Экспертиза двигателя Kia Carnival: оплавление поршня и износ подшипников из-за неисправности форсунки

Экспертиза двигателя Kia Carnival: оплавление поршня и износ подшипников из-за неисправности форсунки |

В ходе исследования дизельного двигателя Kia Carnival были выявлены оплавление поршня первого цилиндра, задиры рабочей поверхности цилиндра и критический износ коренных и шатунных подшипников коленчатого вала.

Стендовая проверка показала неисправность топливных форсунок, включая форсунку первого цилиндра. Одновременно исследование моторного масла выявило изменение параметров, характерное для его разжижения дизельным топливом.

Наиболее вероятной причиной повреждения поршня и цилиндра признана неисправность топливной форсунки. Повреждения подшипников и шеек коленчатого вала наиболее вероятно связаны с ухудшением свойств моторного масла вследствие попадания в него топлива. Установленные причины имеют эксплуатационный характер.

При этом исследование имело ограничение: двигатель поступил уже разобранным, поэтому полностью исключить неисправности электронного блока управления двигателем или отдельных датчиков было невозможно.

Значительное оплавление головки поршня первого цилиндра

Если двигатель имеет сходные повреждения, независимая экспертиза двигателя позволяет проверить топливную систему, систему смазки и другие возможные причины отказа до принятия решения о ремонте.

Ситуация

На исследование был представлен двигатель автомобиля Kia Carnival после выхода из строя. К моменту экспертного осмотра двигатель уже был демонтирован с автомобиля и разобран.

Это существенно ограничивало возможности диагностики. В частности, невозможно было надлежащим образом определить фактический пробег автомобиля по электронным системам и провести полноценную компьютерную диагностику двигателя в рабочем состоянии.

Детали двигателя были представлены в неопечатанном виде. Блок цилиндров удалось идентифицировать по заводской маркировке. Остальные демонтированные детали не имели уникальных номеров, поэтому их принадлежность к исследуемому двигателю оценивалась по совокупности конструктивных признаков, технического состояния, маркировок и дат изготовления.

Что требовалось установить

Перед специалистом были поставлены два основных технических вопроса:

имеются ли в двигателе дефекты;
если дефекты имеются, какова причина их возникновения и имеет ли она эксплуатационный, производственный или иной характер.

Для ответа требовалось не только зафиксировать повреждения, но и сопоставить их между собой, проверить несколько возможных механизмов отказа и установить наиболее вероятную первичную причину.

Что было представлено на исследование

Исследовались демонтированные детали и узлы двигателя, в том числе:

блок цилиндров;
головка блока цилиндров;
поршни и шатуны;
коленчатый вал;
коренные и шатунные подшипники;
элементы системы смазки;
форсунки охлаждения поршней;
топливные форсунки;
турбокомпрессор.

Дополнительно были проведены:

стендовые испытания топливных форсунок;
лабораторное исследование пробы моторного масла;
лабораторное исследование пробы дизельного топлива;
проверка работоспособности форсунок охлаждения поршней.

Это позволило проверить не только механические повреждения двигателя, но и состояние систем, способных привести к их возникновению.

Какие повреждения были выявлены

Основные дефекты двигателя были сосредоточены в цилиндропоршневой группе первого цилиндра и в подшипниковых узлах коленчатого вала.

Оплавление поршня первого цилиндра

В верхней части поршня первого цилиндра были обнаружены значительные оплавления днища и жарового пояса.

На юбке этого же поршня антифрикционное покрытие оказалось изношено на большей части поверхности.

Поршни остальных цилиндров также имели эксплуатационные следы износа, однако его интенсивность была заметно ниже.

Оплавление верхней части поршня первого цилиндра

Повреждение рабочей поверхности первого цилиндра

На рабочей поверхности первого цилиндра выявлены задиры и срезы материала.

На поверхности остальных цилиндров наблюдались преимущественно эксплуатационные признаки износа: полированные участки и вертикальные риски. При этом сетка хона оставалась различимой.

Такое различие между первым и остальными цилиндрами имеет важное диагностическое значение: наиболее тяжёлые повреждения имели локальный характер.

Задиры и срезы материала на рабочей поверхности первого цилиндра

Критический износ подшипников коленчатого вала

На шатунных подшипниках были обнаружены:

участки с отсутствующим верхним слоем материала;
срезы материала вкладышей;
локальные участки потемнения, характерные для перегрева;
деформация одного из верхних шатунных вкладышей.

Сходные повреждения имелись и на коренных подшипниках.

Критический износ и перегрев шатунных подшипников

На коренных и шатунных шейках коленчатого вала выявлены аварийный износ и перенос материала подшипников. В зонах повреждения также присутствовали участки потемнения, связанные с перегревом.

