Репост моего июньского обобщения по проблеме стуков с моторного форума по CFNA. По прошествии двух спокойных месяцев и появлением интересных фото от igv.spb предлагаю к ознакомлению и здесь. Продолжение и отдельные уточнения по теме возможны.
Просмотрев еще множество сообщений с форумов с описанием случаев появления стука и прослушав немало аудиозаписей с явными и мнимыми стуками двигателя хочу еще раз сказать – простой и однозначной причины их появления нет. Но то, что источником является именно перкладка поршней в ВМТ – это уже доказано ранее и признано самим Вагом, вот только эта перекладка бывает совсем разная. И говорю я не о степени жесткости перекладки, а именно о ее характере и месте соударения поршня со стенкой цилиндра. В этой теме все уже было ранее сказано в разных частях, посвященных различным теориям, и сейчас пришло время собрать все в единую картину.
И в подтверждение этому для начала прошу взглянуть на первоисточники – фотографии разборки двигателя CFNA уважаемым suslikrus.
Вложение:
БЦ двигателя №1 vs БЦ двигателя №2.JPG
Вложение:
Сравнение поршневой двух двигателей.JPG
Новые фото igv.spb
Вложение:
цилиндр 1 сторона рабочего хода.jpg
Вложение:
цилиндр 2 сторона рабочего хода.jpg
Я уже тогда отметил в своих комментариях, что на этих фото выложены поршневые от двух разных двигателей CFNA. И эти два двигателя как сейчас я вижу по условиям появления и характеру звука при перекладке поршневой на многих записях отличались именно причиной стука.
Сегодня, после появления фото поршневой двигателя igv.spb, можно сказать, что аналогичная разница в характере износа БЦ по цилиндрам возможна и на одном двигателе.
На рассматриваемом в обзоре двигателе №1 причиной появления стука имхо была жесткая перекладка жарового пояса отдельных поршней из-за тяжелого хода их опоры во время прогрева, что хорошо видно по наличию натёртостей (и даже раковин) именно в этом районе и расположению следов задиров на зеркале цилиндров. Фото верхних и нижних вкладышей шатунов относятся именно к нему и подтверждают присутствие масляного голодания или проблем с подачей масла к отдельным узлам трения поршневой. Данный стук отличается сильным и резким металлическим звуком перекладки, т.к. тепловой зазор в районе днища превышает 0,5мм. Так как причина жесткой перекладки днища поршня связана с недостатком смазки опоры поршня и с не эффективной работой компрессионных колец по демпфированию перекладки днища поршня, то этот вид стука в первую очередь зависит от состояния и качества масла, работы масляного насоса, состояния шатунных вкладышей. Он может появляться постепенно или внезапно, зимой или после летних трассовых пробегов и надолго поселяться в двигателе. Не обходит стороной авто с ГБО. И также термозависим – при сильно отрицательных температурах его может не быть, чему будет соответствующее объяснение позже. Но при температуре выше -5 и до жуткой жары он может присутствовать при первоначальном запуске. Всё, что было сказано в этой теме относительно работы масляной системы на современных ваговских двигателях, может приводить именно к этому виду стуков. Пример такого стука был в посте по прослушке записей на замедленной скорости.
На двигателе №2 причиной стука была тоже жесткая перекладка, но уже другой части поршня - юбки, что видно по фото показательного яйца на зеркале цилиндра и характере износа юбок поршней. Его расположение соответствует по высоте краю юбки поршня в ВМТ, а его вертикальный размер связывает этот процесс с началом подачи искры при прохождении прогрева в определенном критическом диапазоне температур запуска. Яйцо образовалось от ударов края юбки поршня именно из-за относительно раннего УОЗ для низких оборотов прогрева и резкого роста давления в КС еще до прихода поршня в ВМТ. Стук от перекладки юбки имеет более тихий и раскатистый звук, т.к. юбка, как любая колебательная система, имеет свое послезвучие (резонанс). Тепловой зазор в районе юбки при запуске и прогреве не превышает для стучащего двигателя 0,1мм, если только яйцо не добавит несколько соток. Причины усиления стуков юбки – строго термозависимы, жестко привязаны к работе программы прогрева и соответствуют критическому диапазону температур запуска от -5 до +10грС. Про вероятные причины, приводящие к ускорению сгорания ТВС в отдельных цилиндрах, рассказывалось в этой теме много и подробно, большего добавить пока нечего.
