Двигатель оставили без масла...

Двигатель оставили без масла...

Очень поучительный случай того, что происходит с мотором, когда владелец, заплатив несколько десятков тысяч долларов за машину, считает, что за такие деньги уровень масла в его моторе должен контролировать кто угодно, кроме него. Мы доказали, что двигатель просто остался без масла в результате полного отсутствия контроля его уровня в эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТА

29 декабря 2009 г. в соответствии с договором № 09 от 25.12.2009г., заключенным между ООО "СМЦ "АБ-Инжиниринг" (Бюро моторной экспертизы) и ООО «Авто Моторе», был проведен осмотр двигателя J35Z4, рабочий объем 3.5л, автомобиля HONDA PILOT YF4, VIN: 5FNYF58509B50385, год выпуска 2008, пробег на момент исследования 30369 км, и его полная разборка с целью оценки действительного состояния деталей, определения причины дефекта и подготовки заключения о возможных причинах выхода из строя двигателя.

Исследование возможных причин выхода из строя двигателя J35Z4, автомобиля HONDA PILOT YF4, VIN: 5FNYF58509B50385 и составление настоящего заключения проводил:

Хрулев Александр Эдуардович - специалист, начальник Бюро моторной экспертизы СМЦ "АБ-Инжиниринг", эксперт-автотехник 1-й категории, имеющий право на проведение автотехнических экспертных исследований (сертификат эксперта-автотехника № 001.00064.К1 от 04.07.2006 г.), образование высшее, кандидат технических наук, Генеральный директор ООО "СМЦ "АБ-Инжиниринг", стаж работы по специальности (ремонт, конструкция и эксплуатация двигателей внутреннего сгорания) - 22 года, из них экспертом-автотехником - 6 лет.

Место осмотра

Москва, ул. Строительная, д.44., автосервис ООО «Авто Моторе».

Объект исследования

Бензиновый V-образный 6-цилиндровый двигатель рабочим объемом 3,5 л J35Z4 автомобиля HONDA PILOT YF4, VIN: 5FNYF58509B50385

Владелец автомобиля - Т-ов А.В.

Заказчик исследования - ООО «Авто Моторе».

Вопросы, поставленные перед специалистом:

  1. Имеются ли в ДВС J35Z4 автомобиля HONDA PILOT YF4, VIN: 5FNYF58509В50385, какие-либо неисправности?
  2. Если неисправности имеются, то какие конкретно?
  3. Если неисправности имеются, каковы действительные причины их возникновения?
  4. Являются ли эти неисправности следствием производственного дефекта двигателя, ошибок при выполнении обслуживания автомобиля в техническом центре, либо они возникли вследствие нарушения правил эксплуатации автомобиля?
  5. Могла ли неисправность двигателя возникнуть вследствие применения моторного масла несоответствующего качества и/или его несвоевременной замены?
Задачи, поставленные перед специалистом:

Провести необходимые исследования и ответить на поставленные вопросы.

Исходная информация

Эксперту для изучения предоставлен автомобиль с неразобранным двигателем. По информации, полученной от заказчика, ранее автомобиль проходил очередное техническое обслуживание (ТО) в ООО «Авто Моторе» при пробеге 13526 км. Согласно показаниям одометра, после ТО автомобиль проехал 16843 км, после чего был доставлен в автосервис ООО «Авто Моторе» в нерабочем (заклиненном) состоянии. При этом проверка уровня масла при помощи масломерного щупа показала отсутствие масла в двигателе.

По информации владельца, двигатель после выполнения ТО работал нормально, однако в обычных условиях эксплуатации при движении автомобиля произошел самопроизвольный останов двигателя, сопровождаемый сильным ударом.

Использованная литература

  1. Хрулев А.Э. Ремонт двигателей зарубежных автомобилей. Изд-во "За Рулем", М.: 1998,-480с.
  2. Руководство по эксплуатации HONDA PILOT. Honda Motor CO., Ltd., 44SZA600 00X44-SZA-6000, 2008,- 462c.
  3. HONDA PILOT. Гарантийная и сервисная книжка. Honda Motor СО., Ltd.
  4. Повреждения поршней - как выявить и устранить их. MSI Motor Service International GmbH, Neckarsulm, Германия, 2004. - 103c.
  5. Piston Damage - Causes and Remedies. - MAHLE GmbH, Stuttgart, 1999. - 66c.
  6. Расходипотеримасла. - MSI Motor Service International GmbH, Neckarsulm, Германия, 2004. - 28c.
  7. Хрулев А.Э. «Почему застучал вкладыш?» - "Автомобиль и сервис", №12/2000.
  8. Хрулев А.Э. «Почему прогорел поршень?» - "Автомобиль и сервис", №10/2000.
  9. Хрулев А.Э. «Подшипники двигателей» - "Автомобиль и сервис", №01/1998.
  10. Мотовилин Г.В. и др. Автомобильные материалы. Справочник. - М.: Транспорт, 1989,- 464с.
  11. Хрулев А.Э. «Если двигатель стучит», ч. 1 - "Автомобиль и сервис", №08/2000.
Условные обозначения

ДВС - двигатель внутреннего сгорания.

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.

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.

При осмотре и анализе двигателя и его деталей установлено:

Автомобиль установлен на подъемнике (рис.1), двигатель не снят и не разобран. При осмотре снизу (рис.2) выявлено масляное пятно на поддоне картера в середине (рис.З), сверху на защите картера после ее снятия обнаружен большой слой песка и грязи, замасленный в средней части (рис.4). Там же обнаружены обломки деталей из алюминиевого сплава (рис.5).

Рис. 1. Автомобиль HONDA PILOT, подготовленный к исследованию.
Рис. 1. Автомобиль HONDA PILOT, подготовленный к исследованию.
Рис.2. Автомобиль на подъемнике для осмотра снизу.
Рис.2. Автомобиль на подъемнике для осмотра снизу.
Рис.3. Масляное пятно на поддоне картера.
Рис.3. Масляное пятно на поддоне картера.
Рис.4. На защите картера большой слой песка и грязи, замасленный в средней части.
Рис.4. На защите картера большой слой песка и грязи, замасленный в средней части.
Рис.5. Обломки деталей из алюминиевого сплава, обнаруженные на защите картера.
Рис.5. Обломки деталей из алюминиевого сплава, обнаруженные на защите картера.

На поддоне картера пробоина диаметром около 15 мм на боковой стенке в верхней части, приблизительно посередине продольной оси (рис.6). На днище автомобиля замасливание отсутствует (рис.7). Количество масла, слитого из поддона картера перед его снятием (рис. 8), чрезвычайно мало - около 400 см3 (рис.9), из масляного фильтра и из снятого поддона картера - приблизительно 300 см3 (рис. 10). Фильтр имеет оригинальную маркировку - оригинальный номер Honda(рис. 11). В масле, слитом из масляного фильтра, мелких частиц разрушения деталей практически не обнаружено. Масло имеет черный цвет, взяты и опломбированы 3 пробы приблизительно по 240 см3 каждая (рис. 12).

Для исследования состояния деталей двигателя был произведен демонтаж поддона картера, впускного коллектора, головок блока цилиндров, шатунно-поршневой группы и маслонасоса без демонтажа двигателя с автомобиля.

После снятия поддона внутри на масляном экране (рис. 13) и на дне поддона (рис. 14) обнаружено большое количество мелких и крупных обломков, причем масляный экран сильно деформирован в зоне расположения пробоины на поддоне. Заметного нагарообразования на стенках поддона не обнаружено.

Рис.6. Пробоина диаметром около 15 мм на боковой стенке поддона картера.
Рис.6. Пробоина диаметром около 15 мм на боковой стенке поддона картера.
Рис.7. На днище автомобиля замасливание отсутствует.
Рис.7. На днище автомобиля замасливание отсутствует.
Рис.8. Слив масла из поддона перед его снятием.
Рис.8. Слив масла из поддона перед его снятием.
Рис.9. Количество масла, слитого из поддона – около 400 см 3 .
Рис.9. Количество масла, слитого из поддона – около 400 см 3 .
Рис.10. Количество масла, слитого из масляного фильтра – около 200 см 3
Рис.10. Количество масла, слитого из масляного фильтра – около 200 см 3
Рис.11. Оригинальный номер Honda на масляном фильтре.
Рис.11. Оригинальный номер Honda на масляном фильтре.
Рис.12. Опломбированная проба масла – всего взято 3 таких пробы.
Рис.12. Опломбированная проба масла – всего взято 3 таких пробы.
Рис.13. Мелкие и крупные обломки на масляном экране поддона картера.
Рис.13. Мелкие и крупные обломки на масляном экране поддона картера.
Рис.14. Большое количество мелких и крупных обломков в поддоне картера.
Рис.14. Большое количество мелких и крупных обломков в поддоне картера.

Коленчатый вал заклинен в результате попадания поршневого пальца 4-го поршня (здесь и далее для удобства принята нумерация цилиндров по порядковому номеру шатунных шеек коленвала) между противовесом коленчатого вала и стенкой блока (рис. 15), после удаления пальца вращение коленвала восстановлено, но с заметным моментом страгивания, что косвенно свидетельствует о деформации коленвала.