Износ и повреждение вкладышей коренных подшипников; alt: повреждение коренных подшипников коленчатого вала двигателя

Таким образом, исследование установило три основные группы дефектов:

оплавление верхней части поршня первого цилиндра;
задиры и срезы материала рабочей поверхности первого цилиндра;
критический износ коренных и шатунных подшипников с повреждением шеек коленчатого вала.

Какие версии причин проверялись

Повреждения поршня такого характера могут возникать по различным причинам, поэтому вывод о неисправности топливной форсунки не делался только по внешнему виду разрушенной детали.

Проверялись, в частности:

перегрев поршня;
неисправность системы охлаждения поршня моторным маслом;
перекрытие каналов системы смазки;
нарушение подачи воздуха;
неправильные параметры подачи топлива;
изменение программного обеспечения блока управления двигателем;
ограничение выпуска отработавших газов;
негерметичность клапанов;
чрезмерный зазор между поршнем и головкой блока цилиндров;
неисправность топливной форсунки;
несоответствующее топливо.

Отдельно анализировались причины повреждения коренных и шатунных подшипников:

абразивный износ;
нарушение режима смазки;
неисправность масляного насоса;
утечка масла;
недостаточный уровень масла;
использование моторного масла с несоответствующими свойствами.

Почему версия неисправности охлаждения поршня стала маловероятной

Одной из возможных причин оплавления головки поршня является его чрезмерный нагрев, например при недостаточном охлаждении моторным маслом.

Однако при исследовании были получены признаки, не подтверждающие такую версию.

Перекрытия масляных каналов в блоке цилиндров обнаружено не было.
Масляные форсунки охлаждения поршней не имели признаков неправильной установки или механического повреждения.
Все представленные форсунки охлаждения были дополнительно проверены под давлением.
Проверка показала их работоспособность.
Засорения форсунок охлаждения поршней не выявлено.

Проверка работоспособности форсунок охлаждения поршней

Дополнительно характер повреждения днища поршня не соответствовал признакам, которые техническая литература связывает с перегревом при нормальном распылении топлива.

Поэтому неисправность системы масляного охлаждения поршня не получила подтверждения.

Проверка системы смазки

Осмотр также не выявил признаков, которые свидетельствовали бы о загрязнении системы смазки продуктами разложения масла.

В частности:

в поддоне, головке и блоке цилиндров не выявлено значительных отложений шлама или сгустков масла;
каналы системы смазки не были перекрыты;
посторонних частиц, блокирующих каналы, не обнаружено;
сетка маслоприёмника оставалась чистой;
признаков наружных утечек масла не установлено.

Чистая сетка маслоприёмника без перекрытия загрязнениями

Версия неисправности масляного насоса также была оценена как маловероятная. При недостаточной производительности насоса обычно ожидается определённая зависимость интенсивности повреждений от расположения пар трения относительно насоса. В исследуемом двигателе характер повреждений такой закономерности не демонстрировал.

Почему не подтвердился увеличенный зазор между поршнем и головкой блока

Рассматривалась и версия чрезмерного зазора между днищем поршня и головкой блока цилиндров.

Она не согласовывалась с совокупностью фактических признаков.

Если бы использовалась прокладка головки блока несоответствующей толщины, сходные последствия ожидались бы во всех цилиндрах.
Высота отложений в верхней части первого цилиндра существенно не отличалась от остальных цилиндров.
Признаков применения поршня или шатуна другой геометрии обнаружено не было.
Деформаций шатуна первого цилиндра, способных существенно увеличить такой зазор, также не выявлено.

Поэтому данная версия была признана несостоятельной.

Что показала проверка топливных форсунок

После анализа механических повреждений наиболее вероятной стала версия нарушения процессов смесеобразования и сгорания из-за неисправности топливной форсунки.

Для её проверки демонтированные форсунки направили на специализированные стендовые испытания.

По результатам проверки неисправности были выявлены у всех представленных топливных форсунок, в том числе у форсунки первого цилиндра.

Именно в первом цилиндре при этом были обнаружены наиболее тяжёлые локальные повреждения:

оплавление головки поршня;
интенсивный износ его юбки;
задиры рабочей поверхности цилиндра;
маслянистые отложения в выпускном канале.

Совокупность этих признаков подтверждает нарушение нормального смесеобразования и сгорания топлива в первом цилиндре.

Что показало исследование моторного масла

Дополнительным значимым результатом стало лабораторное исследование моторного масла.

Было выявлено несоответствие ряда параметров:

индекса вязкости;
температуры вспышки;
плотности.