По всем признакам и характеру звука все мои 3,5 случая появления стука на собственном авто были связаны именно с усилением стуков юбок поршней на паре цилиндров. Не вижу особого смысла менять поршневую из-за кратковременных и редких стуков юбки в отдельные пасмурные сезоны. Причиной усиления стука юбок поршней, которые в более тихом виде присутствуют на АБСОЛЮТНО всех CFNA, может послужить и просто неудачный бензин, если конечно забыть про конструктивно заложенную Вагом неравномерность формирования ТВС из-за кособокого выпускного коллектора и дополнительных проблем для выпуска с близко расположенным КНОГом и его состоянием на момент появления стуков. И про всё, что это за собой влечет. Ведь поршневую можно убить и неравномерно большим нагаром по цилиндрам. Установленный очумелыми руками терморегулятор впускного воздуха, полезность которого многие отрицают, борется в меру своих возможностей за лучшее сгорание топлива и позволяет имхо забыть об этом виде стуков в холодный период.
Но вот стук жарового пояса поршня совсем не так безобиден, как перекладка юбки и требует более внимательного и подробного объяснения причин такого поведения поршня. И масляный след в этой проблеме явно прослеживается, а это и уровень подачи масла к узлам трения, и свойства самого масла и его изменение в процессе эксплуатации, чему очень «способствует» высокая температура и отсутствие нормального охлаждения небольшого объема масла в современных ДВС. Напомню, что некоторым пострадавшим удавалось постепенно избавиться от внезапно появившихся очень громких стуков на паре цилиндров простой ЗАМЕНОЙ масла (возможно конечно, что масло изначально было не удачное) или добавкой волшебных присадок к маслу типа ХАДО и т.п.. И присутствует масса сообщений, что после ТО стуки у кого то внезапно прошли, а у кого то наоборот появились.
Но в случае замены поршневой согласно TPI стуки, как мы уже знаем, у некоторых появляются вновь. И «хорошо», если это будут стуки от перекладки юбки, соответствующие их сезону. И совсем нельзя отрицать случаев, когда на двигателе могут появляться оба вида стуков одновременно.
Добавлено спустя 3 минуты 44 секунды:Итак, еще раз как же проходит перекладка поршня в ВМТ при окончании такта сжатия.
Вложение:
Нормальная перекладка поршня.jpg
Для наиболее любознательных нарисовал примитивные картинки с интересными моментами положения поршня и воздействующими на него результирующими силами для случаев нормальной и аномальной перекладки. Совершенно понятно, что настоящая конусно-бочкообразная форма поршня совершенно не похожа на нарисованный цилиндр, но для наглядности и понимания процессов это имхо допустимо. Всем перфекционистам могу посоветовать нарисовать на листе бумаги настоящий шедевр реализма, для остальных просто отмечу особенности процесса в отдельные моменты. Про особенности формирования ТВС при прогреве двигателя было написано ранее, поэтому здесь не рассматривается.
Вложение:
Перекладка поршня в нормальных условиях и при тяжелом ходе опоры.JPG
Движение поршня в режиме прогрева двигателя (для объективности примем Т запуска при -4) на картинках начинается примерно с середины такта сжатия. В этот момент прижимающая сила от шатуна максимальна, поршень плотно прижат к стороне такта сжатия цилиндра. В реальности, из-за меньшего диаметра днища по отношению к юбке в начальный период прогрева днище поршня слегка наклонено относительно стенок цилиндра. По мере поворота КВ и движения шатуна вверх прижимающая сила ослабевает, а результирующая сила давления сжимаемой ТВС на днище поршня возрастает. Проекция оси шатуна на днище поршня показывает, что не смотря на наличие конструктивного смещения оси пальца относительно ДП поршня, в этот момент на поршень воздействует опрокидывающая сила, но т.к. прижимающая сила велика, то траектория движения поршня неизменна – вверх вдоль стенки цилиндра. Но по мере приближения поршня к ВМТ прижимающая сила постепенно исчезает, но к этому моменту и отрицательная опрокидывающая сила тоже становится =0 из-за наличия смещения оси пальца. Поршень застывает на пальце в равновесии, прижимаемый к шатуну почти максимальным давлением сжатой ТВС, которая для режима прогрева с невысоким цикловым наполнением вряд ли будет превышать 7…9Bar. При достижении ВМТ опрокидывающая сила меняет знак и перекладывает юбку поршня на сторону рабочего такта. Тепловой зазор в районе юбки всего 0,05…0,08мм, поэтому перекладка происходит мягко.