3-я шатунная шейка сильно перегрета (рис. 16) и имеет характерный черный цвет (рис. 17), нижняя головка шатуна на шейке отсутствует, шатун 3-го цилиндра полностью разрушен. Шатун 4-го цилиндра оборван по средней части стержня, нижняя головка шатуна (НГШ) осталась на шейке и свободно вращается (рис. 18). Верхняя часть 4-го шатуна (рис. 19) пробила отверстие в стенке блока и расположена между блоком и катализатором левой передней головки блока, в результате удара верхняя головка 4-го шатуна значительно деформирована. Остальные шатунные шейки не имеют визуальных повреждений.

Рис.15. Коленчатый вал заклинен в результате попадания поршневого пальца 4-го поршня
между щекой коленчатого вала и стенкой блока.
Рис.15. Коленчатый вал заклинен в результате попадания поршневого пальца 4-го поршня между щекой коленчатого вала и стенкой блока.
Рис.16. Перегрев 3-й шатунной шейки.
Рис.16. Перегрев 3-й шатунной шейки.
Рис.17. Характерный черный цвет перегретой шатунной шейки.
Рис.17. Характерный черный цвет перегретой шатунной шейки.
Рис.18. Нижняя головка 4-го шатуна осталась на шейке и свободно вращается.
Рис.18. Нижняя головка 4-го шатуна осталась на шейке и свободно вращается.
Рис.19. Верхняя часть 4-го шатуна значительно деформирована.
Рис.19. Верхняя часть 4-го шатуна значительно деформирована.

Поршень 4-го цилиндра разрушен, при этом верхняя часть поршня 4-го цилиндра с кольцами расположена в цилиндре (рис.20 и 21), остальные обломки поршня обнаружены в поддоне картера. Поршень 3-го цилиндра с обломком шатуна находится в цилиндре, при осмотре поршня обнаружена деформация верхней части поршня (рис.22).

Рис.20. Левая часть блока цилиндров с разрушенным поршнем 4-го цилиндра.
Рис.20. Левая часть блока цилиндров с разрушенным поршнем 4-го цилиндра.
Рис.21. Разрушенный поршень в 4-м цилиндре.
Рис.21. Разрушенный поршень в 4-м цилиндре.
Рис.22. Верхняя часть поршня 4-го цилиндра.
Рис.22. Верхняя часть поршня 4-го цилиндра.

Блок цилиндров имеет 3 пробоины в плоскости качания 3-4 шатунов - из них 2 пробоины на боковых стенках ближе к нижней плоскости (рис.23 и 24) и 1 пробоина в развале цилиндров (рис.25), обнаруженная после снятия впускного коллектора. 4-й цилиндр поврежден многочисленными ударами по поверхности (рис.26). Состояние остальных цилиндров удовлетворительное (рис. 27, 28 и 29), имеются отдельные блестящие полосы (риски) преимущественно в средней и нижней части цилиндров.

Рис.23. Пробоина в плоскости качания 3-го шатуна на боковой стенке ближе к нижней
плоскости.
Рис.23. Пробоина в плоскости качания 3-го шатуна на боковой стенке ближе к нижней плоскости.
Рис.24. Аналогичная предыдущему рис.23 пробоина в плоскости качания 4-го шатуна.
Рис.24. Аналогичная предыдущему рис.23 пробоина в плоскости качания 4-го шатуна.
Рис.25. Пробоина в развале цилиндров.
Рис.25. Пробоина в развале цилиндров.
Рис.26. 4-й цилиндр поврежден многочисленными ударами по его поверхности.
Рис.26. 4-й цилиндр поврежден многочисленными ударами по его поверхности.
Рис.27. Состояние 1, 3 и 5-го цилиндров - удовлетворительное.
Рис.27. Состояние 1, 3 и 5-го цилиндров - удовлетворительное.
Рис.28. Состояние 2-го цилиндра - удовлетворительное.
Рис.28. Состояние 2-го цилиндра - удовлетворительное.
Рис.29. Состояние 6-го цилиндра - удовлетворительное.
Рис.29. Состояние 6-го цилиндра - удовлетворительное.

Обломки нижней части 3-го шатуна сильно перегреты и пластически деформированы, шатунные болты вытянуты и оборваны по плоскости разъема крышки (рис.30).

После демонтажа поршней и шатунов из блока цилиндров установлено, что шатунные вкладыши 1-го и 2-го цилиндров имеют следы разрушения антифрикционного слоя в начальной стадии (рис.31 и 32), характерные блестящие участки имеются и на шатунных вкладышах 4, 5 и 6-го цилиндров (рис.33, 34, 35). Вкладыши 3-го цилиндра полностью разрушены и имеют следы сильного перегрева, плавления и деформации (рис. 36).

Рис.30. Обломки нижней части 3-го шатуна сильно перегреты и пластически
деформированы, шатунные болты вытянуты и оборваны по плоскости разъема крышки.
Рис.30. Обломки нижней части 3-го шатуна сильно перегреты и пластически деформированы, шатунные болты вытянуты и оборваны по плоскости разъема крышки.
Рис.31. Шатунные вкладыши 1-го цилиндра имеют явные следы разрушения
антифрикционного слоя в начальной стадии.
Рис.31. Шатунные вкладыши 1-го цилиндра имеют явные следы разрушения антифрикционного слоя в начальной стадии.
Рис.32. Аналогично для шатунных вкладышей 2-го цилиндра.
Рис.32. Аналогично для шатунных вкладышей 2-го цилиндра.
Рис.33. Характерные блестящие участки имеются на шатунных вкладышах 4-го цилиндра.
Рис.33. Характерные блестящие участки имеются на шатунных вкладышах 4-го цилиндра.
Рис.34. То же на вкладышах 5-го цилиндра.
Рис.34. То же на вкладышах 5-го цилиндра.
Рис.35. То же на вкладышах 6-го цилиндра.
Рис.35. То же на вкладышах 6-го цилиндра.
Рис.36. Вкладыши 3-го цилиндра полностью разрушены и имеют следы сильного
перегрева и деформации.
Рис.36. Вкладыши 3-го цилиндра полностью разрушены и имеют следы сильного перегрева и деформации.

Поршень 4-го цилиндра полностью разрушен (рис.37). Поршни 1, 2, 5 и 6 цилиндров в целом в норме (рис.38), поршневые кольца нормально подвижны в канавках, наличие небольшого слоя нагара на днище и боковых поверхностях поршней также соответствует норме (рис.39-42). Поршень 3-го цилиндра визуально в удовлетворительном состоянии, однако деформация днища вследствие ударов о стенку камеры сгорания привела к заклиниванию верхнего кольца и ограниченной подвижности остальных колец на этом поршне (рис.43). Выборочная проверка поршневых колец остальных поршней путем визуального осмотра и установки их в цилиндры не показала дефектов и износов колец (рис.44-46).

Рис.37. Поршень 4-го цилиндра полностью разрушен.
Рис.37. Поршень 4-го цилиндра полностью разрушен.
Рис.38. Поршни 1, 2, 5 и 6 цилиндров в целом в норме.
Рис.38. Поршни 1, 2, 5 и 6 цилиндров в целом в норме.
Рис.39. Наличие небольшого слоя нагара на боковых поверхностях поршня 1-го цилиндра
соответствует норме.
Рис.39. Наличие небольшого слоя нагара на боковых поверхностях поршня 1-го цилиндра соответствует норме.
Рис.40. То же для поршня 2-го цилиндра.
Рис.40. То же для поршня 2-го цилиндра.
Рис.41. То же для поршня 5-го цилиндра.
Рис.41. То же для поршня 5-го цилиндра.
Рис.42. То же для поршня 6-го цилиндра.
Рис.42. То же для поршня 6-го цилиндра.
Рис.43. Поршень 3-го цилиндра визуально в удовлетворительном состоянии, однако
имеется заклинивание верхнего кольца и ограниченная подвижность остальных.
Рис.43. Поршень 3-го цилиндра визуально в удовлетворительном состоянии, однако имеется заклинивание верхнего кольца и ограниченная подвижность остальных.
Рис.44. Проверка износа верхнего поршневого кольца путем установки в цилиндр.
Рис.44. Проверка износа верхнего поршневого кольца путем установки в цилиндр.
Рис.45. Проверка износа среднего поршневого кольца путем установки в цилиндр.
Рис.45. Проверка износа среднего поршневого кольца путем установки в цилиндр.
Рис.46. Проверка износа диска маслосъемного кольца путем установки в цилиндр.
Рис.46. Проверка износа диска маслосъемного кольца путем установки в цилиндр.

При осмотре снятых головок блока цилиндров на поверхностях камер сгорания не выявлено повышенного нагарообразования, а также заметной разницы в цвете нагара на деталях, что свидетельствует о нормальной работе цилиндров двигателя непосредственно перед поломкой (рис.47). Головка блока цилиндров правого (по оси коленвала) ряда цилиндров имеет одинаковое состояние поверхности клапанов (рис.48), однако клапаны 3-го цилиндра деформированы вследствие удара поршня (рис.49).

