В статье Какое масло заливать в мотор Хонды? я уже вскользь коснулся темы "узких масляных каналов" двигателей серии "К". Теперь настала пора увидеть их вживую и заодно разобраться: действительно ли инженеры Хонды допустили просчёт и сделали тонкие каналы, которые стали проблемой для смазки мотора? Здесь же коснёмся одной из проблем этих моторов - разрушения кулачков распределительных валов.
Для начала посмотрим на "официальную" схему системы смазки:
Масляный насос, фильтр… Далее часто масла поступает к коленчатому валу для смазки кривошипно-шатунного механизма, а другая часть уходит в головку блока цилиндров (ГБЦ) где распределяется на системы VTC, VTEC и смазку газораспределительного механихма (ГРМ). Вскрытого блока цилиндров для фотографирования у меня не оказалось, но поверьте на слово - со смазкой коленвала у этих двигателей точно проблем никаких нет, это проверено двумя десятками лет эксплуатации. А вот на передней стенке первая интересная точка – своеобразный коллектор, объединяющий сверления в блоке и где сходятся каналы от фильтра, верхний канал для подачи масла в ГБЦ, и ответвление на гидронатяжитель цепи ГРМ.
Гидронатяжитель нас не интересует – он масло не потребляет, потери на утечку ничтожные. А вот канал уходящий вверх на ГБЦ давайте рассмотрим (на фото как раз он хорошо виден). Когда делал эти фотографии линейку подставить не догадался, поэтому измерять будем путём сопоставления с размерами элементов, которые нам известны. Например достоверно известно, что крышка прикручивается болтами М6. Сравнивая отверстие болта с видимой частью масляного канала можно смело сказать, что его диаметр никак не меньше 8 мм. А если точнее, то канал там – 10 мм, что хорошо видно на следующем фото, где мы можем увидеть противоположный выход этого канала :
Как мы видим, в блоке цилиндров никаких "тонкостей" нет, что вполне ожидаемо ведь все особенности двигателей этой серии (я имею в виду VTEC и VTC) находятся в головке блока. Её нам придётся рассмотреть особо пристально. В ГБЦ масло поступает через вот этот канал сечением 10мм:
Далее масло распределяется между клапанами VTEC и VTC и на этом прямой канал смазки в ГБЦ заканчивается. Вы спросите: ничего ли я не путаю? А как же смазываются распредвалы? Нет не путаю – перепроверил несколько раз. Вот на фото:
Розовый провод пропущен через те каналы, которые связаны между собой. Оранжевый провод пропущен через все остальные отверстия и с розовым проводом они нигде не пересекаются.
Возвращаемся к общей схеме смазки – там тоже показано, что смазка в распредвалы поступает через клапан VTEC. Возможно канал смазки проходит через клапан транзитом?
Смотрим схему клапана:
И его "посадочное" место на ГБЦ:
ВХОД, понятное дело, сообщается с каналом подачи масла из блока цилиндров.
ВЫХОД уходит вверх ГБЦ к первой опоре распредвалов.
ДРЕНАЖ - второй выход из клапана, так же уходит наверх:
Наверху канал дренажа открывается в картерное пространство (за передней крышкой). Через него масло вытекает, когда необходимо снизить давление на выходе клапана. Масло, вытекающее отсюда, поливает сверху цепь привода ГРМ и стекает в поддон картера. Получается, что масло на распредвалы поступает только с выхода клапана VTEC. Но ведь этот клапан не всегда открыт, даже наоборот - большую часть времени он закрыт. Может есть ещё какой то обходной канал? Давайте разберёмся с прохождением масла через клапан VTC:
Входной канал после ответвления на клапан VTEC идёт на переднюю часть ГБЦ, там проходит через сетку (на фото она отсутствует) и возвращается в центр к клапану VTC (на фото черный провод) . В клапане масло разделяется на два управляемых выхода (голубой и белый провода), и два дренажных выхода: один выходит в полость над цепью привода ГРМ) (желтый провод), а другой с торца клапана непосредственно в полость клапанной части.
Сейчас немного от исследования пути следования масла и обратим внимание на сечение каналов. На предыдущем фото (где изображена ГБЦ со стороны клапана VTEC ) сравниваем диаметр отверстий масляных каналов с отверстиями болтов крепления клапана. Болты там с резьбой 6 мм, а каналы рядом с ними никак не меньше 8 мм. А на последнем фото, выход клапана VTEC рядом с отверстием болта крепления опоры распредвалов, и резьба там 8 мм… Как видите, тонкие каналы мы пока не встречали. Но самое интересное конечно впереди, поскольку мы пока ещё не выяснили, как именно смазываются распредвалы.
