Если двигатель «троит» – это неисправность стандартная или «эксклюзивная»?
Леонид Вениаминович Мадорский, кандидат технических наук. В настоящее время работает в ФГБОУ ВО «Ростовский государственный университет путей сообщения» на факультете «Дорожно-строительные машины», доцент кафедры «Эксплуатация и ремонт машин». Кафедра готовит специалистов по подъемно-транспортным, строительным и дорожным машинам и по сервису транспортных средств и автомобильному сервису. Основное направление исследований Л. В. Мадорского – «Диагностирование современных двигателей и АКПП по внешним признакам».
Андрей Анатольевич Кучеренко, инженер, окончил Горловский автомобильный институт (Украина). В настоящее время успешно занимается ремонтом автомобилей в Ростове-на- Дону.
А как хорошо все начиналось. Покупка Volkswagen Golf IV виделась весьма удачной – состояние кузова и салона вполне соответствовали всем ожиданиям от автомобиля 2002 года. Картинку слегка омрачал единственный и, как казалось, маловажный дефект – двигатель «троил» на холостых оборотах, но на мощностных режимах работали все четыре цилиндра. Было высказано предположение, что неустойчивая работа двигателя самоустранится в результате форсированной работы силового агрегата при совершении марш-броска свыше 1000 км до родного города.
Подыгрывала такому оптимизму и некоторая практика. Она подсказывала, что налицо стандартная неисправность, которая досконально изучена и не потребует значительного времени на ее устранение и, главное, – чрезмерных расходов. В общем, привлекательная цена покупки и уверенность в хороших навыках эксплуатации двигателей зарубежных автомобилей перевесили.
Домой возвращались ночью на скоростях выше рекомендованных. Таким образом в полном объеме предполагалось обеспечить процесс самоочищения дефектной свечи зажигания. На высоких оборотах не ощущались тряска двигателя и рабочие дефекты. Расход топлива вроде бы соответствовал номинальным значениям эксплуатации данного ТС по загородным дорогам.
Однако по возвращении в Ростов-на-Дону оптимизма поубавилось – плавающий характер неисправности сохранился. После запуска холодного двигателя бодро работали все четыре цилиндра, но по мере прогрева начиналась прежняя тряска двигателя, вызывающая заметное дрожание кузова. Наступило время предметно познакомиться с приобретенным «народным автомобилем». Пока только на основе имеющихся теоретических знаний и с помощью метода определения неисправности ДВС по внешним проявлениям работающего двигателя.
Итак, переднеприводный автомобиль Volkswagen Golf IV имеет поперечно расположенный бензиновый двигатель мощностью 75 л. с. Газораспределительный механизм DOHC управляет работой 16 клапанов: по 4 на каждый цилиндр. При знакомстве с технической документацией на автомобиль порадовало заключение специалистов, указавших на главное преимущество малолитражного ДВС (рабочий объем 1,4 л) – отсутствие серьезных недостатков и недорогой ремонт.
Анализ работы двигателя по результатам ночного пробега и опыт устранения похожих неисправностей подсказывали, что основной источник таких проблем следует искать в системе зажигания, которая для данного автомобиля реализована в виде «катушек на свечах».
Чтобы сходу не залезать в глубокую диагностику, как водится, начали с самых простых операций – замены свечей зажигания. Решили, что установка новых свечей может исправить работу двигателя, а может «закамуфлировать» причины отказа в работе дефектного цилиндра по другим причинам. Вывернули свечи. Темный цвет изолятора вывернутой свечи первого цилиндра указывал либо на слабую искру, либо на низкую компрессию в цилиндре. Замена свечей не помогла, поэтому стали менять местами катушки зажигания в целях проверки их работоспособности. Результат оставался прежним – прогретый первый цилиндр продолжал «троить».
Подошло время воспользоваться специальными средствами углубленной диагностики, поэтому дальнейшая работа с автомобилем перешла в руки профессионалов (электрика, моториста и механика) и выполнялась без участия авторов статьи. Материал готовился авторами на основе бесед с ремонтниками.
Сканер подтвердил наличие пропусков воспламенения в первом цилиндре. Теперь под подозрением оказалась топливная система. Простая замена форсунок местами не изменила характера работы двигателя. Проверка поступления на форсунку сигнала управления прошла без замечаний. Все форсунки были почищены, в бензонасосе заменился сетчатый фильтр. На холостых оборотах двигатель по-прежнему работал без первого цилиндра.
Дальше по списку «подозреваемых» располагался впускной коллектор. Для проверки его герметичности применили генератор дыма. Версия не подтвердилась. В очередной раз сняли головку блока цилиндров. «Твинкамовская» головка блока ДВС состоит из верхней и нижней частей (фото 1).
Верхняя часть – корпус распределительных валов – одновременно является и крышкой головки блока. Важное конструктивное решение в головке блока: оба распределительных вала монтируются в названный корпус, имеющий три неразъемные опоры (фото 2).
