Первый автосервисный журнал
Издается с 1997 года

«Экспертиза технического состояния и причины неисправностей автомобильной техники». Отрывок из книги

«Экспертиза технического состояния и причины неисправностей автомобильной техники». Отрывок  из книги

5. Исследование технического состояния двигателя

Нарушение технологии механической обработки деталей

Значительное количество дефектов может появиться у деталей при нарушении технологии изготовления, в том числе несоблюдения режимов литья, обработки давлением, резания или шлифования, охлаждения, изменения состояния инструмента, больших и/или неравномерных припусков и т. д. В результате детали могут в целом получить следующие виды производственных дефектов:

• нарушение целостности (поры, трещины, разрывы);

• несоответствие размеров (выход размера за пределы допуска);

• несоответствие формы поверхностей при изгибе, скручивании, деформации (некруглость, неплоскостность);

• несоответствие взаимного расположения поверхностей (несоосность, биение, неперпендикулярность, непараллельность);

• несоответствие физико-механических свойств (отпуск, прижоги).

Нарушения целостности (в том числе механические повреждения) деталей возникают как на этапе получения заготовки, так и при последующей механической обработке вследствие различных и весьма многочисленных факторов:

• превышения допустимых локальных нагрузок, которые воздействуют на заготовку детали в процессе ее холодного или горячего формования (например, при штамповке или при охлаждении в литейной форме);

• нарушения режимов литья, вызывающего появление пор в материале, когда литейная форма не заполняется полностью расплавленным материалом;

• неправильных режимов механической обработки и охлаждения детали (поверхностные трещины).

Дефекты механической обработки возникают в процессе обработки металлов резанием в следующем виде:

• отделочные микротрещины в поверхностном слое детали, наклепанном в результате воздействия режущего инструмента;

• шлифовочные трещины на обрабатываемой поверхности (чаще встречаются на деталях, изготовленных из металлов с высокой твердостью);

• остаточные растягивающие внутренние напряжения.

Такие дефекты способствуют появлению усталостных трещин в процессе последующей эксплуатации двигателей и этим представляют большую опасность, поскольку ведут к разрушению деталей.

Изменение размеров и формы (нецилиндричность, неплоскостность и т. д.), изменение взаимного расположения поверхностей (неперпендикулярность, несоосность и т. д.) происходит при производстве не только от несоблюдения режимов обработки, но и от внутренних напряжений, создающих в детали остаточные деформации. Такие деформации могут увеличиваться с течением времени при воздействии рабочих температур (релаксация напряжений), что может привести к выходу размеров и формы детали за допуски при эксплуатации, вызвав ускоренный износ вследствие появления дополнительных нагрузок и другие повреждения, в том числе усталостные поломки.

В бензиновом двигателе V‑8 автомобиля представительского класса после пробега около 80 тыс. км появился и начал быстро прогрессировать расход масла. К 85 тыс. км пробега он явно превысил 1,0 л на 1000 км, что вынудило владельца обратиться к дилеру. После всех необходимых предварительных проверок, включая осмотр цилиндров эндоскопом (который показал наличие повреждений в цилиндрах) и замер компрессии (которая оказалась пониженной в некоторых цилиндрах), были произведены демонтаж и разборка двигателя.

При исследовании деталей выяснилось, что некоторые цилиндры и юбки поршней сильно задраны. Помимо этого, на огневом поясе всех поршней наблюдались задиры и полированные участки, свидетельствовавшие о качании (перекладке) поршней в цилиндрах. Поскольку часть поршей была повреждена задирами, а другая часть могла быть изношена, были выполнены точные измерения диаметров цилиндров в неизношенных сечениях – сверху, выше пояса остановки верхнего кольца, и снизу параллельно оси коленвала.

Задиры на поршнях и цилиндрах образовались в результате износа покрытия на поршнях, вызванного чрезмерно большими зазорами поршней в цилиндрах и ударными нагрузками при перекладке, возникшими вследствие несоблюдения допусков на диаметр цилиндра при производстве блока цилиндров
Задиры на поршнях и цилиндрах образовались в результате износа покрытия на поршнях, вызванного чрезмерно большими зазорами поршней в цилиндрах и ударными нагрузками при перекладке, возникшими вследствие несоблюдения допусков на диаметр цилиндра при производстве блока цилиндров

Сравнение результатов измерений с данными документации производителя показало, что ни один цилиндр в неизношенных сечениях не находится в допуске – диаметры всех цилиндров превышают максимально допустимый, некоторые значительно. Так, два цилиндра были увеличены по сравнению с другими на 0,10 мм, что согласно документации допускалось при использовании технологической группы поршней с увеличенным на 0,10 мм размером. В целом же превышение всех диаметров над верхним пределом допуска у остальных цилиндров составляло 0,03–0,07 мм.