Переходим на первую опору распредвалов, куда выходят выходные каналы от клапанов VTEC и VTC:
Тут всё "состыковывается" с предыдущим фото. Очень хорошо видно, что дренажный канал действительно открывается в "картер". Два канала от клапана VTC проходят дальше без изменений. Пока это самые тонкие каналы, которые мы встретили (примерно 4-5 мм). Наконец канал от клапана VTEC – тут он раздваивается и обе части "ныряют" в отверстия, через которые проходят болты крепления опор. Благодаря форме болтов (середина у них тоньше) масло проходит через отверстия и поступает в две стальные трубки, которые являются осями толкателей клапанов (некоторые их называют коромыслами, хоть это не совсем правильно, но для простоты написания пусть будут "коромысла"):
Тут важно заметить, что в обе трубки масло поступает от клапана VTEC и уже из них подаётся на шейки распредвалов во всех опорах, а так же на коромысла, в том числе и составные. Вот на фото опоры с коромыслами в сборе:
На первой опоре нет отверстий для подачи масла к шейкам распредвалов. На второй опоре мы видим канал подачи масла к шейке и всё… На остальных опорах таких отверстий нет, к ним масло подаётся внутри самих валов. Смотрим на опоры с другого ракурса:
Как видите, отверстия есть только во второй опоре.
Для наглядности, что к шейкам распредвала масло поступает именно через трубки, я продел провод из первой опоры через трубку ко второй опоре:
Вот ещё крупнее:
Сомнений быть не может, смазка на шейки распредвалов подаётся только через оси коромысел и других каналов подачи смазки к распредвалам нет. Исключение – два канала управления звёздочкой VTC, но они проделаны только в передней части распредвала и выходят только на звёздочку VTC:
Теперь мы пошагово прошли по всем масляным каналам в ГБЦ и можем представить всю схему целиком.
Розовым цветом отмечены каналы с непрерывным поступлением масла от блока цилиндров. Зеленым цветом отмечены дренажные каналы, через них масло вытекает в картер. Синий и белый - каналы управления муфтой VTC, в смазке эти каналы не участвуют. Оранжевым цветом отмечен весь путь следования масла от выхода клапана VTEC и именно он и только он обеспечивает смазку распредвалов.
А теперь пришла пора ответить на один из главных вопросов данной статьи: где здесь узкие каналы? Действительно такое место есть – это два канала подачи масла к шейкам распредвалов во второй опоре:
Для сравнения предлагаю посмотреть на это же место в двигателе B20B от первого поколения CRV:
Диаметр отверстия целых 4 мм! Без всяких линеек видно, что в двигателе K20A (который фигурирует на фото) это отверстие существенно меньше раза в два! А если быть точнее, то этот канал всего 1.6 (+/- 0.1) мм (измерено при помощи сверла):
Уверен, что любой моторист впервые увидевший ЭТО… будет впечатлён. Теперь ясно, откуда "ноги растут", т.е. откуда происходит миф о тонких масляных каналах этих двигателей, и что это не совсем миф - тонкие каналы действительно существуют.
Теперь остаётся найти ответы на два следующих вопроса:
1) Зачем разработчики сделали такие тонкие каналы? Это расчёт или ошибка?
2) Какие последствия это имеет для надёжности двигателя?
Идём по порядку: почему отверстие такое тонкое? Ведь на фото прекрасно видно, что рассверлить его бОльшим диаметром, нет никаких препятствий - место позволяет да и в начале отверстие уже рассверлено диаметром не меньше 3 мм.
Дело в том, что масло в распредвалы и в коромысла подаётся по одному и тому же пути - через оси коромысел. А коромысла то у нас не простые, в них кроется главная изюминка VTEC - они составные и соединение их происходит при подаче в них масла под давлением, достаточным для того, что бы сжать пружину плунжера.
Теперь чуть-чуть теории "на пальцах": предположим есть у нас труба, которая подключена к водопроводу и на конце которой есть кран. На входе в трубу тоже есть кран, а в самой трубе ещё и манометр - давление смотреть. Открываем мы входной кран - давление в трубе растёт и достигает давления водопровода, но только пока выходной кран закрыт. Как только выходной кран откроется - давление в трубе сразу упадёт. А если мы прикроем выходной кран наполовину - давление поднимется, но будет всё равно меньше давления водопровода. Прикроем входной кран так же наполовину - давление снова упадёт. Вывод: давление в трубе зависит от соотношения проходных сечений кранов на входе и на выходе трубы.