Такое сочетание изменений характерно для попадания дизельного топлива в моторное масло.

Технический механизм развития повреждений в этом случае выглядит следующим образом:

неисправность топливной форсунки нарушает нормальное смесеобразование и сгорание;
часть подаваемого топлива не сгорает штатным образом;
топливо попадает в моторное масло;
моторное масло разжижается и изменяет свои эксплуатационные свойства;
ухудшаются условия смазки нагруженных пар трения;
подшипники коленчатого вала работают в неблагоприятном режиме;
происходит их интенсивный износ и перегрев;
материал вкладышей переносится на поверхности шеек коленчатого вала.

Именно наличие перегрева подшипников является существенным признаком нарушения режима смазки, поскольку моторное масло выполняет не только смазывающую, но и охлаждающую функцию.

Что показало исследование топлива

Исследованная проба дизельного топлива соответствовала установленным требованиям.

Однако этот результат характеризует только конкретную представленную пробу и сам по себе не позволяет установить качество топлива, использовавшегося на протяжении всего периода эксплуатации двигателя.

Повреждение топливной аппаратуры может развиваться длительное время. Поэтому экспертными методами нельзя было исключить, что неисправности форсунок сформировались вследствие использования несоответствующего топлива ранее.

С учётом характера повреждений и практики исследования подобных отказов причиной неисправности топливной форсунки было признано использование несоответствующего топлива.

При этом в заключении отдельно отмечено: для однозначного определения причины повреждения самой топливной форсунки необходимо её дополнительное исследование с применением разрушающих методов.

Какие признаки указали на установленную причину

Результаты исследования образуют согласованную техническую последовательность.

Для повреждений первого цилиндра:

стендовые испытания выявили неисправность топливной форсунки;
неисправность форсунки способна нарушать подачу и распыл топлива;
нарушение смесеобразования приводит к ненормальному процессу сгорания;
в первом цилиндре возникла повышенная тепловая нагрузка на поршень;
произошло оплавление его верхней части;
ухудшились условия работы пары «поршень — цилиндр»;
появились интенсивный износ юбки поршня и задиры рабочей поверхности цилиндра.

Для подшипников коленчатого вала:

неисправность топливных форсунок нарушала процессы сгорания;
часть топлива попадала в моторное масло;
свойства моторного масла изменились;
режим смазки подшипников ухудшился;
возникли повышенные износ и перегрев вкладышей;
материал вкладышей переносился на шейки коленчатого вала;
сформировались повреждения коренных и шатунных опор коленчатого вала.

Такая последовательность согласуется как с механическими повреждениями деталей, так и с результатами стендовых и лабораторных исследований.

Что установила экспертиза

Экспертиза установила наличие оплавления поршня первого цилиндра, задиров и срезов материала рабочей поверхности этого цилиндра, а также критического износа коренных и шатунных подшипников.

Наиболее вероятной причиной повреждений поршня и цилиндра является неисправность топливной форсунки.

Наиболее вероятной причиной повреждения подшипников и шеек коленчатого вала является разжижение моторного масла топливом вследствие нарушения процессов смесеобразования и сгорания, обусловленных неисправностью топливной аппаратуры.

Причины были отнесены к эксплуатационным.

Ограничения исследования

В техническом заключении имеются важные ограничения, которые необходимо учитывать при интерпретации результата.

Двигатель поступил на исследование уже демонтированным и разобранным. По этой причине невозможно было полноценно проверить:

работу двигателя в собранном состоянии;
фактические параметры подачи топлива посредством компьютерной диагностики;
возможные нарушения подачи воздуха в реальных режимах работы;
состояние электронного блока управления двигателем;
работу связанных с ЭБУ датчиков непосредственно при эксплуатации.

Поэтому причины, связанные с неисправностью электронного блока управления двигателем или датчиков, полностью исключить не удалось.

Это не отменяет выявленных дефектов и установленной наиболее вероятной причинной связи, но определяет границы категоричности экспертного вывода.

Вывод эксперта

В двигателе Kia Carnival были выявлены:

значительное оплавление поршня первого цилиндра;
задиры и срезы материала рабочей поверхности первого цилиндра;
критический износ коренных и шатунных подшипников;
перегрев вкладышей;
повреждение шеек коленчатого вала с переносом на них материала подшипников.

Наиболее вероятной причиной повреждений поршня и цилиндра является неисправность топливной форсунки.

Наиболее вероятной причиной повреждений подшипников и шеек коленчатого вала является ухудшение свойств моторного масла вследствие его разжижения топливом, связанного с нарушением процессов смесеобразования и сгорания.

