности для двигателя по причине низкой твердости и небольшой толщины, и не оказывает никаких отрицательных действий на параметры двигателя. Напротив, при значительном слое нагара, соответствующем длительной эксплуатации двигателя на пониженных режимах, когда на тарелках впускных клапанов нагар имеет толщину 3-5 мм и более, происходит потеря мощности вследствие уменьшения проходного сечения впускных каналов. При этом оторвавшиеся частицы нагара могут попасть между клапаном и седлом, что обычно вызывает кратковременную неустойчивую работу данного цилиндра. Кроме того, повышенное нагарообразование на днище поршня может вызвать уменьшение объема камеры сгорания и повышение степени сжатия, а также ухудшение процесса сгорания и некоторое падение мощностных характеристик двигателя. Помимо этого, нагар откладывается и на боковой стороне верхней части поршня, что при значительной его толщине может препятствовать температурному расширению поршня и вызвать повреждение (задиры) на поверхности цилиндров. Однако на фотографиях видно, что исследуемый двигатель не имел нагара такой значительной толщины, и никаких повреждений цилиндров не найдено.
Аналогично обстоит дело и с потерей подвижности поршневых колец в результате, якобы найденной экспертом Ш-вым А.А. Как известно, поршневые кольца не только уплотняют полость цилиндра, но и, главным образом, служат для передачи тепла от поршня, нагретого горячими газами, в более холодную стенку цилиндра, охлаждаемую жидкостью (рис.З). Очевидно, при залегании колец температура поршня резко возрастает, что приводит к задирам на поршне и цилиндре и даже к заклиниванию поршня. Однако никаких следов задиров или заклинивания ни на поршнях, ни в цилиндрах не обнаружено, что фактически исключает наличие залегания поршневых колец на исследуемом двигателе в процессе его эксплуатации до разборки.
Рис. 3. Схема работы поршня при его нештатном расширении в цилиндре при залегании поршневых колец, вызывающем задиры и заклинивание (таких задиров и следов заклинивания не найдено).
Другими словами, если нагар вызвал бы дефект какой-либо детали, то этот дефект должен был обязательно выражаться в изменении формы, размера и/или шероховатости
рабочей поверхности детали. Фактически дефект должен был проявиться в материале самой детали, а не лежать на ее поверхности без какого-либо воздействия на материал данной детали или сопряженных с ней деталей.
Исходя из рассмотренного механизма нагарообразования, нагар на деталях, не зависимо от его природы, не приводит к разрушению двигателя. Речь может идти только о повреждениях и дефектах отдельных деталей. Однако таких дефектов у исследованного двигателя не обнаружено.
На практике известны многочисленные случаи, когда вследствие различных дефектов избыточное поступление масла, топлива или охлаждающей жидкости в цилиндр приводило к почти полному смыванию нагара с деталей [1, 14-16], в отличие от деталей тех цилиндров, где дефектов не обнаруживалось. Исследуемый двигатель, как это следует из материалов дела, имеет все признаки обычного нагарообразования, свойственного всем двигателям внутреннего сгорания, причем нагар присутствует приблизительно одинаково на деталях всех цилиндров и имеет весьма небольшую толщину, при которой он не мог вызвать какое-либо заметное негативное влияние на детали механической части.
Таким образом, нагар на деталях клапанного механизма и поршневой группы является нормой для нормально работающего двигателя, и его наличие на деталях не может считаться признаком их существенного изменения. Напротив, отсутствие нагара на деталях является одним из признаков дефекта и ненормальной работы. Вследствие того, что допустимый расход моторного масла в двигателе в 8-10 раз выше количества смол, которые в случае многократного превышения норм могли поступить в двигатель за тот же период, наиболее вероятно, что нагарообразование на деталях исследуемого двигателя связано с моторным маслом, а не с повышенным содержанием смол в топливе.
Для ответа на вопрос 2.5 о том, есть ли причинно-следственная связь между изменением цвета катализатора и топливом с повышенным содержанием смол, и могла ли быть установлена неисправность катализатора по цвету металла его корпуса, следует подробно рассмотреть процесс догорания топлива в катализаторе.