Учитывая, что номинальный зазор юбки поршня в цилиндре должен быть около 0,02 мм, такое превышение диаметра цилиндра приводило к увеличению зазора в 2,5–5 раз. Именно этим объясняется перекладка поршней в цилиндрах. Однако при перекладке возникает ударная нагрузка на юбку, что провоцирует ее ускоренный износ. Поскольку в данном двигателе цилиндры выполнены из алюминиевого сплава (с большим содержанием кремния), а для обеспечения работоспособности поршни из аналогичного сплава покрыты железом, ударные нагрузки привели к быстрому изнашиванию железного покрытия. Как только покрытие стерлось до алюминиевой основы, пошел нештатный контакт близких по составу мягких алюминиевых сплавов цилиндра и поршня, что и привело к задиру.

Несмотря на то что дилер, как это часто бывает, стремился во что бы то ни стало доказать эксплуатационное повреждение, вывод исследования был однозначен – причиной неисправности двигателя явился производственный дефект, а именно дефект механической обработки цилиндров в виде несоответствия их размеров документации производителя.

В некоторых случаях невыдерживание размеров при механической обработке может вообще привести к нарушению работы отдельных систем двигателя.

Автомобиль бизнес-класса с двигателем V‑6 3,5 л был приобретен владельцем на вторичном рынке с хорошим дисконтом, хотя имел пробег всего около 40 тыс. км. Вскоре владелец понял, почему цена оказалась меньше рыночной – на холостом ходу явно ощущался повышенный шум цепи газораспределения. Однако предпринятая владельцем попытка замены всего цепного механизма оказалась не слишком действенной – шум несколько уменьшился, но не пропал, а через довольно короткое время эксплуатации опять вернулся к прежнему уровню.

Исследование причины неисправности оказалось достаточно кропотливым делом. Вначале были проведены проверки натяжения цепи, в результате которых было установлено, что в гидравлический натяжитель цепи вообще не поступает масло. Затем было изучено устройство системы смазки, откуда выяснилось, что масло к натяжителю цепи, расположенному на блоке цилиндров, должно поступать сверху через правую головку блока цилиндров от передней опоры распределительного вала. Для проверки каналов была демонтирована головка блока цилиндров, при осмотре которой было обнаружено, что канал подачи масла от передней опоры распредвала вниз к натяжителю… глухой.

Производственный дефект головки блока цилиндров – недосверленное смазочное отверстие – явился причиной шума цепи газораспределения вследствие отсутствия подачи масла к гидронатяжителю цепи
Производственный дефект головки блока цилиндров – недосверленное смазочное отверстие – явился причиной шума цепи газораспределения вследствие отсутствия подачи масла к гидронатяжителю цепи

Таким образом, причиной неисправности оказался производственный дефект головки блока цилиндров – некачественная механическая обработка смазочного отверстия, выразившаяся в недостаточной глубине сверления при производстве головки блока цилиндров. Остается только гадать, как двигатель с таким производственным дефектом смог пройти 40 тыс. км…

Физико-механические свойства материала поверхностей деталей могут быть нарушены не только при несоответствующей химико-термической обработке, но также изменены при нештатном нагреве в процессе механической обработки. Это может вызвать ухудшение свойств сердцевины детали, ее упрочненного поверхностного слоя и проявиться в снижении поверхностной твердости и общих прочностных свойств. В дальнейшем дефекты данного вида могут привести к ускоренному износу или даже усталостной поломке разупрочненной детали. Однако дефекты такого рода в практике исследования неисправностей двигателей массового сектора встречаются достаточно редко.

В целом, рассматривая производственные дефекты, связанные с механической обработкой деталей, следует отметить, что как и все виды дефектов, они требуют от исследователя аккуратности и терпения. Дело в том, что большинство описанных дефектов данного вида проявляются уже в эксплуатации, когда на их признаки накладываются эксплуатационные износ или повреждения. В таком случае найти причину неисправности можно только в случае расмотрения и детального анализа всех признаков и соответствующих им возможных причин неисправности.

То же самое относится и к дефектам материала деталей.

Александр Хрулев

Сергей Лосавио

Владимир Дроздовский

Адрес редакции

111033 Москва, ул. Самокатная, 2а, стр.1, офис 313

На карте

Контакты

Тел.: (495) 361-1260

E-mail: отправить письмо

Социальные сети

Журнал «АБС-авто» © 2018, все права защищены