Рис.47. На поверхностях камер сгорания не выявлено повышенного нагарообразования, а
также заметной разницы в цвете нагара на деталях.
Рис.47. На поверхностях камер сгорания не выявлено повышенного нагарообразования, а также заметной разницы в цвете нагара на деталях.
Рис.48. Головка блока цилиндров правого (по оси коленвала) ряда цилиндров имеет
одинаковое состояние поверхности клапанов.
Рис.48. Головка блока цилиндров правого (по оси коленвала) ряда цилиндров имеет одинаковое состояние поверхности клапанов.
Рис.49. Клапаны 3-го цилиндра деформированы вследствие удара поршня.
Рис.49. Клапаны 3-го цилиндра деформированы вследствие удара поршня.

Головка левого ряда цилиндров имеет аналогичное состояние камер сгорания и клапанов, при этом камера сгорания 4-го цилиндра замаслена (рис.50). Все клапаны 4-го цилиндра деформированы, на них также имеются следы касания поршня (рис.51).

Рис.50. Камера сгорания 4-го цилиндра замаслена.
Рис.50. Камера сгорания 4-го цилиндра замаслена.
Рис.51. На всех клапанах 4-го цилиндра имеются следы касания поршня.
Рис.51. На всех клапанах 4-го цилиндра имеются следы касания поршня.

Во впускных каналах впускного коллектора и головки блока нагара нет, но есть замасливание в канале 4-го цилиндра (рис.52 и 53). Газораспределительный механизм головок блока визуально не имеет дефектов (рис.53). В выпускных каналах также нет нагара. Приемный патрубок катализатора правого ряда цилиндров не имеет следов нагара и/или масла (рис.54).

Рис.52. Замасливание во впускном канале 4-го цилиндра.
Рис.52. Замасливание во впускном канале 4-го цилиндра.
Рис.53. Замасливание впускного канала 4-го цилиндра в головке блока.
Рис.53. Замасливание впускного канала 4-го цилиндра в головке блока.
Рис.54. Приемный патрубок катализатора правого ряда цилиндров не имеет следов нагара
и/или масла.
Рис.54. Приемный патрубок катализатора правого ряда цилиндров не имеет следов нагара и/или масла.

На внутренней поверхности клапанных крышек слой нагара незначителен (рис. 55), при этом на правой крышке слой нагара имеет мазеобразную консистенцию на части поверхности, что связано с более высокой температурой этой крышки, расположенной ближе к стенке моторного отсека.

Рис.55. На внутренней поверхности клапанных крышек слой нагара незначителен.
Рис.55. На внутренней поверхности клапанных крышек слой нагара незначителен.

Шестерни (рис.56), корпус (рис.57), крышка корпуса (рис.58) и редукционный клапан (рис.59) маслонасоса в норме, плунжер редукционного клапана подвижен, визуально никаких дефектов не выявлено. Сетка маслоприемника чистая (рис.60).

Рис.56. Шестерни маслонасоса в норме.
Рис.56. Шестерни маслонасоса в норме.
Рис.57. Корпус маслонасоса в норме.
Рис.57. Корпус маслонасоса в норме.
Рис.58. Крышка корпуса маслонасоса в норме.
Рис.58. Крышка корпуса маслонасоса в норме.
Рис.59. Редукционный клапан маслонасоса в норме.
Рис.59. Редукционный клапан маслонасоса в норме.
Рис.60. Сетка маслоприемника чистая.
Рис.60. Сетка маслоприемника чистая.

В корпусе воздушного фильтра (рис. 61), на фильтроэлементе (рис.62) и воздуховодах (рис.63) следов масла не выявлено.

Рис.61. В корпусе воздушного фильтра следов масла не выявлено.
Рис.61. В корпусе воздушного фильтра следов масла не выявлено.
Рис.62. Фильтроэлемент воздушного фильтра чистый.
Рис.62. Фильтроэлемент воздушного фильтра чистый.
Рис.63. Воздуховоды впускной системы чистые.
Рис.63. Воздуховоды впускной системы чистые.

Работоспособность системы сигнализации недостаточного давления масла проверена путем подключения снятого датчика недостаточного давления масла (рис.64) и подачи в него давления воздуха (рис.65) - при этом сигнал недостаточного давления на приборной панели (рис.66) погас (рис.67), что свидетельствует об исправной работе системы.

Рис.64. Подключение датчика недостаточного давления масла.
Рис.64. Подключение датчика недостаточного давления масла.
Рис.65. Подача давления воздуха в датчик.
Рис.65. Подача давления воздуха в датчик.
Рис.66. Сигнал недостаточного давления на приборной панели при подключении датчика.
Рис.66. Сигнал недостаточного давления на приборной панели при подключении датчика.
Рис.67. Погасание лампы недостаточного давления при подаче в датчик давления воздуха.
Рис.67. Погасание лампы недостаточного давления при подаче в датчик давления воздуха.

Также при диагностике системы управления двигателем, проведенной с помощью прибора TablePC, в памяти блока управления ДВС обнаружен код неисправности Р3400 - система приостановила работу клапанов (VPS) в связи с переходом в защитный режим в положении «включено».

Таким образом, ответы на 1-й и 2-й вопросы экспертизы:

  1. Имеются ли в ДВС J35Z4 автомобиля HONDA PILOT YF4, VIN: 5FNYF58509B50385 какие-либо неисправности?
  2. Если неисправности имеются, то какие конкретно?
следующие:

Двигатель J35Z4 автомобиля HONDA PILOT YF4, VIN: 5FNYF58509B50385 имеет серьезные неисправности и поломки.

На поддоне картера пробоина диаметром около 15 мм в верхней части. Количество масла, слитого из двигателя, чрезвычайно мало - около 700 см3. Блок цилиндров имеет 3 пробоины. Коленчатый вал деформирован и заклинен в результате попадания поршневого пальца 4-го поршня между щекой коленчатого вала и стенкой блока. 3-я шатунная шейка сильно перегрета и имеет характерный черный цвет, нижняя головка шатуна на шейке отсутствует, шатун 3-го цилиндра полностью разрушен, вкладыши 3-го цилиндра полностью разрушены, их фрагменты имеют следы сильного перегрева, плавления и деформации. Обломки нижней части 3-го шатуна сильно перегреты и пластически деформированы. Шатун 4-го цилиндра оборван по средней части стержня. Поршень 4-го цилиндра полностью разрушен, а поршень 3-го цилиндра деформирован. Клапаны 3-го и 4-го цилиндров также деформированы вследствие удара поршней. Остальные детали имеют незначительные дефекты или не имеют их вообще.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

Для ответа на 3 и 4-й вопросы экспертизы:

  1. Если неисправности имеются, каковы действительные причины их возникновения?
  2. Являются ли эти неисправности следствием производственного дефекта двигателя, ошибок при выполнении обслуживания автомобиля в техническом центре, либо они возникли вследствие нарушения правил эксплуатации автомобиля?
необходимо подробно рассмотреть особенности работы двигателя и условия, при которых возможно возникновение описанных выше неисправностей.

Согласно многолетнему опыту эксплуатации и ремонта большого числа двигателей [1,7], разрушение 3-го шатунного подшипника (нижняя головка шатуна, шатунная шейка и вкладыши), сопровождаемое сильным перегревом, потерей прочности и разрушением 3-го шатуна, является главной и единственной причиной поломки двигателя. Все прочие дефекты и поломки, в том числе, разрушение 4-го шатуна и поршня, деформация клапанов, пробоины в стенках блока и поддона картера, являются вторичными и произошли как последствия первичного разрушения 3-го шатуна. При этом 3-я шатунная шейка коленчатого вала, 3-й шатун и шатунные вкладыши 3-го шатуна имеют вид, характерный для работы в так называемом режиме масляного голодания [1,7].

Данный режим первоначально возникает при недостаточной подаче масла к трущимся поверхностям подшипника, в результате чего при заданной нагрузке масляная пленка становится тоньше. Помимо этого, уменьшение подачи масла в подшипник приводит к ухудшению отвода тепла и повышению температуры масла и самого подшипника, что еще больше уменьшает толщину пленки и вызывает сильный разогрев подшипника от трения непосредственно контактирующих деталей - вкладыша и шейки коленвала.

Подшипники коленчатых валов современных двигателей [9] являются подшипниками скольжения и образованы парой "твердая шейка коленвала - мягкий вкладыш". Другими словами, шейка чугунного или стального коленчатого вала вращается во вкладышах, выполненных из многослойной ленты со стальной основой и мягким антифрикционным материалом. В рассматриваемом двигателе этим материалом является сплав алюминия с оловом и дополнительным тонким (около 0,03 мм) и мягким покрытием [1,9] типа сплава олова со свинцом - так называемого баббита, имеющего очень хорошие антифрикционные свойства (низкое трение), что хорошо видно на рис.68. Данная конструкция вкладышей применяется в настоящее время на самых высокофорсированных двигателях. Как и все мягкие материалы, антифрикционное покрытие имеет сравнительно низкую температуру плавления - около 300°С [1], определяемую низкой температурой плавления олова и свинца.

Рис.68. Разрушение тонкого антифрикционного баббитового слоя вкладышей – при
увеличении рис.31.
Рис.68. Разрушение тонкого антифрикционного баббитового слоя вкладышей – при увеличении рис.31.