Конструктивно нейтрализатор представляет собой тонкостенный цилиндр из нержавеющей стали, в который установлена керамическая матрица. С двух сторон корпус закрыт торцевыми стенками, которые при производстве привариваются к корпусу. Поскольку корпус нейтрализатора при работе двигателя испытывает значительный нагрев (свыше 700-800°С), все детали корпуса изготавливаются из нержавеющей стали. При сварке деталей из нержавеющей стали в зоне сварного шва возникают характерные «цвета побежалости», т.е. изменение цвета поверхности. Поскольку нержавеющая сталь не требует специальных защитных покрытий, корпус нейтрализатора не проходит дополнительной обработки, и цвета побежалости также присутствуют на поверхности готового изделия вблизи сварных швов
В случае нарушения в работе одного из цилиндров и пропусков воспламенения топливовоздушная смесь из этого цилиндра на такте выпуска почти полностью вытесняется в выхлопную систему и далее попадает в нейтрализатор. В передней части нейтрализатора, очевидно, температура выхлопных газов, содержащих значительную долю несгоревшей топливовоздушной смеси, мало отличается от той, которая была при нормальной работе двигателя, поэтому передняя часть корпуса почти не будет нагрета. Однако по мере прохождения смеси по сотам происходит ее догорание в присутствии катализатора горения, сопровождающееся резким увеличением температуры газов (на 300-500°С и более) и, соответственно, стенок корпуса нейтрализатора. Нагрев идет, в основном, в задней части матрицы, где расположен катализатор, обеспечивающий реакции окисления.
Задняя часть корпуса, а также выхлопные трубопроводы, расположенные за катализатором, начинают нагреваться до состояния, характеризуемого ярко-красным или даже оранжевым свечением (900-1000°С и более). После остановки двигателя и охлаждения элементов выхлопной системы тот факт, что система испытывала перегрев, может быть легко диагностирован существенным отличием цвета передней (более светлой) и задней частей корпуса катализатора, включая выхлопной трубопровод, примыкающий к задней части.
Таким образом, определение действительного состояния нейтрализатора по цвету его корпуса не является достоверным. Изменение цвета корпуса должно рассматриваться в комплексе с изменением цвета выхлопных труб, примыкающих к корпусу, а также в сравнении цветов передней и задней части корпуса. Согласно фотографии, приведенной в заключении эксперта Ш-ва А.А., разницы между цветом передней и задней части корпуса практически нет (рис.4), а «цветоизменением» названы цвета побежалости у сварных швов корпуса, неизбежно возникающие при изготовлении узла и одинаковые как с задней, так и с передней части корпуса. Это однозначно указывает на то, что утверждение эксперта о выходе нейтрализатора из строя по причине его перегрева вследствие догорания «осмоленного топлива» ошибочно. С другой стороны, отсутствие перегрева нейтрализатора свидетельствует и об отсутствии пропусков воспламенения в цилиндрах и поступления несгоревшей топливовоздушной смеси в выхлопную систему, в том числе и по причине залипания клапанов. Следовательно, отсутствие перегрева нейтрализатора косвенно подтверждает, что двигатель до поступления автомобиля в ООО «И-во» работал всеми цилиндрами, и фактически не имел каких-либо неисправностей поршневой группы и клапанного механизма, а топливо с повышенным содержанием фактических смол не оказывало на нейтрализатор какого-либо разрушающего водействия.
Рис. 4. Фото корпуса нейтрализатора из заключения эксперта Ш-ва А.А. с ошибочным указанием на цвета побежалости в зоне сварных швов от сварки при производстве, как на признаки перегрева катализатора. На самом деле перегрева нет.
Ответ на вопрос 2.7 о том, является ли пониженная компрессия в цилиндрах следствием залипания клапанов под действием смол, или падение компрессии могло произойти вследствие других причин, необходимо рассмотреть подробно процесс сжатия топливовоздушной смеси в цилиндре.
Компрессия, таким образом, является диагностическим параметром, позволяющим с той или иной степенью достоверности судить о состоянии деталей двигателя.
Утечки из надпоршневой полости могут быть обусловлены 3-мя причинами (рис.5):
Герметичность сопряжения тарелок клапанов с седлами определяется плотностью прилегания рабочей фаски клапана к рабочей фаске седла и зависит, главным образом, от состояния рабочих фасок и отсутствия деформации стержня клапана.
Рис. 5. Схема утечек из полости цилиндра двигателя, вызывающих падение компрессии.