Возвращаемся к системе смазки, а точнее к схеме работы гидравлической части системы VTEC:
Когда клапан VTEC выключен, плунжер под действием пружины поднят вверх и закрывает проход между входом и выходом клапана, однако часть масла всё равно поступает на выход через вот это отверстие:
При верхнем положении плунжера выход клапана соединяется с дренажным выходом клапана небольшой щелью, поэтому часть масла уходит в дренаж, а часть масла поступает на выход для обеспечения смазки распредвала. Давление масла на выходе клапана низкое, его недостаточно для перемещения плунжеров в составных коромыслах и они остаются в разомкнутом состоянии. Но даже с небольшим давлением масло продолжает поступать в распредвалы.
Когда клапан VTEC включается, плунжер перемещается вниз, открывает окно между входом и выходом одновременно закрывает щель между выходом и дренажом. На выходе клапана и в коромыслах давление поднимается и под его действием плунжеры, сжимая пружины, перемещаются - коромысла смыкаются между собой. Но мы помним, что если на противоположном конце "трубы" открыть кран - давление упадёт. Поэтому для поддержания высокого давления в осях коромысел "выход" надо держать прикрытым. А выход у нас где? Только в распредвалах. Вот по этой причине проходное сечение каналов смазки шеек намеренно уменьшено! Это нужно, что бы гарантированно поддерживать высокое давление в трубках и в толкателях (коромыслах). Так что тут никакой ошибки - всё чётко рассчитано.
Выходит, конструкторы сознательно посадили распредвалы на "голодный паёк". Мало того, что масло к распредвалам поступает через тонкое отверстие , так ещё и под пониженным давлением, ведь большую часть времени VTEC выключен (напомню, что в двигателях с "полным" VTEC-ом, клапан включается после 5000 оборотов, а в дефорсированных версиях с 3000 об/мин).
А что же последствия? Многолетняя практика показала, что подшипники распредвалов такой режим смазки переносят вполне нормально. Случаи задиров шеек или опор исключительно редкие. В моей практике такой случай был единожды:
Но то был особый, выдающийся случай - там мотор вообще на песке работал:
Или вот:
В подавляющем большинстве случаев опоры и шейки распредвалов даже у двигателей с внушительными пробегами выглядят вполне прилично (на фото - крышки после пробега в 335 тыс.км.):
А как же проблема с износом кулачков?
Проблема существует...
Но действительно ли это следствие просчёта в системе смазки и использования масла со стандартной или повышенной вязкостью (фанаты масла 0W20 утверждают, что именно тонкие каналы обуславливают необходимость применения масла с низкой вязкостью)? Лично я убеждён, что дело тут не в масле и не в каналах. Так как проблема эта довольно массовая, то можно делать некоторые статистические наблюдения и выводы. Поэтому я приведу несколько аргументов, основанных на таких наблюдениях.
Аргумент первый: Нет сколько нибудь заметной связи между случаями износа кулачков и вязкостью используемого масла. Во всяком случае за 15 лет я и мои коллеги по crvclub.ru не обнаружили такой взаимосвязи. Проблема возникала и у тех, кто использует жидкие масла (0w20), и так же у тех кто всегда ездил на 5W40. И наоборот: среди тех кому повезло и они ни разу не столкнулись с этим (даже с пробегами за 300 и за 400 тыс. км!), есть и те кто ездит на 0W20, и приверженцы 5W40 и те кто выбрал "середину" в виде 5W30.
Даже вот такой "обслуженный" мотор имел все целые кулачки:
Значит дело тут не в вязкости масла и не в его количестве.
Аргумент второй, тоже статистический: износ кулачков наблюдается только там, где один кулачок работает на два клапана. Например владельцы Аккордов с двигателем K24A3, у которых и впускной и выпускной распредвалы имеют по три кулачка, с этой проблемой не сталкивались. Во всяком случае я про такое не слышал и сам не видел ни разу.
Очень любопытный факт. Дело в том, что VTEC у этих моторов включается на 6000 об., а значит бОльшую часть "жизни" у распредвалов работают стандартные кулачки. И этих кулачков по одному на каждый клапан.
У моторов с "недоВТЕКом" на выпуске один кулачок через двойное коромысло работает на два клапана всегда! А значит он испытывает двойную нагрузку, что и является для него роковым обстоятельством.
Тут же следует обратить внимание, что у моторов с одним кулачком страдают выпускные распредвалы, а впускные нет (точнее, почти нет – пара случаев за всё время мне всё таки известна). Это так же объяснимо: кулачки впускных валов шире, и как минимум половину своей рабочей жизни работают на один клапан (смотрите: Сказки про К. Часть первая).
