2. розтин показав
3. Помилка або плата за екологію?
4. Навіщо?
5. Відверте зізнання?
6. Якщо біда ще не прийшла

Чому зовсім ще не старий мотор іменитої фірми раптом починає пожирати масло? Це система чи випадковість? У проблемі, за участю Олександра Михайловича Пахомова розбираються Олександр Шабанов та Михайло Колодочкин.

Підвищений витрата масла деяких сучасних моторів або «масложор», як це часто називають, одна з найбільш обговорюваних тем на інтернет-форумах. І це не порожній треп. Наприклад, на деяких фольксвагеновских двигунах TFSI (ЕА888) випуску 2009-2012 років найбільш поширених типів (1.8T і 2.0T) при пробігу від 60 тисяч до 120 тисяч кілометрів починає різко зростати витрата масла на чад - до літра-півтора на тисячу кілометрів.

«Витрата масла більше 200 мл на тисячу вже повинен насторожити, хоча це ще не привід для паніки»

Ми розповімо про турбомотор 1.8T, який відрізнявся зовсім вже непристойним витратою: 400 мл олії на 100 км. Чи не на тисячу кілометрів, а на сто! І це не поодинокий випадок.

Фото 1: Всі поршневі канавки і маслознімні кільця забиті відкладеннями. Такі кільця вже не можуть працювати нормально. (Автор фото: "За кермом", zr.ru)

розтин показав

Дефектовка мотора виявила два критичних, на наш погляд, обставини.

Перше: маслос'емноє кільце повністю забито чорними відкладеннями незрозумілої природи. Такі ж відкладення спостерігалися і на другому ущільнювальному кільці. Вони були присутні як на зовнішній стороні кільця, що прилягає до циліндру, так і на внутрішній, де розташована пружина розширювача. Її витки практично спеклися через цього бруду, а тому розширювач був в неробочому стані. Забавно, що на чавуні корпусу кільця закарбувалися витки пружини розширювача. Зазвичай такого не буває, оскільки пружина переміщається щодо канавки поршня. Ці відбитки явно говорять про те, що кільце нерухомо. А значить, не працює.

Друге: пружинка розширювача маслос'емного кільця, яка повинна забезпечувати його притиснення до стінок циліндра, помітно втратила свою пружність. Таке буває в разі її перегріву. Деталь ця термофіксований, тобто пружність свою отримує в процесі відповідної термообробки. Її перегрів понад температури термофіксації призводить до так званого відпустки пружини, тобто до втрати пружності.

Міркуємо далі. У справному двигуні при русі поршня вгору-вниз кільця також періодично переміщаються від нижнього торця канавки до верхнього. Це називають перекладанням кільця. Момент перекладки визначається напрямом руху поршня і чинним на кільці перепадом тиску. А ось якщо сам зазор на канавці повністю заповнений маслом, то під час перекладання кільця від верхнього торця до нижнього частина масла перекачується наверх в камеру згоряння (так званий насосний ефект).

При нормальній роботі кілець в канавках спостерігаються лише сліди масла. Масляна плівка сидить на стінці циліндра - насосний ефект не проявляється. Але якщо відсутня дренаж, кільця починають качати масло в циліндр. Тут як раз той випадок: крихітні дренажні отвори забиті брудом.

Застій масла в канавках при відсутності дренажу і підвищених температурах призводить до прискореного старіння і розкладання масла - так і народжуються ті самі чорні відкладення, які ми спостерігали при розтині мотора.

Ще одна можлива причина різкого збільшення чаду масла - неробоча пружина розширювача маслос'емного кільця. Це кільце - найважливіший елемент системи ущільнення камери згоряння поршневого двигуна. Його завдання - регулювати роздачу масла в зоні компресійних кілець, які беруть на себе основну газову навантаження.