Г ерметичность сопряжения колец с цилиндрами определяется состоянием поверхности цилиндра (отсутствием износа, рисок и задиров), геометрией цилиндра (отсутствием отклонений от цилиндричности), упругости колец и их подвижности в канавках поршня (что определяет усилие прижатия колец к цилиндру под действием собственных сил упругости), а также наличием некоторого количества масла на поверхности цилиндра. Масло вследствие своей вязкости обладает значительным уплотняющим эффектом, что особенно важно при сравнительно большой длине уплотняемой поверхности (окружность цилиндра) и небольшой упругости колец, имеющих малую толщину [6].
На уплотнительные свойства колец влияют также состояние канавок поршня и торцевых поверхностей колец (отсутствие износа).
Согласно предварительным данным, изложенным в экспертных заключениях, никаких дефектов или износов рабочей поверхности цилиндров и поршней нет. Кроме того, на деталях фактически не обнаружено каких-либо задиров и износов, поломок, потери подвижности, залипаний, зависаний и прочих аналогичных дефектов, поскольку все подобные отклонения, указанные экспертами в заключениях, оказались противоречащими имеющимся фактам, причем дважды, трижды и более раз. Эти данные позволяют сократить количество факторов, которые могли бы повлиять на величину компрессии исследуемого двигателя, до трех:
Это означает, что согласно всем имеющимся данным на величину компрессии исследуемого двигателя наибольшее влияние оказывает масло, покрывающее стенки цилиндров. Этот вывод, странный на первый взгляд, на самом деле имеет ключевое значение для понимания происходящих процессов и подтверждается практикой диагностики и ремонта двигателей [1, 6].
Таким образом, наибольшее влияние на величину компрессии оказывают условия смазки цилиндров маслом, которые во многом определяются количеством поступающего в цилиндры топлива.
Этот факт, а также известное из практики влияние на результат измерения таких факторов, как температура двигателя (и, соответственно, вязкость масла), скорость вращения коленчатого вала (зависящая от температуры, состояния аккумулятора и стартера), длительность прокрутки коленчатого вала, наличие или отсутствие подачи топлива при измерениях, а также степень открытия дроссельной заслонки в процессе измерения, требуют очень аккуратного отношения к любым результатам измерения компрессии. Поскольку влияние одного или сразу нескольких факторов может быть весьма значительно, в практике ремонта двигателей принято доверять только разнице в компрессии по цилиндрам и весьма критически относиться к абсолютной величине измеренной компрессии [6].
С другой стороны, полученная в измерениях разница в величине компрессии по цилиндрам также не всегда указывает на наличие каких-либо неисправностей. Самое главное влияние на разницу компрессии по цилиндрам также оказывает топливо, если его подача, к примеру, не отключена во время измерений. В соответствии с этим в цилиндрах, которые подверглись проверке вначале, компрессия будет на 2-6 кг/см 2 выше, чем в тех, которые проверялись последними, поскольку к моменту проверки с их стенок масло будет полностью смыто. Кроме того, неисправности системы управления двигателем (или системы топливоподачи), при которых в отдельные цилиндры при работе двигателя поступало избыточное количество топлива, после остановки двигателя для измерения компрессии также приведут к разнице в количестве масла на стенках различных цилиндров и, соответственно, к существенной разнице компрессии по цилиндрам.
Фактически это означает, что решение о разборке двигателя в связи с какими-то неисправностями его механической части, принятое ООО «И-во» исключительно по результатам измерения компрессии, является поспешным и ошибочным.
Для ответа на вопрос 2.8 о том, существует ли причинно-следственная связь между разрядкой аккумулятора, частичной потерей компрессии в цилиндрах и нагарообразованием на клапанной и поршневой группе двигателя, или это независимые друг от друга процессы, необходимо рассмотреть особенности процесса запуска двигателя при разряженном аккумуляторе.
Как известно, при разрядке аккумулятора падает ток в цепи питания стартера, что приводит к значительному уменьшению скорости вращения стартера и, соответственно, коленчатого вала двигателя. Чрезмерно медленное и неравномерное вращение коленчатого вала, очевидно, приводит к медленному поступательному движению поршней в цилиндрах. При такой низкой скорости поршня в цилиндре не возникает разрежения на такте впуска (или это разрежение мало), скорость движения воздуха во впускных каналах и на впускных клапанах также мала. В результате топливо, подаваемое форсунками во впускной канал и на тарелки впускных клапанов, не будет подхватываться потоком воздуха и практически полностью осядет на стенках. При этом, за счет низкой скорости воздушного потока у краев тарелок клапанов условия для дробления пленки топлива на мелкие капли (распыливание) будут нарушены, что в совокупности с низкой температурой деталей холодного двигателя приведет к попаданию в цилиндр крупных капель неиспаренного топлива. Такие капли сразу не вызовут образования топливовоздушной смеси, поскольку вначале попадают на стенки цилиндра и днище поршня, образуя пленку.