Аргумент третий: Предыдущие поколения моторов у Хонды проблемой износа кулачков не болели. Аргумент конечно спорный, т.к. в этом случае можно сказать: "ну вот, на старых моторах масляные каналы были толстые, а теперь тонкие...". Но! Смазка кулачков и раньше и сейчас осуществляется методом разбрызгивания, так что количество масла подаваемого принудительно к валам тут не важно. А я хочу обратить внимание на конструкцию толкателей (коромысел):
Толкатели клапанов двигателя серии "B" имеют цилиндрическую поверхность соприкосновения с кулачками (на фото слева), а контакт с кулачком осуществляется посредством трения. На двигателях серии "К" (а также "J", "R" и др.) толкатели роликовые, т.е. контакт с кулачком осуществляется посредством качения ролика по кулачку (на фото справа). Казалось бы: кулачок, испытывающий трение по всей поверхности, испытывает бОльшую нагрузку, чем тот по которому катится колёсико. Да колёсику вообще смазка не нужна! Однако у "старшего поколения" проблем с распредвалами не было, а тут… Парадокс.
Может быть дело в технологиях изготовления распредвалов? Например, что бы снизить себестоимость их стали делать из более мягкого металла, в свою очередь это компенсировали заменой толкателей трения на роликовые? Возможно и такое, я не силён в обработке металлов. Но, как мне известно, распредвалы и раньше отливались из относительно мягкого сплава, вытачивались и только потом кулачки закаливались отдельно токами высокой частоты. Судя по всему, сейчас распредвалы изготавливаются по этой же технологии.
Вот на фото я попытался попилить распредвал надфилем. Три надпила рядом с кулачком были проделаны легко – по одному движению на каждый. На самом кулачке, сколько я ни пилил, остались только едва заметные царапины (в красном прямоугольнике). Значит кулачок закалённый, точнее его поверхность.
А теперь посмотрим внимательнее на повреждённые кулачки – поверхность не стирается, а крошится!
Не тут ли кроется причина проблемы? Кулачок имеет твёрдый поверхностный слой, под которым более мягкое основание, и по этому слою катится колесо из более твёрдого материала. Представьте, что вы идёте по земле покрытой коркой льда: вы скользите по нему ногами, но не отрываете их от поверхности, если шагать - лёд треснет.
Понимающие "физику процесса" конечно скажут, что дело в площади подошв, то что две ноги оказывают давление меньше чем одна... Конечно. Но ведь и кулачок у нас "похудел" в ширине. А ролик ещё меньше чем кулачок (возвращаемся на четыре фото назад). Соответственно прощадь контакта уменьшилась. А нагрузка на него возросла в два раза! Вот и ломается "лёд".
Аргумент последний. Точнее это уже не аргумент, а так… несколько фактов для размышления:
- Попытки установки китайских распредвалов предпринимались неоднократно, пробовали на двигателях K20A4, K24A1, K24Z4. Результат не обрадовал – ресурс у них значительно, ниже чем у оригинальных. После эксплуатации немногим более года с пробегом менее 20 тыс.км. у всех испытуемых наблюдалось разрушение на всех 4-х кулачках.
- Есть опыт эксплуатации восстановленного распредвала (технология восстановления подразумевает наваривание металла, обточку и закаливание ТВЧ, всё как на производстве - такие фирмы есть не только в Москве). Результат похожий: год эксплуатации – разрушены 4 кулачка.
- Под замену попадали распредвалы разных производителей (и с гладким "телом" и с шершавым), на автомобилях произведённых и в Японии и в Великобритании. Некоторые праворульные CR-V так же приезжали с этой проблемой, что развеивает миф будто "японцы для себя делали качественнее и надёжнее, чем на экспорт".
Подведём итоги. Я не претендую на истину в последней инстанции, поэтому изложу своё мнение по пунктам, а соглашаться или нет – ваше право. Итак:
- в системе смазки двигателей серии "K" действительно есть тонкие каналы? Да, есть. Для смазки шеек подшипников распредвалов масло подаётся через отверстия сечением 1.6 мм, что действительно не много в сравнении с другими двигателями. Более того – смазка в этом месте не меньше половины "жизни" мотора подаётся под низким давлением, чуть ли не самотёком… Другие места, такие как кривошипно-шатунный механизм, поршневая группа и привод ГРМ, недостатка смазки не испытывают.
- наличие тонких каналов требует использование моторных масел пониженной вязкости? Не факт. Эксплуатация двигателя с маслами "средней" вязкости не увеличивает вероятность возникновения в двигателе механических проблем, скорее даже наоборот – наблюдаемые мной моторы "долгожители" ездят именно на 5W30 и 5W40.
- из-за дефицита смазки массово страдают распредвалы. Не факт. Подшипники распредвалов, в которые смазка подаётся принудительно, такой "голодный" паёк нормально переживают – случаи чрезмерного износа шеек или опор исключительно редкие. А вот разрушение кулачков выпускных распредвлов, имеющее массовый характер, происходит по иным, не зависящим от смазки причинам.