Зазор в подшипнике - между вкладышем и шейкой, составляет в среднем около 0,03- 0,04 мм, в этот зазор под давлением подается масло. В нормальных условиях работы масло заполняет зазор между валом и вкладышем полностью, однако под действием нагрузки вал смещается от оси подшипника ближе к одной стороне. При этом за счет сужения зазора и вращения вала масло затягивается в зазор и полностью разделяет поверхности, препятствуя их непосредственному соприкосновению (так называемый эффект "масляного клина" [1,7]). Чем больше нагрузка, зазор и чем меньше частота вращения вала, давление подачи и вязкость масла, тем сильнее происходит смещение вала от оси подшипника ближе к его поверхности (рис. 69).

Рис.69. Смещение вала в подшипнике под действием нагрузки и эффект масляного клина.
Рис.69. Смещение вала в подшипнике под действием нагрузки и эффект масляного клина.

При определенных условиях (большая нагрузка и/или малое давление подачи масла) происходит соприкосновение поверхностей по микронеровностям - так называемый режим полужидкостного трения (рис. 70). В эксплуатации работа в таком режиме для подшипников коленвала характеризуется появлением блестящих отполированных участков на вкладыше - такие участки видны на всех шатунных вкладышах (рис.31-35). Однако это еще не приводит к разрушению подшипника, если контакт деталей происходит кратковременно, по относительно небольшой поверхности, а температура на поверхности вкладыша невысока.

Дальнейшее уменьшение подачи масла (и/или рост нагрузки на вал) вызывает расширение зон соприкосновения деталей и дальнейший разогрев их поверхностей. При наличии на вкладышах дополнительного тонкого антифрикционного слоя (как в рассматриваемом двигателе) этот слой может быть поврежден так, как это видно на рис.31-35. Далее, в определенный момент происходит переход в так называемый режим граничного трения [1,7], и начинается плавление рабочего слоя вкладыша, что в условиях непосредственного контакта вала с вкладышем приводит к переносу расплавленного рабочего слоя вкладыша на поверхность шейки вала. Одновременно с этим расплавленный антифрикционный материал вкладыша выжимается под действием рабочей нагрузки к краям вкладыша.

Рис.70. Основные режимы работы подшипников скольжения.
Рис.70. Основные режимы работы подшипников скольжения.

Необходимо отметить, что при работе двигателя на низких оборотах и нагрузках на данной стадии расплавлении подшипника и взаимного переноса материала может произойти заклинивание вала в подшипнике за счет приваривания их друг к другу. Однако на высоких оборотах и у мощных многоцилиндровых двигателей такой эффект наблюдается редко, поскольку при большой развиваемой мощности двигатель легко преодолевает любую дополнительную силу сопротивления, сопутствующую разрушению вкладышей.

Режим масляного голодания всегда характеризуется ростом температуры подшипника, и на деталях всегда есть признаки поверхностного перегрева. Так, на всех вкладышах 1, 2, 4-6 шатунных шеек блестящие участки и отслаивание покрытия вызваны комплексным воздействием нагрузки и повышенной температуры, которые, однако, не привели к серьезным дефектам. В то же время 3-я шатунная шейка коленвала имеет все признаки чрезмерно сильного перегрева (рис. 16, 17). Поверхность шейки и примыкающих к ней противовесов коленвала имеют характерный цвет металла, подвергнутого нагреву до очень высокой температуры (свыше 600-700°С), с последующим медленным охлаждением. Кроме того, в смазочном отверстии шейки, а также на противовесах вала вблизи нее отсутствует нагар и следы коксования масла. Это означает, что в процессе сильного нагрева температура шейки была настолько высока, что нагар, который неизбежно образуется в результате коксования масла при нагреве детали до температуры выше 300-350°С, полностью выгорел с поверхности. Так, анализ рис. 16 показывает, что смазочное отверстие полностью чистое, в то время как согласно практике эксплуатации и ремонта [1] аналогичные повреждения коленчатого вала обычно характеризуются меньшими температурами и нередко сопровождаются отложением нагара на поверхностях, прилегающих к поврежденной шейке.

Данный факт дополнительно подтверждает предположение об очень высокой температуре шейки вала, вызванной работой двигателя с поврежденным шатунным подшипником под большой нагрузкой и сравнительно высокими частотами вращения (несмотря на достаточно сильный стук, характерный для такой неисправности).

После разрушения шатунов и поршня произошло остывание деталей без подачи к ним масла. В металлургии данный режим называется высоким (высокотемпературным) отпуском [10], при котором после сильного нагрева происходит медленное охлаждение детали в окружающей среде. Во время высокого отпуска на воздухе стальные детали окисляются, приобретая характерный цвет, соответствующий показанному на рис. 16-18.

Помимо этого, внутри двигателя при его нормальной работе возникает так называемый «масляный туман» - вследствие интенсивного разбрызгивания масла вращающимися и поступательно движущимися деталями более крупные капли масла дробятся на более мелкие. При этом внутренние детали под воздействием капель масла всегда имеют характерный замасленный вид, особенно, в нижней части двигателя. Поскольку 3-я шатунная шейка и примыкающие к ней противовесы остались практически сухими, это означает, что поступление масла на поверхность отсутствовало или было крайне незначительно. Такая картина возникает только при существенном нарушении подачи масла в двигатель - в том числе, при очень малом количестве масла в поддоне картера.

Поскольку вкладыши подшипников представляют собой тонкостенные детали, сильный нагрев одной их стороны (внутренней) на начальном этапе разрушения всегда вызывает появление остаточной деформации, в результате которой происходит сжатие перегретых вкладышей по форме окружности с меньшим радиусом, чем исходный. Далее, мягкий антифрикционный материал плавится и выдавливается с поверхности вкладыша, после чего начинается непосредственный контакт шейки вала со стальной основой вкладыша.

Подшипник, получивший такие значительные повреждения, резко меняет режим работы, даже если подача масла будет восстановлена до нормального уровня. За счет значительного уменьшения толщины антифрикционного материала вкладыша резко увеличивается рабочий зазор между вкладышем и шейкой вала - с 0,05 мм до 0,2-0,5 мм и более.

При таком большом зазоре подшипник работает со стуком, поскольку масло не может заполнить все пространство в зазоре между валом и вкладышами и сохраняться там в течение всего времени работы. Вследствие того, что нагрузка на вал со стороны шатуна носит знакопеременный характер (сила на подшипник от давления газов сменяется противоположно направленной силе инерции от масс шатуна и поршня), масляный клин в подшипнике, работающем с чрезмерно большим зазором, разрушается. Это вызывает ударное соприкосновение вала и вкладыша в точках изменения знака нагрузки на противоположную, что характерно для нижней и верхней мертвых точек положения поршня [11]. Именно в этих положениях возникают ударные нагрузки в подшипнике, хорошо слышимые в двигателе, как стук.

Рис.71. Усилия, действующие на шатун и вызывающие ударные нагрузки и стук при
большом зазоре в подшипнике.
Рис.71. Усилия, действующие на шатун и вызывающие ударные нагрузки и стук при большом зазоре в подшипнике.

Характерно, что при работе с большим зазором ударные нагрузки на верхний и нижний шатунные вкладыши имеют различный характер (рис.71 и 72). Так, верхний вкладыш воспринимает большую часть нагрузки от силы давления газов, которая имеет сравнительно большую длительность по углу поворота коленвала. Напротив, нижний вкладыш испытывает, в основном, нагрузки от сил инерции шатуна и поршня. Этим может объясняться разница в повреждениях и степени износа нижнего и верхнего вкладышей в данной фазе разрушения.

Ударные нагрузки вызывают быстро прогрессирующий износ вкладышей, в результате которого в масло из зоны контакта поступает большое количество крупных частиц антифрикционного материала. Эти частицы подхватываются другими деталями и разносятся в зоны контакта других пар трения. Однако вследствие низкой твердости материала рабочего слоя вкладышей заметного износа других деталей, как правило, не наблюдается.

Так, на стенках цилиндров явно видны продольные блестящие полосы (рис.28, 44- 46), которые возникли при попадании мягких частиц - продуктов разрушения антифрикционного слоя вкладышей, на поверхность цилиндров в результате разбрызгивания масла коленчатым валом. Данный дефект поверхности имеет очень малую глубину - доли микрона, и фактически связан с полировкой поверхности цилиндра мягкой частицей, попавшей в зазор между юбкой поршня и цилиндром. Напротив, отдельные более глубокие риски связаны с попаданием на стенку твердых стальных частиц при разрушении основы вкладышей. Указанная причина повреждения цилиндров подтверждается тем, что 3-й (средний) цилиндр имеет больше рисок на стенке (рис.45), чем крайние (рис.44 и 46), поскольку основной источник образования и распространения частиц располагался в средней части двигателя на 3-й шатунной шейке.

Рис.72. Изменение направления ударных нагрузок на шатунную шейкпри повороте
коленчатого вала.
Рис.72. Изменение направления ударных нагрузок на шатунную шейкпри повороте коленчатого вала.