С другой стороны, при сжатии воздуха в цилиндре происходит его нагрев, что способствует быстрому испарению топлива и образованию топливовоздушной смеси.
Однако при чрезмерно медленном движении поршня воздух в цилиндре, нагреваясь при сжатии, будет интенсивно охлаждаться в результате сравнительно долгого контакта с холодными стенками цилиндра и поршня. Кроме того, большое количество топлива, попавшего на стенки цилиндра в виде крупных капель, смоет масло со стенок, что приведет к значительному ухудшению уплотнительных свойств поршневых колец и возрастанию утечек воздуха из цилиндра. В результате при приходе поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) давление воздуха в цилиндре (компрессия) будет существенно снижено, как и температура воздуха в цилиндре, а топливо не сможет полностью испариться на стенках и образовать с воздухом необходимую для воспламенения топливовоздушную смесь.
Чрезмерное обогащение смеси вызовет также попадание крупных капель топлива на свечу зажигания, при этом будет нарушено искрообразование между электродами свечи, поскольку жидкое топливо, осевшее на изоляторе свечи и имеющее хорошую электропроводность, замкнет электроды свечи.
В результате многократных попыток запуска на разряженном аккумуляторе большое количество топлива поступит не только в выхлопную систему, но и пройдет через поршневые кольца и попадет в масло. Масло будет разжижено топливом, его вязкость уменьшится [1].
При дальнейшем успешном запуске (после зарядки аккумулятора или, как в рассматриваемом случае, с троса) произойдет следующее. Часть топливной смеси, попавшей в выхлопную систему, будет вытеснена из нее в окружающую среду выхлопными газами в течение нескольких минут нормальной работы двигателя. Предположение о перегреве катализатора для такого процесса сомнительно, поскольку для нормальной работы катализатора он должен нагреться до 400-500°С и выше, что потребует времени, за которое топливо испарится и выйдет из выхлопной системы [1].
При большом количестве топлива в масле пределов коррекции подачи топлива, осуществляемой системой управления двигателем по сигналу датчика кислорода в выхлопных газах, может не хватить, и переобогащение смеси будет сопровождаться быстрым образованием нагара на деталях. Кроме того, дополнительно нагар будет образовываться вследствие поступления капелек масла из системы вентиляции. Поскольку двигатель эксплуатируется на пониженных режимах, осевший нагар не выгорит, а будет присутствовать на деталях длительное время. Что и наблюдается на фотографиях деталей, а также на свечах зажигания.
Таким образом, разрядка аккумулятора и чрезмерно медленное вращение коленчатого вала при затрудненном запуске двигателя неминуемо вызывают переобогащение топливовоздушной смеси с частичной потерей компрессии в цилиндрах и повышенным нагарообразованием на деталях клапанного механизма и поршневой группы двигателя. Исходя из этого, а также из данных, приведенных в ответе на вопрос 2.4 о причинах нагарообразования, преимущественно связанных с поступлением масла, можно утверждать, что именно неоднократные и продолжительные по времени запуски с разряженным аккумулятором, сопровождаемые увеличенным поступлением масла, а не повышенное содержание смол в топливе, вероятно, являются для исследуемого двигателя одной из главных причин нагарообразования на деталях.
Ответ на вопрос 2.9 о том, может ли запуск двигателя буксировкой автомобиля при помощи троса вызвать неисправности двигателя, и если да, то почему, и каковы возможные последствия такого способа запуска для двигателя, какие детали могут быть повреждены и как могут проявляться эти неисправности при работе двигателя, требует детального анализа работы элементов привода газораспределительного механизма (ГРМ).