В нижней части головки блока, в колодцах, размещены свечи зажигания, в приводах клапанов – роликовые гидрокомпенсаторы (фото 3).
«Железный» характер неисправности проверялся мотористами методом исключения: все подозреваемые детали были заменены или подвержены механической обработке. Установили новые клапаны, притерли их к седлам и проверили на герметичность. Прислушались к очередному совету и шлифанули головку блока цилиндров. Возможно, вспомнили, что первоначальное снятие головки осуществлялось легко и без расслоения прокладки.
Оставалось заменить электронный блок управления (ЭБУ). По понятным причинам на разборке приобрели блок, который ранее принадлежал такому же «Фольку». Неродной блок автомобиль не «увидел». Быстро разобрались, что следует «привязать» ЭБУ к иммобилайзеру автомобиля. Для отечественных специалистов не существует препятствий, которые нельзя преодолеть. Хирургическим путем информацию из памяти подозреваемого ЭБУ «перелили» в новый. Организованная насильственным образом такая «женитьба» чужого блока управления с нашим автомобилем двигателю не помогла – у него по-прежнему работали только три «горшка».
Сэкономленные при покупке деньги закончились. Владельцу автомобиля становилось все грустнее, но многовариантный характер коллективного поиска неисправности, его, как и остальных участников процесса, завел – денежная проблема ушла на задний план. Теперь искомая неисправность для автомобиля Volkswagen Golf IV переходила из статуса «стандартной» в «эксклюзивную».
В поддержании интереса к поисковому действу важную роль играли советчики. Их безграмотные рекомендации обычно заканчивались просьбами: обязательно рассказать о причинах неудовлетворительной работы двигателя на холостом ходу. (Один из мотивов написания данной статьи – реакция авторов на подобные просьбы.) Именно на этом этапе к работе подключился один из авторов статьи. В результате процесс диагностирования стал учитывать причинно-следственную связь возникшей неисправности.
Практика говорит, что среди неисправностей, встречающихся у ДВС, 60% имеют отношение к механической части двигателя. Очередное измерение компрессии при открытой дроссельной заслонке подтвердило ранее полученные результаты. В первом цилиндре – 13 кг/см2 за пять ходов поршня, в последующих цилиндрах – 13 кг/см2 за четыре хода поршня. Вывернутая после замера свеча зажигания первого цилиндра оказалась черной и опять мокрой.
Подключенный сканер подтвердил наличие кода неисправности, который «говорил» о пропусках воспламенения в первом цилиндре. Для измерения баланса цилиндров по мощности поочередно отключали зажигание во всех цилиндрах на работающем двигателе. Проверка для первого цилиндра сопровождалась заметным резким снижением скорости вращения коленчатого вала. Также интересным результатом показалось небольшое, (вялое) снижение скорости вращения при отключении второго цилиндра.
Выполняли проверки электрических цепей, связывающих ЭБУ с форсунками и катушками зажигания. Отказы в работе самих электронных блоков встречаются крайне редко и обычно вызываются ошибками при подключении электропроводки или КЗ при проверках.
Измерили давление в топливной рампе. Результат соответствовал номинальному значению – 2,5 кг/см2. Для повторной оценки механики с помощью датчика разрежения (фото 4) измерили давление во впускном коллекторе при работе двигателя на холостом ходу.
Известно, что у исправного двигателя осциллограмма работы имеет синусоидальную форму без заметных поцилиндровых различий по форме и амплитуде сигналов. Результаты проверки разрежения представлены в виде графиков начала и продолжения измерений соответственно на фото 5 и 6.
Анализ осциллограмм указал на нарушения в работе клапанных механизмов в первом цилиндре, вызванные возможной неисправностью гидрокомпенсаторов. В начале работы двигателя на холостом ходу четко прослеживается меньшее значение вакуума в первом цилиндре (каждая четвертая впадина ниже остальных). Это говорит об увеличенном зазоре в механизме привода впускного клапана. Снижение рабочей компрессии в данном цилиндре могло стать причиной пропусков зажигания.
Теперь направление поиска неисправности, кажется, определилось окончательно – это все-таки механическая часть двигателя, если точнее – механизмы привода впускных клапанов. У двигателей этого поколения клапаны приводятся через роликовые рычаги клапанов (так называемые «рокеры») с гидрокомпенсаторами (рис. 1). Рокер состоит из штампованного рычага с роликом на подшипнике, работающим с кулачком. Такой рычаг представляет собой роликовое коромысло, одно плечо которого закреплено скобой на гидрокомпенсаторе, а другое упирается в клапан.
Гидрокомпенсатор состоит из прецизионной пары: втулка – плунжер (рис. 2). Нижняя часть плунжера имеет отверстие, которое может перекрываться шариковым клапаном обратного действия. Между нижними частями втулки и плунжера помещена возвратная пружина.