Помимо этого, при значительном уменьшении подачи масла к коленчатому валу ухудшается и разбрызгивание масла, поступающего к подшипникам. В результате количество масла, попадающего на стенки цилиндров, также уменьшается. Однако юбки поршней исследуемого двигателя имеют специальное антифрикционное покрытие на основе графита (рис.39), обеспечивающего надежную работу ЦПГ даже в условиях недостаточной смазки. В соответствии с этим повреждения юбок поршней и цилиндров (риски) были обусловлены главным образом попаданием на цилиндры частиц разрушенных деталей, а не задирами от недостатка смазки.

После полного разрушения рабочего слоя и начала контакта шейки вала со стальной основой вкладыша износ приобретает катастрофически быстрый характер, однако без явных повреждений большинства других трущихся пар двигателя, поскольку частицы разрушения достаточно крупные и, попадая в масло, задерживаются сеткой маслоприемника или масляным фильтром.

При значительном уменьшении уровня масла существенно ниже минимально допустимого заборное отверстие маслоприемника периодически оказывается выше уровня масла, силы всасывания на входе в маслоприемник резко уменьшаются за счет захвата воздуха на всасывании и оказываются недостаточными для поднятия крупных частиц со дна поддона картера. Кроме того, крупные частицы, прилипающие к сетке за счет сил всасывания, под действием силы тяжести легко падают обратно в поддон при захвате маслоприемником воздуха. Этим объясняется тот факт, что маслоприемник остался чистым (рис.60), несмотря на большое количество частиц разрушения деталей в поддоне.

На этом этапе, когда антифрикционный материал вкладыша полностью разрушен, нагрев деталей резко возрастает, тонкая стальная основа вкладышей разогревается до очень высоких температур (свыше 600-800°С). При такой температуре стальная основа вкладышей теряет прочность, что обычно приводит к чрезвычайно быстрому износу основы и выпадению остатков вкладышей из нижней головки шатуна.

Рис.73. Инструкция по эксплуатации автомобиля HONDA PILOT с указанием
допустимого расхода масла и технологии проверки его уровня.
Рис.73. Инструкция по эксплуатации автомобиля HONDA PILOT с указанием допустимого расхода масла и технологии проверки его уровня.

С другой стороны, сильный нагрев шатунного подшипника всегда вызывает перегрев нижней головки шатуна. При этом металл шатуна теряет прочность, что может вызвать обрыв шатуна по любому из сечений нижней головки. Кроме того, в результате нагрева теряют прочность и шатунные болты, что может привести к их деформации и обрыву. Как это следует из рис. 30, в рассматриваемом двигателе произошел именно обрыв болтов, поскольку обломки болтов имеют очень большую остаточную деформацию. При этом фрагменты нижней головки шатуна (рис.30) и шатунных вкладышей (рис.36) имеют характерный перегретый вид, что подтверждает тот факт, что подшипник 3-го шатуна испытывал сильный нагрев при работе в режиме масляного голодания.

Рис.74. Рекомендации о сроках проверки уровня масла в сервисной книжке автомобиля
HONDA PILOT.
Рис.74. Рекомендации о сроках проверки уровня масла в сервисной книжке автомобиля HONDA PILOT.

При обрыве болтов нагретые до высокой температуры крышка и нижняя головка шатуна принимают произвольное положение, что вызывает их разрушение при попадании между вращающимися противовесами коленвала и неподвижными стенками. При этом ударная локальная нагрузка на стенку блока может быть настолько велика, что попавший между коленвалом и стенкой обломок пробьет стенку блока насквозь (что и произошло в исследуемом двигателе - см. рис.23-25). Одновременно обломки деталей попали под противовес коленвала и масляный экран, что привело к его деформации и пробоине на поддоне картера. Кроме того, на данном двигателе шатунная шейка соседнего 4-го цилиндра расположена рядом с 3-й шатунной шейкой, поэтому разрушенные детали легко попали в плоскость качания 4-го шатуна между шатуном и стенкой блока цилиндров. В результате произошло разрушение этого шатуна в средней части, сопровождаемое разрушением 4-го поршня от чрезмерно большой боковой нагрузки и повреждение поверхности 4-го цилиндра обломками деталей. Поршень с обломком шатуна в 3-м цилиндре и часть поршня в 4-м цилиндре далее были вытолкнуты вверх и достали до клапанов в фазе их открытия, что вызвало их деформацию. Далее в процессе разрушения поршня 4-го цилиндра поршневой палец вышел из обломка верхней головки шатуна, провалился вниз и, попав между противовесом коленвала и стенкой блока, вызвал заклинивание двигателя. Через обломки поршня 4-го цилиндра масло поступило вверх к камере сгорания, при этом открытие клапанов создало в верхней части 4-го цилиндра условия, при которых масло поступило далее во впускной и выпускной каналы, в результате чего эти каналы и камера сгорания 4-го цилиндра оказались замаслены.

Именно такая картина является полностью соответствующей исследуемому двигателю, при этом найденные повреждения деталей полностью подтверждает описанный выше характер неисправности.

Таким образом, причиной неисправности двигателя, сопровождаемой разрушением вкладышей, шатунов и поршня с перегревом и повреждением шатунной шейки коленвала, является масляное голодание.

Однако характер повреждений не дает ответа на вопрос о причине возникновения режима масляного голодания и связанного с ним нарушения подачи масла. Поэтому для окончательного ответа на третий и последующие вопросы экспертизы необходимо более подробно рассмотреть все возможные причины, которые могут привести к повреждению шатунного вкладыша.

Причины, которые могут, в свою очередь, привести к возникновению режима масляного голодания в эксплуатации, можно разделить на 3 группы:

  1. Причины, связанные с дефектами производства отдельных деталей двигателя (в том числе, вкладышей подшипников коленчатого вала и сопряженных деталей).
  2. Причины, связанные с нарушениями подачи масла в системе смазки вследствие дефектов деталей и узлов системы смазки и/или сопряженных и прочих элементов конструкции двигателя.
  3. Причины, связанные с недостаточным количеством масла в двигателе в отдельные периоды его эксплуатации.
Поскольку кроме повреждения шатунных вкладышей 3-го шатуна никаких серьезных дефектов других вкладышей обнаружить не удалось (за исключением начальной фазы разрушения антифрикционного слоя), необходимо в 1-ю очередь рассмотреть поврежденные вкладыши с точки зрения возможного дефекта изготовления этих деталей.

Как известно [1], при определенных условиях рабочий слой вкладыша подвержен усталостному разрушению, при котором происходит выкрашивание частиц материала с образованием на рабочей поверхности дефектов в виде глубоких раковин. Усталостное разрушение характерно для переменной нагрузки при количестве циклов нагружения- раз гружения приблизительно около 105—106 и более циклов [1]. Пробегу автомобиля 30000 км со средней скоростью 40 км/час и частотой коленчатого вала двигателя 2000 об/мин соответствует приблизительно 108 циклов, что косвенно может подтвердить предположение о возможном усталостном характере разрушения вкладыша.

Однако, согласно практике эксплуатации и ремонта, усталостное разрушение вкладыша не носит быстрого и тем более мгновенного характера - при таком виде разрушения происходит постепенное, достаточно медленное разрушение рабочего антифрикционного слоя (так называемое усталостное выкрашивание [1]).

Начало разрушения вкладыша, в случае его производственного дефекта, может вызвать попадание частиц разрушения в зазор и последующий ускоренный износ обоих вкладышей. В этом случае попадание частиц, отделившихся от рабочего слоя вкладыша, в зазор между вкладышами и шейкой вала может вызвать также прилипание этих частиц к рабочей поверхности вкладыша и непосредственный их контакт с поверхностью шейки коленвала. В результате этого происходил бы локальный перегрев в зоне непосредственного контакта деталей, на валу образуются следы внедрившегося материала вкладыша, а также темные полосы перегрева. Вкладыши других подшипников при этом могут получить незначительные повреждения от мелких мягких частиц разрушения вкладыша 3-го шатуна, прошедших через фильтроэлемент масляного фильтра или через байпасный клапан фильтра.

Процесс разрушения в его начальный период в этом случае может носить довольно медленный характер - несколько тысяч километров пробега, далее за счет расширения зоны повреждений происходит уменьшение опорной поверхности вкладыша, для нормальной работы которого (без непосредственного контакта деталей) требуется все большее давление, подача и вязкость масла. В определенный момент нормальной подачи масла оказывается недостаточно, чтобы скомпенсировать чрезмерно возросшие удельные (на единицу опорной поверхности) нагрузки, возникает режим масляного голодания, и подшипник переходит в режим работы с непосредственным соприкосновением трущихся деталей. После этого начинается интенсивный износ вкладышей, причем по мере отрыва новых частиц от рабочего слоя износ все более прогрессирует, пока зазор в подшипнике не выходит за допустимые пределы. Дальнейшая работа подшипника с увеличенным рабочим зазором в течение последующих нескольких сотен километров пробега вызывает появление стука, быстро прогрессирующего во времени вместе с увеличением рабочего зазора.

Фактически наступление режима масляного голодания в данном случае может явиться следствием разрушения части рабочего слоя вкладыша, которое занимает определенное время (несколько тысяч километров пробега), однако дальнейший ускоренный износ происходит уже вследствие наступления этого режима и занимает в десятки раз меньшее время.