Эксперт О-х О.И. в своем заключении не исследовал этот вопрос вообще, а эксперт Ш-в А.А., ограничившись рассмотрением только передачи крутящего момента между коленчатым валом двигателя и колесами автомобиля, сделал совершенно ошибочный вывод о том, что запуск с троса (буксировкой) не влияет на состояние деталей двигателя. Однако особенностью двигателя Toyota 1ZZявляется система изменения фаз VVT, предполагающая дополнительный поворот впускного распределительного вала относительно коленвала, а также длинная и тонкая зубчатая цепь привода с гидромеханическим натяжителем [17]. Именно эти особенности конструкции делают запуск с троса особенно опасным для двигателя данного типа.
В момент рывка происходит резкое ударное натяжение цепи привода распределительных валов, которое может вызвать колебательный процесс натяжения- ослабления цепи с весьма высокой интенсивностью. Поскольку двигатель Toyota 1ZZимеет длинную тонкую цепь, при рывке на участке натяжения вначале цепь будет упруго растянута (рис.6а). При этом противоположная ветвь цепи, на которой находится натяжитель цепи, получит дополнительную слабину, что может привести к дополнительному перемещению плунжера натяжителя под действием его пружины на натяжение цепи. Дополнительно сила растяжения цепи может быть еще больше, если в момент рывка произойдет воспламенение в одном из цилиндров, и коленвал получит дополнительный вращательный импульс.
Рис. 6. Схема механизма привода ГРМ двигателя Toyota 1ZZ.
Плунжер натяжителя цепи на двигателе данного типа имеет мелкие поперечные пазы [17], которые служат для фиксации плунжера от ослабления цепи при помощи фиксирующей собачки натяжителя. При дополнительном натяжении цепи весьма вероятно, что плунжер будет перемещен пружиной и зафиксирован собачкой-фиксатором на следующем пазу. В результате цепь окажется чрезмерно натянутой, резко возрастет усилие на фиксатор, что может привести к срыву его из паза. При этом, поскольку перемещение плунжера будет быстрым, фиксатор проскочит и не попадет в соседний паз. Поскольку давление масла в начальный момент запуска еще не будет создано в полости плунжера натяжителя, плунжер в результате может быть отброшен усилием цепи в полностью сжатое или близкое к этому положение.
Такое ударное ослабление этой ветви цепи приведет к повороту распределительных валов относительно коленвала по часовой стрелке (если смотреть на двигатель со стороны механизма привода распредвалов), при этом будет ослаблена противоположная ветвь, а ветвь с натяжителем натянется при полностью сжатом натяжителе (рис.6с). Далее, в момент резкого натяжения этой ветви произойдет резкая остановка получивших дополнительный импульс вращения распредвалов, в результате которой возможен дополнительный поворот по инерции по часовой стрелке впускного распределительного вала в фазовращателе механизма VVT.
Рис.7. Схема работы механизма привода ГРМ при рывке во время запуска с троса: а- чрезмерное натяжение ветви цепи коленвалом с ослаблением противоположной ветви, в- дополнительных ход плунжера на натяжение ослабленной ветви цепи, с- срыв фиксатора плунжера, перемещение плунжера, натяжение ветви цепи с ослаблением противоположной, поворот распределительных валов по инерции с дополнительным поворотом впускного распредвала в фазовращателе.
Кроме того, за счет срыва фиксатора из паза плунжера вероятно повреждение натяжителя, а ударные нагрузки в цепи могут привести к повреждению направляющей цепи (успокоителя) и неравномерному растяжению цепи, что впоследствии может быть причиной повышенного шума и стуков механизма, а также поломки его деталей и преждевременного выхода двигателя из строя из-за обрыва цепи.
Следует отметить, что при значительном ослаблении цепи вследствие появления ударных нагрузок в механизме привода существует также опасность проскакивания цепи на ведущей звездочке коленчатого вала на несколько зубьев, что может вызвать падение мощности, возрастание расхода топлива и деформацию клапанов. Однако возможность такого проскакивания должна быть проверена непосредственно на двигателе.
При запуске с троса, как показывает практика, возможно возникновение дефектов еще одной группы деталей. Так, если перед запуском с троса двигатель был залит топливом из-за чрезмерно низкой скорости вращения коленвала стартером (см. ответ на вопрос 2.8), запуск двигателя произойдет не сразу, поскольку свечи зажигания не смогут сразу обеспечить воспламенение смеси. В этом случае чрезмерно быстрое вращение коленвала и поступательное движение поршней в цилиндрах в первый момент происходят без подачи необходимого количества масла, поскольку маслонасос не может обеспечить мгновенное повышение давления в системе смазки.
