"Разборка": почему застучал двигатель "корейца"?

Когда в звуке работающего двигателя появилась ударная тональность – это очень серьезно, хотя бывалые механики в таких случаях не преминут пошутить, что с выяснением причины торопиться не нужно, ибо любой стук рано или поздно вылезет наружу. Владелец Hyundai Santa Fe 2011 года выпуска не стал дожидаться, когда стук покажет себя воочию, а услышав его, доставил автомобиль на СТО – пусть специалисты разбираются, что стучит и чем это чревато.

На СТО расспросили хозяина об обстоятельствах появления стука, выяснили, не сигнализировал ли 2,4-литровый бензиновый двигатель машины о низком давлении масла, проверили уровень масла и наличие в нем посторонних включений и, не обнаружив никакого криминала, решили завести мотор. Пробный запуск не только подтвердил слова владельца, но и показал, что стучат, скорее всего, шатунные подшипники коленчатого вала.

Причиной появления стука в коренных и шатунных подшипниках является увеличение зазора между вкладышами и шейкой коленвала сверх предельной величины. Если на стук не отреагировать своевременно, события развиваются лавинообразно: из-за увеличившегося зазора масло быстро вытекает из подшипника, масляная прослойка перестает демпфировать передающиеся на шейку нагрузки, которые из-за ударного характера еще больше способствуют выдавливанию масла из зазора и контакту шейки с вкладышами. Сухое трение шейки о вкладыши вызывает сильный нагрев, плавление материала вкладышей, его наволакивание на шейку, приваривание вкладышей к шейке, задир поверхности шейки. В конечном итоге вкладыши проворачиваются, коленвал заклинивает. В худшем из возможных вариантов развития событий «застучавшие», но вовремя не замененные вкладыши становились причиной поломок коленвала и шатунов.

Однако что могло вызвать стук в рассматриваемом случае? Автомобиль находится в эксплуатации лишь четыре года. За это время он успел проехать всего-то 111 тыс. км, так что в увеличении зазора между вкладышами и шейкой вала сверх предельной величины естественный износ не заподозришь.

Впрочем, не будем томить читателей. Источник проблемы был обнаружен быстро. Автомобиль затолкали на подъемник, слили из двигателя масло, сняли масляный поддон и масляный насос, открутили гайки с шатунных болтов на шатунах второго и третьего цилиндров, с шатунов сняли крышки, после чего стало понятно, что в моторе стучало. Если на вкладышах второго цилиндра были видны небольшие и ни на что не влияющие риски, свидетельствующие лишь о наличии в масле каких-то инородных включений, то вкладыши третьего цилиндра демонстрировали, откуда эти включения взялись и почему появился стук.

Примечателен характер повреждения рабочей поверхности вкладышей. Это не износ и не задир – это эрозия, а она наблюдается лишь, когда над приданием подобной картины на поверхностях вкладышей поработала кавитация. Явление это из области гидродинамики. Для возникновения кавитации нужны определенные условия. В частности, способствует кавитации активная езда с резким изменением оборотов коленчатого вала, когда столь же резко изменяется относительная скорость между поверхностями шейки вала и вкладышей, разделенных прослойкой масла.

Работа подшипников скольжения основана на создании масляного клина. В широкой части клина при резком изменении частоты вращения коленвала образуются пузырьки, которые затем затягиваются в узкую часть клина, где давление во много раз больше, чем давление, с которым масло подается в подшипник. Оно заставляет пузырьки захлопываться, что порождает микроскопические ударные волны, вызывающие эрозию, которая разрушает мягкий поверхностный материал вкладыша вплоть до его стальной основы. Как только эрозия из центральной части, работающей напротив отверстия в шейке, через которое в подшипник подается масло, достигла краев вкладышей, масло стало свободно вытекать из подшипника, давление в зазоре упало, масляный клин перестал существовать, появился стук.

Однако если то, что создавало проблему, было найдено быстро, то решение проблемы заняло намного больше времени. И вот почему: ремонтопригодность – самое последнее, на что обращают внимание при конструировании современных моторов. Рассматриваемый двигатель это подтверждает сполна и при этом он не является каким-то исключением из правил.

Работы над мотором непосредственно на автомобиле были приостановлены, так как без снятия двигателя добраться до шатуна четвертого цилиндра крайне проблематично. А добраться нужно не только для того, чтобы проверить состояние его вкладышей, но определиться, что делать с коленвалом. Пока с ним понятно лишь одно: шатунной шейке третьего цилиндра, на которую наволокло частички материала, из-за эрозии отслоившегося от вкладышей, требуется полировка.