Фото 2: Камера згоряння двигуна покрита товстим шаром відкладень - це сліди згоряння масла в циліндрах. (Автор фото: "За кермом", zr.ru)

Якщо це регулювання (тобто маслоограніченіе) перестає працювати, то товщина масляного шару, що залишається першим поршневим кільцем на стінках циліндра, різко зростає. З ним зростає і витрата масла на чад.

Помилка або плата за екологію?

У чому причина такої витрати масла? І що це - конструктивна особливість мотора або випадковість?

Коли розкривають такий мотор в очі відразу кидаються мініатюрні поршні (Фото 4). Це сучасна тенденція в проектуванні високотехнологічних двигунів: конструктори намагаються максимально полегшити поршень - щоб знизити інерційні навантаження на шатун і колінчастий вал, а також зменшити силу притиснення поршня до стінок циліндра. Все це сприяє зменшенню втрат на тертя в двигуні, приводячи до зростання його механічного та ефективного коефіцієнтів корисної дії. Мета - зниження витрати палива і, що особливо важливо, вміст двоокису вуглецю СО2 у відпрацьованих газах.

В результаті поршень виходить «коротким». Якщо раніше приймалося, що висота поршня повинна бути не менше діаметра циліндра, то тепер від цього правила відійшли. Більш того, зараз використовується Т-подібна конструкція поршня, при якій опорна частина бічної поверхні максимально зменшиться - залишаються тільки сегменти бічної поверхні тронка (спідниці) в площині, перпендикулярній осі поршневого пальця. Це теж знижує втрати на тертя. Але і негатив від зменшення розміру поршня очевидний. При зростанні навантажень у форсованому моторі меншу кількість сприймає їх заліза працює в більш жорстких умовах. Температура поршня зростає, напруга в ньому - теж. Наслідок - зниження ресурсу і надійності. І, як окремий випадок, можливість перегріву поршневої групи.

Фото 3: Чавунна вставка вище і нижче канавки під перше кільце ущільнювача підвищує ресурс поршня, але погіршує тепловідвід. (Автор фото: "За кермом", zr.ru)

Це ще не все. Щоб знизити температуру поршня, його охолоджують струменем масла з форсунок, врізаних в головну масляну магістраль двигуна. У розглянутих моторах ці форсунки мають клапани, що відкриваються при тиску, що перевищує 0,18 МПа (в нових варіантах 0,25МПа). Так зроблено тому, що при відкритті форсунок тиск масла в магістралі падає, а це може обділити мастилом частина підшипників. Але тиск масла залежить від двох параметрів - температури масла в двигуні (чим вона вище, тим нижче тиск) і частоти обертання колінчастого вала. Це означає, що в найнесприятливіших режимах роботи двигуна - при високій температурі навколишнього повітря, низьких оборотах і високому навантаженні - поршні не охолоджує! Адже форсунки при низькому тиску закриті!

Коротше кажучи, мотор запросто можна вбити, якщо спекотного літнього дня завантажити автомобіль під зав'язку і тягнутися на високій передачі в затяжний підйом.

Ще одна особливість цього фольксвагеновского мотора - розміри поршневих кілець. Вони незвично вузькі. До того ж висота першого кільця - всього 1,0 мм, другого - 1,2 мм, маслос'емного - 1,5 мм! Ось це здається зовсім дивним - адже ні в наших ГОСТах, ні в німецьких DIN, ні навіть в каталогах поршневих кілець провідних фірм ми не знайшли кілець висотою 1,0 мм при діаметрі циліндра 82,5 мм; виходить це якийсь спеціальний замовлення.

Чим це загрожує? У кільця з такими розмірами знижується механічна міцність. Це особливо істотно для коробочки маслос'емного кільця. Щоб компенсувати зниження міцності, виробник кілець пішов на зменшення і без того маленьких дренажних отворів в ньому. Звідси - підвищений ризик їх закоксовиванія і повної втрати дренажу.