Как показывает практика, наибольшую опасность подобный режим представляет для поршневой группы, особенно, в условиях пониженных температур и длительной буксировке автомобиля (как указано в материалах дела, буксировка производилась на очень большое расстояние в 200-300 м). Поскольку масло смыто со стенок цилиндров на предшествующих попытках запуска стартером, при запуске с троса и практически мгновенном выходе двигателя на чрезмерно высокие пусковые обороты поршни перемещаются в цилиндрах с высокой скоростью, но практически в условиях отсутствия подачи масла на стенки. Это может вызвать задиры на юбках поршней и на поверхности цилиндров, что впоследствии приведет к падению компрессии в цилиндрах и росту расхода масла [1, 9-11, 14-16].
Таким образом, запуск двигателя буксировкой автомобиля при помощи троса с высокой вероятностью может вызвать целый ряд серьезных неисправностей двигателя, в том числе, дефекты деталей привода газораспределительного механизма и поршневой группы, последствиями чего могут быть повышенный шум, стуки, потеря компрессии, увеличение расхода масла, уменьшение срока службы двигателя и преждевременный выход его из строя. Однако эксперты О-х О.И. и Ш-в А.А. в проведенных ранее экспертизах никак не исследовали привод газораспределительного механизма и поршневую группу на предмет возможных повреждений деталей, связанных с запуском двигателя буксировкой автомобиля. Поэтому для окончательного ответа на вопрос, имеются ли какие-либо дефекты в механизме привода ГРМ и поршневой группе, требуется проведение дополнительных исследований.
Ответ на вопрос 3 об оценке выводов экспертов и определения, являются ли выводы проведенных экспертиз обоснованными, следует из ответов на все предыдущие вопросы.
На основании проведенного выше анализа материалов дела и процессов двигателя можно утверждать, что экспертное заключение эксперта О-ха О.И. является неполным и необоснованным, не содержит объективного исследования многих процессов, происходивших в двигателе, а обнаруженные несоответствия, неточности и ошибки со всей очевидностью указывают на ошибочность выводов эксперта.
Экспертное заключение Ш-ва А.А. составлено предельно тенденциозно, эксперт пытался безальтернативно доказать одну-единственную причину некоей «неисправности» двигателя, связанной с «осмолением» топлива, чтобы обосновать необходимость разборки и ремонта двигателя. В то же время причин затрудненного пуска двигателя и пониженной компрессии несколько, и они, в отличие от версии эксперта, имеют весьма высокую вероятность и, скорее всего, не связаны с топливом и вообще не требовали разборки двигателя. В результате версия эксперта об «осмоленном топливе» имеет массу противоречий, как с подавляющим большинством имеющихся фактов, так и с существующей практикой эксплуатации и ремонта двигателей внутреннего сгорания, что фактически делает эту версию недостоверной и ошибочной. Приняв эту версию, эксперт не смог точно установить и грамотно объяснить причину неисправности (плохой запуск), не нашел конкретных неисправностей и дефектов деталей, не исследовал многих факторов, влияющих на нагарообразование в двигателе, не установил связи фактических смол в топливе с плохим запуском двигателя, а также допустил массу грубых ошибок в описании и объяснении происходящих в двигателе процессов. На основании этого можно утверждать, что заключение эксперта Ш-ва А.А. является не только неполным, недостоверным и бездоказательным, но и ошибочным по своей сути.
Исходя из вышесказанного, заключения экспертов О-ха О.И. и Ш-ва А.А. вследствие необоснованности и ошибочности выводов не могут быть приняты во внимание при рассмотрении технической стороны дела.
По материалам дела, рассмотрев их техническую сторону, эксперты обнаружили следующие несоответствия, неточности и грубые ошибки:
Эксперт-автотехник 1-й категории, Генеральный директор ООО «СМЦ «АБ-Инжиниринг», кандидат технических наук А.Э.Хрулев
Эксперт-автотехник 2-й категории П.С.Горелик
1Перед разборкой двигателя в ООО «И-во» не было проверено количество масла в двигателе, и результаты проверки нигде не зафиксированы. Между тем, уровень масла является очень важным параметром, поскольку позволяет выяснить, был ли расход масла в двигателе, и связано ли нагарообразование на деталях с повышенным расходом масла и, возможно, с заводским дефектом двигателя. Напротив, повышенный уровень масла свидетельствовал бы о переобогащении