Подтверждением данной версии, а именно, усталостного характера разрушения шатунного вкладыша 3-го шатуна, могли бы стать следующие признаки: очень мелкая стружка, осевшая на дне поддона картера в течение длительного времени износа. внедрение мелких частиц в рабочий слой других вкладышей, наличие мелких частиц в масляном фильтре, а также характерная полированная поверхность цилиндров и внедренные в поверхность юбок поршней мелкие частицы. Однако детали двигателя не имеют данных признаков, что говорит о том, что разрушение вкладыша произошло в течение сравнительно короткого времени.

Таким образом, предположение о заводском дефекте вкладышей не соответствует характеру износа и повреждения деталей и не является достоверным применительно к исследуемому двигателю.

Другой возможной причиной может быть нарушение подачи масла вследствие дефекта агрегатов и элементов системы смазки, в 1-ю очередь - масляного насоса и маслоприемника. Среди наиболее распространенных дефектов данного типа - заклинивание редукционного клапана, поддерживающего в системе смазки заданное давление, а также коксование (засорение) сетки маслоприемника. Однако исследование деталей маслонасоса и маслоприемника не подтверждают эту версию - редукционный клапан маслонасоса полностью исправен, какие-либо следы заеданий, заклинивания или прочих дефектов отсутствуют, маслоприемник чистый, а незначительные полосы на рабочей поверхности корпуса маслонасоса не являются дефектом и образовались в результате попадания в насос частиц разрушенного антифрикционного слоя вкладышей (рис.57). Кроме того, в поддоне картера найдены только частицы разрушенных деталей, при этом частицы нагара, которые могли бы вызвать засорение сетки маслоприемника, отсутствуют, а количество нагара на внутренних стенках других деталей двигателя незначительно, чтобы вызвать образование крупных частиц нагара и попадание их в масло.

Таким образом, предположение о дефекте в системе смазки также не соответствует состоянию деталей, подобный дефект не может быть причиной неисправности исследуемого двигателя.

В целом оба предположения не соответствуют характеру износа и повреждения деталей, неисправность двигателя не имеет причинно-следственной связи с его производством, то есть неисправность двигателя не связана с каким-либо заводским дефектом.

Третьей возможной причиной возникновения найденных неисправностей двигателя может явиться непосредственно масляное голодание, возникающее при полностью исправных узлах и агрегатах двигателя и системы смазки. В эксплуатации такой режим может возникнуть вследствие различных причин.

Наиболее частой причиной нештатной работы системы смазки является падение уровня масла ниже минимально допустимого, соответствующего метке "MTN" на масломерном щупе или моменту срабатывания датчика недостаточного уровня масла (для автомобилей, оборудованных таким датчиком). Для рассматриваемого случая владелец автомобиля мог ориентироваться только на масломерный щуп, поскольку сигнализация о недостаточном уровне масла не предусмотрена в данной комплектации автомобиля.

Как известно, производитель указывает максимально допустимый расход масла в двигателе до 1 л масла за 1000 км пробега автомобиля [2,3]. При этом владелец автомобиля обязан контролировать количество масла в двигателе регулярно, особенно в начальный период эксплуатации. Инструкция по эксплуатации и сервисная книжка автомобиля HONDA PILOT [2,3] дают рекомендацию проверять уровень масла перед каждой поездкой.

Обычно за время эксплуатации расход масла постепенно уменьшается за счет приработки деталей. Однако при отсутствии контроля над уровнем масла со стороны водителя и при условии, что последнее техническое обслуживание было выполнено при пробеге около 13500 км, за промежуток между этим ТО и обнаружением дефекта двигателя (около 16800 км) падение уровня масла ниже минимально допустимого представляется эксперту вполне вероятным.

Исследование деталей цилиндропоршневой группы, проведенное в рамках данной работы, не выявило каких-либо отклонений деталей от нормы, как в части внешних признаков, так и в их размерах, которые могли бы вызвать повышенный расход масла двигателя. Кроме того, отсутствие масла в корпусе воздушного фильтра (рис.61), на фильтроэлементе (рис.62) и воздуховодах впускной системы (рис.63), а также в приемном патрубке катализатора (рис.54) однозначно свидетельствует о том, что состояние цилиндропоршневой группы на момент поломки было нормальным, давление в картере двигателя и расход масла, определяемые состоянием деталей цпг, не были повышенными. Вместе с тем из практики известно [1,6], что установление причин расхода масла в двигателе менее 0,3 л на 1000 км не только крайне затруднительно, но чаще всего вообще невозможно. К тому же эта величина расхода масла допускается производителем, а также соответствует норме исходя из общепринятой практики.

С другой стороны, как показывает несложный расчет, при отсутствии должного контроля над уровнем масла даже умеренно расходующего его двигателя (к примеру, 0,2 л на 1000 км, что в пять (!) раз ниже максимально допустимого производителем расхода) опасная ситуация со снижением уровня масла в двигателе могла возникнуть за 16800 км пробега как минимум дважды. Кроме того, многолетняя практика ремонта показывает, что чрезмерно низкий уровень масла не всегда может быть замечен водителем по внешним признакам. Если в конструкции двигателя применяются гидрокомпенсаторы в приводе клапанов, водитель может обратить внимание на повышенный шум и характерный стук гидрокомпенсаторов, особенно, на холодном двигателе при повышении частоты вращения, когда холодное масло, имеющее повышенную вязкость, не успевает стекать в поддон. В исследуемом двигателе применяется механическая регулировка зазоров, при которой повышенного шума при недостаточной подаче масла не возникает.

Обычно разница в количестве масла в двигателе, соответствующая меткам "МАХ" и на масломерном щупе, составляет около 1 л (наиболее часто наблюдается на практике для большинства двигателей многих производителей). При этом уменьшение уровня масла ниже отметки "M1N" недопустимо, поскольку на определенных режимах (движение на непрогретом двигателе с ускорением или замедлением) это может вызвать кратковременное падение давления масла в результате захватывания воздуха маслоприемником. При нехватке 2 л уровень масла становится чрезмерно низким и представляет реальную опасность для двигателя, поскольку режимы падения давления масла становятся затяжными и достаточными для повреждения деталей.

Если принять, что критический уровень масла соответствует нехватке 2 л, то за 16800 км расход масла до появления опасности повреждения двигателя составил бы 120 см3 масла на 1000 км пробега. Это чрезвычайно низкая величина расхода масла, полностью соответствующая нормальному состоянию нового двигателя.

Как это следует из приведенных выше данных, в двигателе на момент осмотра было около 700 см3 масла. Пробоина в поддоне картера (рис.) расположена достаточно высоко, и ее уровень по высоте соответствует как минимум 1,5-2 л масла в поддоне. Другими словами, если в двигателе на момент поломки было достаточно масла, его осталось бы около 1,5-2 л, поскольку остальное вытекло бы через пробоину.

С другой стороны, при быстром вытекании масла на движущемся автомобиле происходит разбрызгивание масла потоком воздуха и характерное замасливание днища автомобиля. Однако такое замасливание днища на исследуемом автомобиле отсутствует (рис.З, 7), за исключением некоторого количества масла на защите картера (рис.4).

Указанные данные свидетельствуют о том, что на момент поломки масла в двигателе было менее 1,5-2 л, а это уже является не только недопустимым количеством для нормальной эксплуатации, но и прямой причиной поломки. При сливе масла из двигателя его количество было определено - около 700 см3. Тогда с учетом замасленного участка на защите картера исходное количество масла в момент поломки на самом деле не превышало 1 л - фактически в двигателе не хватало 3,5 л масла, что не могло не привести к выходу его из строя.

Следовательно, за 16800 км пробега после очередного ТО общий расход масла составил приблизительно 3,5 л, что соответствует расходу 210 см3 на 1000 км. Данная величина расхода масла также является абсолютной нормой и к тому же в 5 раз меньше максимально допустимого расхода масла, разрешенного производителем автомобиля [2,3].

Непосредственно перед поломкой двигатель работал на чрезмерно низком давлении масла, что было следствием его чрезвычайно низкого уровня в поддоне картера. Этот факт подтверждается кодом неисправности Р3400, записанным в блоке управления. Данный код означает, что система отключения цилиндров, имеющаяся в конструкции данного двигателя, перешла в аварийный режим, поскольку давления масла было недостаточно для ее функционирования.

Отсутствие 3,5 л масла в двигателе, помимо его естественного расхода, в общем случае может быть вызвано и другими причинами. На практике известно немало случаев, когда масло вытекало через негерметичный сальник коленчатого вала, дефектную прокладку или пробитый поддон картера. Однако, как это видно на рис. 52, верхняя часть двигателя полностью сухая. Двигатель снизу автомобиля также полностью сухой (рис.3,6,7,8), за исключением следов вытекания масла из пробоин, образовавшихся в момент поломки. Кроме того, как указано выше, в случае вытекания масла оно всегда разносится потоком воздуха под днищем автомобиля, вызывая его замасливание на очень большой площади вплоть до задней панели кузова. Поскольку днище полностью сухое, это говорит о том, что течи масла не было, а малое количество масла в двигателе на момент поломки обусловлено только его естественным расходом в процессе эксплуатации.