Если в приводе клапана появился зазор, плунжер будет выталкиваться пружиной вверх до соприкосновения ролика рокера с тыльной стороной кулачка распределительного вала. В освободившееся подплунжерное пространство (между втулкой и плунжером) через открывшийся обратный клапан поступает моторное масло, которое является для гидрокомпенсатора рабочей жидкостью (рис. 3а). Теперь плунжер снизу будет поддерживаться не только пружиной, но и давлением небольшого количества масла, и займет устойчивое положение. Таким образом, обеспечивается устойчивый контакт рычага привода клапана с кулачком распределительного вала без зазора.
Когда кулачок распредвала набежит на ролик рокера, плунжер опустится вниз, перекрывая масляный канал из системы смазки двигателя (рис. 3б). Одновременно возрастет масляное давление в подплунжерном пространстве, под действием которого закроется обратный клапан. Образовавшийся гидравлический замок блокирует ход плунжера. Гидрокомпенсатор в этот момент представляет собой практически жесткую опору, на которую опирается короткое плечо роликового коромысла. Под действием внешней нагрузки длинное плечо коромысла переместится вниз, и клапан откроется.
Однако на процесс поддержания нулевого зазора на гидрокомпенсаторы может повлиять искривление распределительного вала, износ его кулачков, или подшипников. Поэтому в очередной раз пришлось снять головку блока и внимательно изучить состояние распределительных валов и их кулачков, особенно первых двух цилиндров, и оценить их влияние на работу гидрокомпенсаторов.
Внимательный осмотр выявил радиальный люфт распредвала по причине образовавшейся выработки (0,25 мм) на внутренней поверхности передней опоры подшипника вала. Это привело к нарушению соосности отверстий в опорах вала. На данном двигателе опоры подшипников выполнены в виде целостной конструкции с головкой блока, называемой туннелем вала (фото 7).
«Механизм» неисправности работал так. При радиальном люфте передней части распределительного вала в опоре подшипника «организовывался» зазор в момент нахождения кулачка тыльной стороной по отношению к роликам рокеров впускных клапанов первого цилиндра. Для компенсации названного зазора пружина гидрокомпенсатора приподнимала плунжер выше «рабочей точки», и в подплунжерное пространство поступало больше обычного количества масла.
Такое нарушение режима работы клапанного механизма вызывало нестандартную накачку маслом гидрокомпенсатора. В этих условиях клапан полностью не успевал закрыться. В результате рабочая смесь в первом цилиндре обеднялась и не воспламенялась. В меньшей степени это касалось второго цилиндра, в котором также иногда происходили пропуски воспламенения. В тех случаях, когда одновременно не работают два последовательных цилиндра (порядок: 1–3–4–2 – как в нашем случае), акустическая оценка может показать, что не работает только один.
С увеличением оборотов двигателя накачка гидрокомпенсатора до номинальных значений не происходила, поэтому претензий к его работе на мощностных режимах мы и не наблюдали.
Трехнедельная эпопея по восстановлению исправности двигателя закончилась. Однако остались вопросы, главный из которых следующий: почему измерения компрессии в цилиндрах не выявили неисправности? Ведь эта процедура является начальной операцией при большинстве механических и электрических работ, связанных с некачественной работой ДВС. Тем более, что эта диагностика проводилась разными по опыту и знаниям исполнителями.
В книге А.Э. Хрулева «Ремонт двигателей зарубежных автомобилей» приводятся примеры, подтверждающие необходимость умелого обращения не только с результатами, но и с методикой измерения компрессии. Применяемая методика измерений давления сжатия в цилиндрах двигателя, основанная на проворачивании неработающего двигателя с помощью стартера, выполнялась при полностью открытой дроссельной заслонке.
В таком режиме большое количество воздуха, поступающего в подозрительный цилиндр, могло компенсировать его утечки через приоткрытые впускные клапаны, вызванные дефектом в передней опоре распределительного вала. В названном авторитетном источнике предлагается для определения подобных случаев с неудовлетворительным прилеганием клапана к седлу измерять компрессию с закрытой дроссельной заслонкой.
Практика показывает, что, освоив методику диагностирования неисправностей даже значительного разнообразия марок машин, нельзя быть абсолютно уверенным в повторении результата на автомобиле какой-нибудь иной марки. Возможно, при креплении распределительного вала классическим способом (с помощью «башмаков») появившееся нарушение соосностей разъемных опор было бы обнаружено гораздо раньше.
Но даже грамотная диагностика может занять больше времени, нежели устранение обнаруженной неисправности. В данном случае именно диагностирование по внешним признакам позволило определить причину неработающего цилиндра двигателя.
Метод определения неисправности ДВС по внешним проявлениям работающего двигателя, безусловно, полезен. Он (этот метод), конечно же, не может быть универсальным. Но знание его может иногда серьезно сэкономить бюджет и время автовладельца. Однако правильный выбор направления поиска невозможен без знания физики процессов проявления неисправности. Пока владельцы ТС, хотя бы поверхностно, не усвоят азы диагностирования по внешним признакам, ремонт их неисправных автомобилей может быть весьма длительным. А ведь «время – деньги».