Пока мотор демонтируют, есть смысл присмотреться к его масляному насосу. Он, кстати, тоже мог быть повинен в стуке, если бы из-за износа перестал обеспечивать необходимое давление и производительность. Однако контрольный индикатор не сигнализировал об аварийном снижении давления масла в главной масляной магистрали двигателя и опять-таки для естественного износа насоса нужен совсем другой пробег. Так что к нашей проблеме насос отношения не имеет.

Зато выглядит он необычно – для четырехцилиндровой рядной «четверки» насос великоват плюс к этому в его корпусе есть прорези, через которые видны какие-то детали. Что происходит с этими деталями, если покручивать насос за шестерню ведущего вала, можно посмотреть на видео.

А для того, чтобы показать, что же за прорезями двигалось, я взял другой такой же насос и раскурочил его. То, что было извлечено из корпуса, называется балансирными валами. Во время работы мотора возникают силы инерции, которые изменяясь по величине и направлению, вызывают нежелательную вибрацию. Для борьбы с ней применяются противовесы, сила инерции которых равна по величине и противоположна уравновешиваемым силам. Такие противовесы после разборки двигателя мы увидим на щеках коленвала, но в рассматриваемом моторе для подавления вибраций имеются еще и балансирные валы. Они размещены в одном блоке с масляным насосом, что упрощает конвейерную сборку двигателя и избавляет от необходимости обеспечивать балансирные валы отдельным приводом. В недостатках – стоимость насоса.

Но вернемся к двигателю. С него уже сняли крышку над клапанным механизмом. Зачем?

Если этого не сделать, то не снимешь крышку цепного привода ГРМ. И чтобы демонтировать эту крышку, нужно отсоединять еще генератор, шкивы, ролики…

Однако какое отношение имеет крышка привода ГРМ к вкладышам коленвала? Сейчас увидите.

Она не позволяет подобраться к некоторым деталям со стороны привода ГРМ и крепежу, без демонтажа которых невозможно снять еще одну корпусную деталь, делающую недоступными крышки коренных подшипников коленвала и шатун четвертого цилиндра.

Пока она на месте, возможен осмотр лишь шатунных подшипников первого, второго и третьего цилиндров, да и то только при снятом масляном насосе, который крепится к этой же детали.

И лишь когда была снята и она, можно продолжать работы с коленвалом. Вот так, говоря образно, через Владивосток мы наконец из Минска добрались до Москвы, но не надо удивляться – жизнь полна импровизаций. На какие только ухищрения не идут конструкторы, чтобы увеличить жесткость блока цилиндров, особенно когда этот блок – алюминиевый, и одновременно упростить сборку мотора на заводском конвейере. Ремонтопригодность же в условиях СТО – для разработчиков двигателей дело третьестепенной важности. Силовой агрегат Hyundai в плане ремонтопригодности еще не самый худший вариант, хотя ту переборку, которая ему понадобилась в нашем случае, несложной, разумеется, не назовешь.

Но что у нас в первом и четвертом цилиндрах? А ничего – вот так в идеале и должны выглядеть вкладыши.

И шатунные шейки за исключением третьей тоже в идеале. Однако появляется законный вопрос: почему кавитация возникла лишь в шатунном подшипнике третьего цилиндра, но не затронула остальные? У нас на этот счет нет ответа, а наука витиевато объясняет особенности появления кавитации флуктуацией давлений в потоке масла из-за особенностей поверхности подшипника, шейки вала и сверлений в нем, инерционными эффектами в слоях масляной пленки и вибрациями шейки вала в пределах зазора подшипника – попробуй понять, что тут к чему.

Наш вердикт

Флуктуации оставим «доцентам с кандидатами», а как отметили консультировавшие нас специалисты-практики, кавитация – явление редкое, но если она возникла, значит, прежде всего владельцу стоит откорректировать свой стиль вождения в сторону более спокойного. Чем чаще и резче мотору дают «в хвост и в гриву», тем скорей возникают условия, когда микроскопические ударные волны, сопровождающие кавитацию, будут испытывать вкладыши на прочность.

Сергей БОЯРСКИХ

Фото автора

ABW.BY

Благодарим за консультации и помощь в организации фотосъемки korea-motors.by