Таким образом, есть все основания утверждать, что возникновение неисправности двигателя связано исключительно с несвоевременным контролем уровня масла в эксплуатации владельцем автомобиля.

Основные особенности повреждения коленчатого вала и вкладышей подшипников, характерные для данного случая, изложены выше. В дополнение к этому необходимо отметить, что согласно опыта эксплуатации и ремонта большого числа двигателей [1,7] при недостаточном уровне масла в поддоне картера двигателя повреждения получают в 1-ю очередь шатунные подшипники, как наиболее нагруженные узлы двигателя. Напротив, коренные подшипники, а также подшипники распределительного вала чаще получают повреждения, как правило, в случае чрезвычайно быстрого и полного или почти полного прекращения подачи масла (например, вследствие повреждения поддона картера и вытекания масла), в то время как шатунные подшипники в подобном случае практически не получают серьезных повреждений.

Как было установлено при осмотре деталей, дефект имел место только на 3-м шатунном подшипнике, в то время как другие шатунные подшипники не получили серьезных повреждений. Такой факт известен из практики [1] и может быть непосредственно связан с сочетанием допусков на изготовление коленчатого вала и сопряженных деталей.

Как известно, питание маслом каждой шатунной шейки осуществляется в двигателе от соседней коренной шейки. Очевидно, что при уменьшении подачи масла к коленчатому валу ухудшается охлаждение подшипников, в результате чего температура масла в них возрастает. При этом коренной подшипник, имеющий меньший рабочий зазор с шейкой вала, будет иметь худшие условия работы при недостаточной подаче масла, поскольку трение и температура масла в нем будут выше.

Аналогично шатунный подшипник с несколько меньшим, но в пределах заводского допуска, зазором будет иметь в таких нештатных условиях более высокую температуру, нежели подшипник с большим зазором. Как показывает практика, несмотря на жесткие допуски производства, зазоры в подшипниках коленчатого вала нередко имеют заметный разброс, поскольку величина зазора зависит от допусков на изготовление сразу 3-х деталей - вала, отверстия и вкладышей. В результате случайного сочетания допусков в один из шатунных подшипников от коренной шейки будет поступать масло с более высокой температурой, чем в другие шатунные подшипники. Этот процесс носит случайный характер, поскольку из практики известно немало случаев повреждения как крайних, так и средних подшипников, расположенных на разных расстояниях от маслонасоса [1].

Поскольку более горячее масло имеет пониженную вязкость, в этом подшипнике раньше других возникнут условия для непосредственного контакта трущихся деталей, прямо ведущие к их повреждению. Однако на других шатунных подшипниках также возможно появление следов непосредственного контакта вкладышей с валом, к примеру, в виде блестящих полос и участков, что имеет место и в рассматриваемом случае. Данный эффект наиболее характерен для работы двигателя под нагрузкой на средних и высоких оборотах при недостаточном уровне масла в картере [1,7].

Именно такая картина наблюдается в исследуемом двигателе. Фактически в этом случае речь идет о том, что владелец автомобиля допустил нарушение правил эксплуатации автомобиля, выразившееся в несвоевременном контроле уровня масла, в то время как производитель в Инструкции по эксплуатации и сервисной книжке [2,31 рекомендует регулярно, перед каждой поездкой, проверять уровень масла в двигателе.

Тот факт, что двигатель имел некоторый незначительный расход масла, возможно, от 0,1 до 0,2 л на 1000 км, подтверждается небольшим количеством рыхлого нагара от сгоревшего масла, который был обнаружен на поверхностях днища поршней (рис.20, 22). Однако установить причину такого малого расхода масла технически невозможно, и, кроме того, данная задача выходит за рамки настоящего исследования.

Еще одна возможная причина повреждения вкладышей в результате масляного голодания может быть связана с неблагоприятными погодными условиями, в частности, очень низкими температурами. В сочетании с маслом, имеющим повышенную вязкость при низкой температуре, запуск двигателя и быстрое начало движения без его прогрева могут вызвать повреждения вкладышей, аналогичные описанным выше.

Однако эксперт не считает такое предположение вероятным по причине отсутствия сильных морозов в течение времени эксплуатации автомобиля с момента выполнения очередного ТО. Кроме того, при техническом обслуживании в двигатель было налито синтетическое маловязкое масло с индексом вязкости 5W40, обеспечивающим надежную смазку деталей в условиях запуска при низких температурах. При этом конструкция двигателя полностью соответствует условиям круглогодичной эксплуатации в самом широком диапазоне температур. Указанные факторы позволяют сделать вывод о том, что низкие температуры окружающей среды не могут быть причиной серьезных повреждений исследуемого ДВС.

Таким образом:

Возникновение неисправности двигателя связано исключительно с несвоевременным контролем уровня масла в эксплуатации владельцем автомобиля. При этом владельцем было допущено нарушение требований Инструкции по эксплуатации автомобиля, выразившееся в несвоевременном контроле уровня масла, в то время как производитель в Инструкции по эксплуатации рекомендует регулярно, перед каждой поездкой, проверять уровень масла в двигателе. Предположения о заводском дефекте вкладышей и/или дефекте в системе смазки не соответствуют фактическим данным по характеру износа и повреждения деталей. Неисправность двигателя не имеет причинно-следственной связи с его производством и не может быть связана с каким-либо заводским дефектом.

Для ответа на 5-й вопрос:

Могла ли неисправность двигателя возникнуть вследствие применения моторного масла несоответствующего качества и/или его несвоевременной замены?

необходимо отметить следующее.

Согласно результатам исследования масла (рис.76), моторное масло в двигателе является старым, его остаточный ресурс отсутствует, что в целом является следствием его длительной (16800 км) работы после прохождения автомобилем очередного ТО. Действительно, при длительной работе моторного масла в двигателе оно испытывает воздействие многих неблагоприятных факторов, среди которых температурное воздействие от нагретых деталей, разжижение топливом, попадание конденсата воды из картерных газов и др. В результате происходит постепенное изменение характеристик масла - увеличение его вязкости за счет испарения легких фракций и химического преобразования их в более тяжелые, а также уменьшения содержания присадок (так называемое «срабатывание» присадок). Поэтому к концу срока службы масла, определяемого производителем автомобиля величиной межсервисного пробега автомобиля (15000 км для HONDA PILOT [2,3]), масло имеет несколько более высокую вязкость и плотность при пониженном содержании присадок. Это нормальный процесс, при котором масло еще сохраняет свои смазочные свойства, достаточные для нормальной работы двигателя.

При уменьшении количества масла в двигателе ниже предельно допустимого и наступлении режима масляного голодания температура масла значительно возрастает выше средних значений (100-120°С), поскольку масло испытывает сильное температурное воздействие от перегретых деталей двигателя. При этом воздействие температуры 600- 700°С, до которой были нагреты 3-я шатунная шейка коленчатого вала, нижняя головка 3- го шатуна и вкладыши, является для масла нештатным - при указанной температуре деталей моторное масло в двигателях не применяется. Такое воздействие оказывает неконтролируемое влияние на свойства масла и тем сильнее, чем меньше количество масла в двигателе, что будет сопровождаться не только быстрым нагревом и испарением из масла более легких фракций, но и еще более быстрым уменьшением количественного содержания в нем присадок, определяемого щелочным числом.

Такие нештатные условия работы неизбежно приводят к быстрому изменению и ухудшению всех основных свойств масла. Это подтверждается результатами химического анализа масла (рис.76), где вязкость масла заметно выше исходной, а щелочное число - ниже.

После разрушения поршня 4-го цилиндра коленчатый вал двигателя продолжал вращаться - по крайней мере, он сделал еще какое-то количество оборотов, прежде чем поршневой палец выпал из обломка 4-го шатуна и попал между противовесом коленчатого вала и стенкой блока цилиндров, вызвав заклинивание двигателя. Поскольку данное вращение сопровождалось подачей топлива форсунками, а поршень 4-го цилиндра был уже разрушен, это привело к поступлению бензина в масло через обломки 4-го поршня.

Этот факт подтверждается снижением параметра «температура вспышки» масла при попадании в него легких фракций бензина. При этом количество поступившего в масло бензина, имеющего малую вязкость и пониженную по сравнению с маслом плотность, было невелико, поскольку он не вызвал снижения вязкости и плотности масла. Это также свидетельствует о том, что после разрушения поршня двигатель проработал очень малое время - всего несколько секунд, в противном случае вязкость и плотность масла могли бы быть заметно снижены.

Помимо этого, обращает на себя внимание тот факт, что в масле не были найдены механические примеси. Как указано выше, в случае, если износ деталей (к примеру, при наличии заводского дефекта) имеет сравнительно медленный характер, в масле неизбежно появляются мелкие частицы - продукты износа деталей. Размер частиц зависит от многих факторов, но при наличии «медленного» износа масло должно содержать частицы малого размера - менее 40-50 мкм. Поскольку таких частиц не найдено, характер износа и разрушения деталей был сравнительно быстрым, с образованием преимущественно крупных частиц, которые задерживались не только масляным фильтром, но и, возможно, крупной сеткой маслоприемника. Это подтверждает описанную выше картину сравнительно быстрого разрушения вкладышей в режиме масляного голодания.