После прохождения поршнем ВМТ через 2…3 гр поворота КВ подается искра на зажигание ТВС, смесь сгорает примерно за 4ms, давление газов в КС быстро нарастает до 25…30Bar, поршень движется вниз. Опрокидывающая сила, прижимающая юбку к стенке цилиндра, продолжает расти, но по мере отклонения шатуна от вертикали прижимающая сила постепенно увеличивается, преодолевает опрокидывающую силу и начинает перекладывать днище поршня на рабочую сторону. Но так как давление газов над поршнем максимально высокое, то компрессионные кольца сильно прижаты к нижней плоскости установочных канавок и хорошо демпфируют перекладку днища и отсутствие удара жарового пояса о зеркало цилиндра. Процесс перекладки завершен почти без звука.
Но вот через 40 секунд после запуска нагрузка на холодный двигатель по мере прогрева масла, улучшения формирования ТВС, начинает снижаться. На старой прошивке программа начинает ступенчато снижать обороты, уменьшать топливоподачу и оперативно поддерживать необходимое значение оборотов за счет изменения УОЗ. На новой прошивке обороты поддерживаются постоянными, но так же сильно меняется топливоподача и идет постоянное поддержание оборотов только УОЗ. При провале оборотов КВ на следующем рабочем такте УОЗ выставляется в более раннее значение, например на 4…6 гр до ВМТ. Под действием резко нарастающего давления опрокидывающая сила быстро растет и юбка начинает более рано и резко перекладываться в ВМТ. Если износ юбки велик, или тепловой зазор еще не уменьшился, или скорость сгорания ТВС идет быстрее нормы, то сила удара от перекладки будет значительно увеличиваться. Совсем не считаю, что яйцо будет набиваться именно в режиме прогрева на хх, но вот при начале движения на непрогретом двигателе, работающем на г-бензине (или имеющим большое количество нагара в КС) отчетливо слышал сильные колокольчиковые удары перекладки юбок поршней по стенкам цилиндров. На нормальном бензине и чистой КС перекладка проходит относительно тихо. При более низкой Т запуска скорость сгорания ТВС получается значительно ниже, рост давления плавнее, поэтому даже выставление УОЗ на уровень 10гр до ВМТ не приводит к жесткой перекладке юбки. Днище поршня в любом случае перекладывается значительно позднее прохождения ВМТ. Самым оптимальным для создания максимального крутящего момента считается пик максимального давления газов в КС при повороте КВ на угол 12…15гр после ВМТ. Но чем дальше в большую сторону от этого значения находится пик давления, тем мягче работает двигатель, но расход топлива резко возрастает. Чем ближе к ВМТ пик давления в КС – тем жестче работает двигатель и большую нагрузку испытывает ШПГ. Постепенно Т поршня растет, размер днища и юбки увеличиваются, поршень становится более цилиндрической формой, его валкость уменьшается и стуки от перекладки затихают.
Добавлено спустя 10 минут 15 секунд:Вариант аномальной перекладки, приводящий к первоначальной перекладки днища поршня так же уже был описан ранее в этой теме
В чем главное отличие от режима нормальной перекладки – при движении поршня в узле опоры поршневого пальца присутствует повышенное трение из-за отсутствия смазки или присутствия загрязнений. Другая причина, приводящая к повышению трения в опоре поршня – тугая посадка поршневого пальца или не соответствие коэффициента теплового расширения материалов пары трения. В большинстве случаев процесс описывается следующим образом – после запуска двигателя из-за сухого трения или тугой посадки поршневой палец начинает быстро разогреваться, его размер увеличивается, что приводит к более тяжёлому повороту поршня на своей оси. По мере прогрева поршня и поступления смазки в узел трения этот процесс прекращается, размеры пары трения стабилизируются, его рабочие параметры восстанавливаются. Фотография с наличием задиров на верхнем шатунном вкладыше известна уже почти два года.