Фото 4: Так поршні робилися раніше (B), а так - зараз (A). Полегшення конструкції торкнулося буквально за все - звідси мінімальна висота і ліквідація металу по максимуму. А адже навантаження на цей поршень, в порівнянні зі старим, рази в два вище! (Автор фото: "За кермом", zr.ru)

Ще один важливий аспект. Поршневі кільця для нормальної роботи має підтискатися до стінки циліндра - інакше немає ущільнення. Притиснення кільця здійснюється тиском газових сил, яке досить тільки на тактах стиснення і розширення, тобто менш ніж на половині тривалості робочого циклу. В інший же час працює зусилля власної пружності. Але чим менше розмір кільця, тим менший тиск на стінку циліндра воно здатне створити. А це параметр, закріплений в нормативних документах: від нього багато чого залежить. До речі, є таке явище, як флаттер поршневого кільця: якийсь коливальний процес, при якому кільце працює нестійкий, що не ущільнює «по газу» і жене масло вгору. Так ось, знижений радіальне тиск - один з чинників, який сприяє виникненню цього самого флатера.

Коментар до графіку: Так змінюється товщина масляної плівки, що залишається на стінках циліндрів першими поршневими кільцями при русі поршнів вниз. Чим товщі цей шар, тим більше угар масла в циліндрах. Відсутність дренажу і неробочий стан маслос'емного кільця приводять до різкого збільшення товщини цього шару - витрата масла починає наближатися до витрати палива, сизий дим з випускної труби попереджає про біду.

Але і це ще не все. Замість звичайного першого кільця ущільнювача ми побачили так зване торсіонне, що має хитру вибірку на внутрішній поверхні. Така фаска створює різний момент опору в різних перетину кільця, а це призводить до його «скручування», що підвищує локальне питомий тиск на стінку циліндра. Але ж навіть в теорії так не роблять! Установка торсіонних кілець в якості перших свого часу вважалася неприпустимою через їх негативного впливу на швидкість зносу першої поршневий канавки. «Перекошене» кільце створює підвищену контактний тиск не тільки на поверхню міцного сталевого або чавунного циліндра, а й на канавку в поршні - м'яку і податливу, адже поршень виконаний з алюмінієвого сплаву і до того ж сильно нагрітий. Дивимося уважно на поршень розібраного двигуна. Ага, все правильно: для компенсації цього негативу перша канавка нарізана в спеціальній чавунній зносостійкого вставці (Фото 3). Але така вставка, захищаючи від зносу, порушує нормальне охолодження поршня - адже теплопровідність чавуну уп'ятеро менше, ніж у алюмінієвого сплаву поршня, і така вставка заважає протіканню теплового потоку. Ось і додатковий шлях до перегріву як поршня, так і маслос'емного кільця.

Фото 5: У поршні хворого двигуна виявилося лише чотири дренажних отвори - по два на бік. Чи не замало? Застій масла через недостатнє дренажу плюс його перегрів дають ті самі відкладення, які в підсумку вбивають поршень. (Автор фото: "За кермом", zr.ru)

І, нарешті, ще одне «відкриття». Зазвичай для відводу масла із зони роботи маслос'емного кільця в поршні свердлять спеціальні наскрізні отвори. Але і тут нас чекала несподіванка. Мало того, що дренажні отвори крихітні, - їх виявилося всього чотири (Фото 5)! У поршнів аналогічних двигунів їх, як правило, не менше восьми (Фото 6). А колись замість отворів для дренажу взагалі робилися прорізи-вікна. Чи не краще рішення з точки зору міцності поршня, зате дренаж завжди працював.

Фото 6: Та ж фірма, та ж розмірність - але все повернулося на круги своя. Це - з нових варіантів, рекомендованих до установки згідно повідомленню концерну Volkswagen. (Автор фото: "За кермом", zr.ru)

Мала кількість отворів укупі з їх мініатюрністю погіршує відведення масла, а це з часом призводить до закоксовування - аналогічно з дренажем у самому Маслос'емниє кільці. А чим закінчується робота при відсутності дренажу, ми розповіли на початку статті.