С другой стороны, для полноты картины необходимо рассмотреть случай, когда в результате ошибки при техническом обслуживании автомобиля масло было залито в количестве, меньшем необходимого. Тогда при строгом соблюдении Инструкции по эксплуатации владелец автомобиля обнаружил бы ошибку в обслуживании на следующий день, при пробеге не 16800 км, а как минимум в десятки раз меньшем. Поскольку двигатель с момента проведения ТО до поломки прошел 16800 км, а любая неисправность кривошипно-шатунного механизма (коленчатый вал, шатуны, вкладыши) приводит к поломке максимум за несколько сотен км пробега с момента ее возникновения [1], это означает, что, по меньшей мере, 16000 км с момента выполнения ТО двигатель работал нормально. Следовательно, исправление указанной ошибки в обслуживании состояло бы в простой проверке и доливке масла, а сама ошибка, если она и имела место, не вызвала бы для двигателя никаких последствий по причине ее заблаговременного исправления согласно требованиям Инструкции по эксплуатации.

В случае, если в двигатель при очередном техническом обслуживании было залито масло несоответствующего качества, возможные варианты развития событий были бы следующими:

  1. Образование на внутренних поверхностях стенок двигателя больших отложений со специальными свойствами - мазеобразных, рыхлых, с поступлением крупных частиц нагара в моторное масло (поддон картера). Особенно большой слой отложений был бы расположен на внутренних поверхностях крышек головок блока цилиндров [1].
  2. Закоксовывание поршневых колец в канавках поршней, в 1-ю очередь, маслосъемных [4,5,6].
  3. Большое количество нагара на днище поршней, боковой поверхности огневого пояса поршней, клапанах и камерах сгорания [4,5,6].
Однако нагарообразование на деталях двигателя не соответствует ни одному из перечисленных признаков низкого качества масла - нагар на деталях есть, но его количество не превышает известных из практики норм [1,4,5,6,8] и характеризует нормальную работу двигателя. Это косвенно свидетельствует о том, что в течение всего времени эксплуатации с момента прохождения ТО до момента поломки двигателя применялось моторное масло надлежащего качества.

Таким образом, свойства моторного масла, слитого из двигателя после возникновения неисправности, полностью соответствуют тем условиям, которые возникли в результате эксплуатации двигателя при недопустимо низком уровне масла. Поскольку процесс старения масла и срабатывания присадок был сильно ускорен и принял неконтролируемый характер вследствие значительного температурного воздействия от перегретых в режиме масляного голодания деталей, сравнение испытанных образцов масла и исходного сорта, залитого в двигатель при очередном техническом обслуживании, некорректно, и однозначно ответить на вопрос о том или ином «качестве» исследуемого масла не представляется возможным. Вместе с тем, косвенные признаки, в том числе, нормальное для двигателя количество нагара на деталях, свидетельствуют о том, что в течение всего времени эксплуатации с момента прохождения ТО до момента поломки двигателя применялось моторное масло надлежащего качества.

Следовательно, неисправность двигателя не имеет причинно-следственной связи с возможными ошибками при выполнении сервисных работ, в том числе, с заливкой недостаточного количества масла при его замене и/или с применением масла несоответствующего качества, в связи с длительной, в течение 16000 км пробега, нормальной работой двигателя после прохождения ТО и отсутствием сильного нагарообразования на внутренних деталях двигателя.

выводы

  1. Двигатель J35Z4 №1058345 автомобиля HONDA PILOT YF4, VIN: 5FNYF48409B40381, имеет серьезные неисправности и поломки.
  2. На поддоне картера пробоина диаметром около 15 мм в верхней части. Количество масла, слитого из двигателя, чрезвычайно мало - около 700 см . Блок цилиндров имеет 3 пробоины. Коленчатый вал деформирован и заклинен в результате попадания поршневого пальца 4-го поршня между щекой коленчатого вала и стенкой блока. 3-я шатунная шейка сильно перегрета и имеет характерный черный цвет, нижняя головка шатуна на шейке отсутствует, шатун 3-го цилиндра полностью разрушен, вкладыши 3-го цилиндра полностью разрушены и имеют следы сильного перегрева, плавления и деформации. Обломки нижней части 3-го шатуна сильно перегреты и пластически деформированы. Шатун 4-го цилиндра оборван по средней части стержня. Поршень 4-го цилиндра полностью разрушен, а поршень 3-го цилиндра деформирован. Клапаны 3-го и 4-го цилиндров также деформированы вследствие удара поршней. Остальные детали имеют незначительные дефекты или не имеют их вообще.
  3. Разрушение 3-го шатунного подшипника (нижняя головка шатуна, шатунная шейка и вкладыши), сопровождаемое сильным перегревом, потерей прочности и разрушением 3-го шатуна, является главной и единственной причиной поломки двигателя. Все прочие дефекты и поломки в двигателе, в том числе, разрушение 4-го шатуна и поршня, деформация клапанов, пробоины в стенках блока и поддона картера, являются вторичными и произошли как последствия первичного разрушения 3-го шатуна. Указанная причинно-следственная связь подтверждается многолетним опытом эксплуатации и ремонта большого числа двигателей.
  4. Исследованием установлено, что причиной неисправности двигателя было возникновение режима масляного голодания, при котором происходил непосредственный контакт трущихся деталей - шатунных вкладышей 3-го шатуна и шейки вала. В результате этого детали испытывали воздействие высоких температур, что привело к разрушению рабочего слоя вкладышей 3-го шатуна, перегреву шатунной шейки коленчатого вала и шатуна с последующим его разрушением. Обломки деталей при попадании в плоскость качания соседнего 4-го шатуна вызвали его поломку вместе с разрушением поршня, попадание фрагментов деталей между противовесами коленвала и стенками блока, что привело к появлению пробоин на блоке и поддоне картера, а также деформации клапанов 3 и 4-го цилиндров.
  5. За 16800 км пробега после очередного ТО общий расход масла в двигателе составил приблизительно 3,5 л, что соответствует расходу 210 см на 1000 км пробега. Данная величина расхода масла является абсолютной нормой и к тому же в 5 раз меньше максимально допустимого расхода масла, разрешенного производителем автомобиля.
  6. На момент поломки масла в двигателе было не более 1 л, что является не только недопустимым количеством для нормальной эксплуатации, но и прямой причиной поломки.
  7. Возникновение неисправности двигателя связано исключительно с несвоевременным контролем уровня масла в эксплуатации владельцем автомобиля. При этом владельцем было допущено нарушение требований Инструкции по эксплуатации автомобиля, выразившееся в несвоевременном контроле уровня масла, в то время как производитель в Инструкции по эксплуатации рекомендует регулярно, перед каждой поездкой, проверять уровень масла в двигателе.
  8. Факт несвоевременного контроля уровня масла и эксплуатации автомобиля с недопустимо низким уровнем масла подтверждается тем, что при появлении пробоин на блоке цилиндров и поддоне картера не произошло вытекания значительного количества масла, а блок управления записал в памяти код неисправности системы отключения цилиндров, свидетельствующий о работе двигателя с низким давлением масла.
  9. Предположения о заводском дефекте деталей цилиндропоршневой группы, вкладышей и системы смазки не соответствуют фактическим данным по характеру износа и повреждения деталей. Таким образом, неисправность двигателя не имеет причинно-следственной связи с его производством и не может быть связана с каким-либо заводским дефектом.
  10. Свойства моторного масла, слитого из двигателя после возникновения неисправности, полностью соответствуют тем условиям, которые возникли в результате эксплуатации двигателя при недопустимо низком уровне масла. Поскольку процесс старения масла и срабатывания присадок был сильно ускорен и принял неконтролируемый характер вследствие значительного температурного воздействия от перегретых в режиме масляного голодания деталей, сравнение испытанных образцов масла и исходного сорта, залитого в двигатель при очередном техническом обслуживании, некорректно, и однозначно ответить на вопрос о том или ином «качестве» исследуемого масла не представляется возможным. Вместе с тем, косвенные признаки, в том числе, нормальное для двигателя количество нагара на деталях, свидетельствуют о том, что в течение всего времени эксплуатации с момента прохождения ТО до поломки двигателя применялось моторное масло надлежащего качества.
  11. Неисправность двигателя не имеет причинно-следственной связи с возможными ошибками при выполнении сервисных работ, в том числе, с заливкой недостаточного количества масла при его замене и/или с применением масла несоответствующего качества, в связи с длительной, в течение 16000 км пробега, нормальной работой двигателя после прохождения ТО и отсутствием сильного нагарообразования на внутренних деталях двигателя.
  12. Прочие причины, такие как влияние на работу двигателя и его системы смазки низких температур, не являются, по мнению эксперта, вероятными и заслуживающими внимания.

Эксперт-автотехник 1-й категории, кандидат технических наук, Ген.директор ООО "СМЦ "АБ-Инжиниринг" А.Э.Хрулев

Александр Хрулев, канд. техн. наук, директор фирмы «АБ-Инжиниринг»