Но надо понимать и другую важную причину увеличения сил трения в опоре поршня – увеличение удельного давления в паре трения при раннем и резком росте давления в камере сгорания от быстрого сгорания ТВС, особенно при относительно раннем УОЗ. Простой пример – попробуйте передвинуть по сухому полу 200кг шкаф или картонную коробку такого же размера – усилие из-за разной силы трения тоже будет разным.
Как изменяется действие сил на движущийся поршень при наличии повышенного трения в его опоре? Смотрим вторую часть тех же картинок.
Вложение:
Перекладка поршня в нормальных условиях и при тяжелом ходе опоры.JPG
Вложение:
Сравнение двух цилиндров и границ работы поршня.JPG
Вначале все кажется одинаковым с нормальным процессом перекладки – прижимающая сила велика, опрокидывающая одинакова с первым случаем, а поворачивающая сила от наличия повышенного трения в опоре еще не может победить прижимающую. Но по мере приближения поршня к ВМТ прижимающая и опрокидывающая силы уменьшаются, а поворачивающая сила наоборот начинает возрастать по мере возрастания давления сжимаемых газов на днище поршня. В определенный критический момент, когда прижимающая сила становится меньше совместного действия опрокидывающей и поворачивающей силы днище поршня резко перекладывается на рабочую сторону. С учетом того, что тепловой зазор в этом месте может достигать 0,5…0,6мм удар получается очень резким и сильным. Компрессионные кольца не в силах демпфировать (замедлять) перекладку днища поршня, т.к. давление в КС еще не достаточно для их эффективной работы в этом качестве. Да и сама конструкция колец рассчитана изначально на уплотнение рабочего зазора при небольших осевых перемещениях поршня, а не на удержание непрогретого днища с огромными ходами в половину мм. В результате имеем жесткую перкладку днища поршня еще до прихода поршня в ВМТ. Поршень движется вверх в наклоненном положении, что приводит к еще худшим результатам – опрокидывающая сила в ВМТ не появляется, т.к. даже при наличии осевого смещения из-за наклона днища поршня проекция оси шатуна на днище поршня не может создать эту силу!!!
После прохода ВМТ поджигается ТВС, растет давление, но из-за наклонного положения поршня опрокидывающая сила имеет отрицательное значение и продолжает еще некоторое время удерживать поршень в этом виде. И лишь по мере опускания поршня опрокидывающая сила меняет знак и совместными усилиями с прижимающей силой прикладывает юбку к рабочей стенке цилиндра, но очень значительно ПОЗЖЕ, чем выпрямление поршня происходило в первом случае. До этого момента днище поршня продолжало тереть своим жаровым поясом гильзу цилиндра и усиливающиеся следы этого износа видны на фото – они увеличиваются по мере нарастания прижимающей силы, и ШИРЕ, чем размер пятака износа на самой юбки. Suslikrus в свое время, при опубликовании отчета очень удивлялся на эти задиры – как это вообще может быть???
Вложение:
цилиндр 1 сторона рабочего хода_распределение источников задиров по высоте рабочей стороны цилиндра.JPG
Вложение:
цилиндр 2 сторона рабочего хода_границы хода поршня и зона работы колец.JPG
Если вы думаете, что при более раннем поджигании ТВС до момента вынужденной перекладки днища поршня что-то изменится – «вот кольца начнут демпфировать перекладку, и хотя бы стук поутихнет…» Ничуть не угадали. Потому, как и в первом случае, при позднем УОЗ, и сейчас, при раннем увеличится и удельное давление (а значит и сила трения) в паре трения, помимо поворачивающей силы от подклинивания опоры на перекладку днища работает и опрокидывающая сила, которая только усиливает свое действие при увеличении давления на поршень. И беда колец не в том, что они слабые или изношенные, а в том что они просто физически не рассчитаны на такие широкие движения при опрокидывании днища от одной стенке до другой. И стуки поршня утихнут только после того, как он наберет температуру и уменьшит свои тепловые зазоры, особенно в районе днища, что избавит его от повышенной кривобокости и уменьшит расстояние перекладки днища хотя бы до 0.1…0,2мм. Только после этого опрокидывающая сила одумается и будет помогать раньше перекладывать юбку. Но к этому моменту возможно и опора поршня расходится, масло доползет куда надо, но что на самом деле там происходит – неизвестно.