Навіщо це зроблено? Швидше за все, для зменшення напружень в зоні канавки під маслос'емноє кільце. Зрозуміло, що кожен отвір є концентратором напружень, а вони там і так високі. Прибравши половину дренажних отворів, позбулися половини концентраторів - поршня стало легше. Але ніщо не дається безкоштовно - в результаті отримали те, що отримали.

Навіщо?

Чому ж конструктори створили поршневу групу, основні рішення якої суперечать усталеній практиці проектування двигунів? Ми можемо лише припускати: для того, щоб виконати вимоги діючих норм Євро-5 і нових норм Євро-6 по токсичності і змістом СО2 у відпрацьованих газах. Справа в обмеженні змісту так званих непаливних залишкових вуглеців, які дає палаюче моторне масло: зниження чаду жорстко пов'язано з токсичністю. Почасти тому в якості першого кільця взято торсіонне кільце, яке зазвичай використовується як ущільнювача маслос'емноє.

Мала висота кілець і тронка поршня дозволяє зменшити питому витрату палива. Це важливо і саме по собі, і як фактор обмеження виходу СО2. Однак при цьому страждає ресурс: питомі навантаження на поршень, кільця і ​​стінки циліндра ростуть, а тому неминуче збільшується швидкість зносу. Але для сучасного мотора ресурс вже не головне.

Отже, з великою часткою ймовірності причиною дефекту можна вважати неоптимальну конструкцію поршневої групи двигуна, при якій зростає можливість програвав масла в зоні поршневих канавок і погіршується дренаж моторного масла від маслос'емного кільця в картер двигуна. Все це сприяє різкому зростанню пропуску масла в камеру згоряння.

"Volkswagen вважає критичним витрата масла, що перевищує півлітра на тисячу кілометрів»

Нам заперечать: мовляв, далеко не всі мотори фірми Volkswagen страждають подібною особливістю. Так, для запуску механізму «масложор» необхідно, щоб збіглося кілька обставин: колись двигун був перегрітий, плюс часті короткі поїздки, плюс правець дорожніх пробок, а ще - нестабільна якість моторного масла, забиті соти радіатора ... Тому «масложор» не система, а плаваючий дефект. Але це не робить його малозначущими.

Відверте зізнання?

Чи знають про проблему інженери фірми Volkswagen? Знають! Німці навіть розіслали своїм офіційним дилерам кілька повідомлень з рекомендаціями для виправлення ситуації. У них останнім пунктом: якщо, мовляв, не допомагає перепрошивка контролера і усунення проблем з вентиляцією картера - замінити поршневу нової, оптимізованої. Кільця у неї більш звичні: висота першого збільшилася до стандартних для моторів цього класу 1,2 мм, висота другого - теж до 1,2 мм, маслос'емного - до 2,0 мм. До речі, в нових (починаючи з 2012 року) моторах в базовому варіанті встановлюється друга кільце ущільнювача висотою 1,5 мм. Тобто, фірма, по суті, повернулася до комплектації, яка характерна для двигунів, випущених до 2000 року. Збільшилася і ширина кілець. Це важливо, оскільки момент опору кільця, а отже, і його жорсткість залежать від висоти лінійно, а залежність від ширини - кубічна. І якщо у старого варіанту першого компресійного кільця замеренная сила пружності становила менше 10 Н, то у нового повернулася до звичайних для двигунів цієї розмірності 15Н. Аналогічно для інших кілець. Збільшена висота маслос'емного кільця дозволила поліпшити дренаж. Відповідно змінилися і поршні. Ремонт тягне за собою і зміну комплекту шатунів: зі старими вони не взаємозамінні - для чогось на 1 мм збільшений діаметр поршневого пальця.