Установленные причины имеют эксплуатационный характер.

Причину возникновения неисправности самой топливной форсунки можно окончательно подтвердить только дополнительным исследованием форсунки разрушающими методами.

Практическое значение вывода

Этот кейс показывает, почему по внешнему виду разрушенного двигателя нельзя автоматически делать вывод о масляном голодании, неисправности масляного насоса или производственном дефекте деталей.

Для установления причины потребовалось сопоставить:

характер повреждений поршня и цилиндра;
состояние системы смазки;
исправность форсунок охлаждения поршней;
состояние маслоприёмника и масляных каналов;
повреждения вкладышей и коленчатого вала;
стендовые результаты проверки топливных форсунок;
лабораторные показатели моторного масла;
результаты анализа топлива.

Такой комплексный подход позволяет разделить первичные и вторичные повреждения и установить технический механизм отказа агрегата.

Если требуется установить причину разрушения двигателя, проверить версию неисправности форсунок или определить характер дефекта, можно обратиться за независимой экспертизой двигателя и направить материалы на предварительный анализ через страницу контактов

Что делать при похожей ситуации

Если дизельный двигатель вышел из строя и предполагается неисправность топливной системы, важно сохранить доказательства технического состояния до повторного ремонта.

Не утилизировать поршни, вкладыши, коленчатый вал, форсунки и другие повреждённые детали.
По возможности не промывать детали до экспертного осмотра.
Сохранить остатки моторного масла.
Сохранить топливный и масляный фильтры.
Отобрать образец топлива, если это технически возможно.
Зафиксировать двигатель и детали на фотографиях до дальнейшей разборки.
Сохранить результаты компьютерной диагностики.
Сохранить документы о техническом обслуживании, ремонтах и заправках, если они имеются.
Не передавать форсунки в ремонт до фиксации их исходных параметров на испытательном стенде.

Чем меньше состояние агрегата изменено после отказа, тем больше возможностей у специалиста установить первичную причину повреждений.

Когда нужна независимая экспертиза

Исследование особенно целесообразно, если:

двигатель имеет локальное оплавление одного или нескольких поршней;
обнаружены задиры цилиндров;
повреждены коренные или шатунные вкладыши;
имеется подозрение на попадание топлива в моторное масло;
сервис связывает поломку только с недостаточным уровнем масла;
предполагается неисправность форсунок или другой топливной аппаратуры;
необходимо отличить эксплуатационную причину от производственного дефекта;
двигатель уже разобран и требуется исследовать сохранившиеся детали;
техническая причина необходима для претензии, переговоров или судебного спора.

Материал подготовлен на основе реального экспертного исследования. Технический вывод проверен автотехническим экспертом А.Н. Ливанским.

Вопросы и ответы

Может ли неисправная форсунка привести к оплавлению поршня?

Да. Нарушение подачи или распыления топлива способно изменить процессы смесеобразования и сгорания и создать ненормальную тепловую нагрузку на поршень. В рассматриваемом случае версия неисправности форсунки подтверждалась стендовой проверкой и характером повреждений первого цилиндра.

Может ли топливо в моторном масле повредить вкладыши?

Да. Разжижение моторного масла изменяет его свойства и ухудшает условия работы нагруженных пар трения. В исследованном двигателе критический износ подшипников сочетался с признаками их перегрева, а лабораторные показатели масла свидетельствовали о попадании в него топлива.

Если исследованная проба топлива нормальная, можно ли исключить некачественное топливо?

Нет. Результат характеризует конкретную исследованную пробу. Повреждения топливной аппаратуры могут развиваться длительно, поэтому качество топлива, использовавшегося ранее, по одной позднее отобранной пробе определить невозможно.

Можно ли точно определить причину неисправности форсунки без её разборки?

Не всегда. В данном случае стендовые испытания подтвердили неисправность форсунок, однако для однозначного установления причины повреждения самой форсунки в заключении указана необходимость исследования с применением разрушающих методов.

Можно ли проводить экспертизу уже разобранного двигателя?

Да, однако возможности исследования становятся уже. Можно изучить характер повреждений деталей, результаты лабораторных и стендовых испытаний, но часть причин, требующих диагностики работающего двигателя или анализа электронных параметров, может остаться не исключённой.

Обязательно ли повреждение вкладышей означает неисправность масляного насоса?

Нет. Аналогичные повреждения могут иметь несколько причин. В этом кейсе не было выявлено характерных признаков неисправности масляного насоса, тогда как исследование моторного масла показало его разжижение топливом.

При сходном отказе можно направить фотографии, документы и результаты диагностики на предварительный анализ