В этом случае если замена масла не помогла, осторожные покатушки на высоких оборотах для создания высокого давления масла и прокачки системы не привели к исчезновению стуков, добавка волшебных присадок оказалась бесполезной - ничего кроме замены поршневой по TPI рекомендовать не могу. Но что там на самом деле с подачей масла может происходить, могут сказать только мастера. Но если они по «акции» раскидывают и собирают движок как АКМ, то много ли они там увидят, да и эти проверки чистоты масляных каналов, встроенных сетчатых фильтров, вкладышей шатунов и КВ не записаны в TPI. Вполне возможно, что таких случаев не много из вероятного большинства случаев замен поршневой по более безопасной и призрачной причине стуков юбки, но кто же это скажет? У меня таких стуков поршневой вероятно не было, в целях профилактики езжу по трассе на оборотах 3000…3500, 95 бензин, масло 5W30, в жару поменял на 5W40. Подогреватель-термостабилизатор воздуха в мае снимал только на неделю для сравнения Т воздуха в ВК со стоком в жутких пробках – без разницы.
Новые фото поршневой igv.spb показали и еще одну удивительную проблему – наличие небольшого яйца от ударов юбки поршня ВБЛИЗИ НМТ на рабочей стороне цилиндра, чего я никак не ожидал увидеть, т.к. в этот момент не предполагалось появление никаких внешних сил, приводящих к лишней перекладке поршня вблизи НМТ.
Вложение:
цилиндр 2 сторона рабочего хода_след от перекладки юбки в ВМТ и вблизи НМТ.JPG
И самое интересное, что это место появления яйца не соответствует имхо самой НМТ. На отдельных аудиозаписях было слышно и видно появление непонятного стука поршня за 20…30 градусов до ВМТ или НМТ – по аудиозаписи без привязки источника стука к конкретному цилиндру для четырехцилиндрового ДВС это не поймешь. И присутствие несильного, но характерного квакания в отдельные моменты прогрева своего двигателя, напоминающие тукание корпуса КНОГа, но при замедленном воспроизведении однозначно определяемые как несильный звук перекладки юбки поршня в отдельном цилиндре – это имхо связано с этой проблемой. Пока лишь могу предположить, что появление лишней перекладки поршня вблизи НМТ связано с процессами газовыхлопа после открытия выпускных клапанов в цилиндре примерно за 40 градусов до НМТ при наличии близко расположенного препятствия в виде КНОГА. Прямая волна давления выхлопных газов отражается от препятствия и возвращается обратным импульсом давления в цилиндр, вызывая не очень сильную перекладку поршня еще до его прихода в НМТ. Но пока это только теория.
Добавлено спустя 9 минут 26 секунд:Причины избирательного появления неравномерного износа поршневой - многообразны, но в случае с автором последних фото в первую очередь приходит теория масляного голодания и сухого трения в удаленных цилиндрах при запуске двигателя в холодный период из-за обильного поливания бензиновым конденсатом стенок цилиндра. Вероятно, что установка подогревателя впускного воздуха помогает сократить время орошения и смывания масляной пленки с хона лишним бензином Обсуждение других причин приветствуется.
Вложение:
поршни сторона рабочего хода_износ юбки на 1 и 4 цилиндрах и натиры на жаровом поясе.JPG
Вложение:
поршни сторона такта сжатия_различия в степени потертости графитового покрытия юбок.JPG
. Повлияет ли изменение прошивки на неожиданно появляющуюся на некоторых двигателях аномальную перекладку поршня в ВМТ (если только убрать УОЗ на поздние значения при прогреве), приводящую к образованию задиров на стенках цилиндра - не знаю.