До речі, спроби замовити для додаткових досліджень старі варіанти мініатюрних поршневих кілець і поршнів під них виявилися безуспішними: немає їх вже на складах! На нові машини встановлюють оптимізовані кільця і поршні, і проблеми «масложор» у Фольксвагенів починаючи з 2012 року випуску практично немає. А ось машини 2009-2012 років випуску перебувають в зоні ризику. І ніяка гарантія на них вже не поширюється.

У дилерів вартість такого ремкомплекта, включаючи роботу по заміні, перевищує 190 тисяч рублів! Платити за дивні конструктивні рішення доводиться зі своєї кишені.

А якщо подешевше? Рішення є. Штатний комплект мініатюрних кілець замінюють іншим - з розмірами, близькими до тих, які пішли в серію з 2012 року. При цьому серійне малос'емное кільце з пружинним розширювачем і коробчатим корпусом змінюють на так зване Трьохелементний, що складається з двох скребків і пружинного розширювача. Поршні беруть старі, але канавки під поршневі кільця растачивают в розмір нових кілець. Шатуни теж залишаються старими. До моменту підготовки статті на СТО "Диліжанс" таким чином було вилікувано понад десятка моторів. Результат позитивний: «масложор» припинився. Причому ремонт втричі дешевше запропонованого в повідомленні фірми Volkswagen.

Коментує Олександр Пахомов, директор СТО «Диліжанс» (Санкт-Петербург)

Ми давно спеціалізуємося на обслуговуванні автомобілів концерну Volkswagen. І не раз стікаліся з випадка, подібнімі до згаданого. Например, VW Passat 2010 року випуску з двигун TFSI CDA 1.8T до моменту Виникнення «масложорной» проблеми проїхав около 116 тисяч кілометрів. Вкладиші ПІДШИПНИКІВ - в ідеальному стані, знос на ціліндрах немає зовсім. Зазор в нормі, маслоотражающіе ковпачкі клапанів теж в порядку. Альо вся камера згоряння покриттям Товста кулею відкладень, явно что утворіліся при згорянні непристойного кількості масла (Фото 2). Аналогічні відкладення є на вогневій поверхні поршнів. Саме ж неприємне - величезна кількість специфічних відкладень на бічній поверхні поршня, в тому числі, в зоні розташування поршневих кілець (Фото 1). Для боротьби з цим явищем нам довелося розробити свою технологію, описану в цій статті.

Якщо біда ще не прийшла

Що робити, якщо ви в зоні ризику, але біди поки немає (до речі, судячи з повідомленням, Volkswagen вважає критичним витрата масла, що перевищує півлітра на тисячу кілометрів)?

Для початку - стежте за витратою масла. Якщо помітили його наполегливий зростання, не чекайте запропонованого порога. Склянки (200 мл) на тисячу вже досить для занепокоєння. На цьому рівні є шанс на успіх терапії без жорстких заходів типу розтину мотора: можна спробувати відмити відкладення на поршні, виконавши, наприклад, позачергову зміну масла з промиванням двигуна.

Не економте на маслі, оскільки дуже важлива саме його стабільність (схильність до утворення відкладень). Тому - тільки гарна синтетика. Від новомодних низькосірчистих масел типу LowSAPS краще відмовитися, оскільки потрібні поліпшені миючі властивості. Інтервал заміни слід скоротити в два рази.

І не примушуйте машину, не допускайте перегріву двигуна! Головне - не намагайтеся з легковика робити міні-вантажівка, особливо спекотного літнього дня!

Перша версія цієї статті була опублікована в журналі "За кермом" 07/2015 (1009) на стор. 182-185 "Гутен апетит / Витрата масла" (а також доступна на сайті ZR.ru - посилання на джерело ). Редакція журналу "За кермом" дякує СТО "Диліжанс" (Санкт-Петербург) і особисто її директора Олександра Пахомова за допомогу в підготовці матеріалу.