Многолетние усилия автомобильной промышленности, направленные на создание более экологичных и экономичных двигателей, привели к непредвиденным последствиям: современные двигатели гораздо менее устойчивы к производственным дефектам, чем старые модели.
Это объясняет, почему более 5 миллионов(!) двигателей пяти автопроизводителей в настоящее время подлежат отзыву или федеральному расследованию, что дорого обходится с точки зрения денег и, возможно, репутации бренда.
У всех этих двигателей есть несколько общих проблем, таких как неправильная обработка шатунов и коленчатых валов, а также наличие внутри двигателя мелких металлических частиц – стружки.
Старые двигатели, мощность которых зависела от рабочего объёма, и которые работали на более густом моторном масле, могли лучше переносить незначительные ошибки при механической обработке, очистке и производстве. Но современные даунсайзинговые моторы, более совершенные и испытывающие высокие нагрузки, разработанные для снижения выбросов, повышения топливной экономичности и увеличения мощности на литр объёма, не могут этого стерпеть.
И вот, издание Automotive News обратилось к инженерам-мотористам и другим экспертам с вопросом о причинах поломок. Все сошлись во мнении, что современные двигатели, которые работают чище, выдают рекордное количество мощности на литр, создают более высокое давление в цилиндрах. Это приводит к увеличению нагрузки на критически важные детали, такие как коленчатые валы, которые разделены со вкладышами лишь масляной плёнкой, тонкой, как человеческий волос.
Чтобы снизить паразитные потери, автопроизводители используют всё более текучие масла. По словам экспертов, повышенная нагрузка на подшипники, шатуны, коленчатые валы и другие детали в сочетании с маловязким маслом означает, что компоненты двигателя должны быть идеально обработаны, очищены и собраны. В противном случае двигатель может заклинить.
«Стремясь свести к минимуму выбросы выхлопных газов и повысить топливную экономичность, автопроизводители были вынуждены значительно уменьшить рабочий объем двигателей, пытаясь при этом сохранить мощность, которую ожидают водители», — сказал Грег Дэвис, профессор Кеттерингского университета, возглавляющий лабораторию передовых исследований двигателей во Флинте, штат Мичиган.
«Это привело к повышению пикового рабочего давления и увеличению средней нагрузки на двигатель. Это, в свою очередь, увеличивает нагрузку на подшипники и износ двигателя. Мы регулярно повышаем обороты, чтобы увеличить мощность, что опять же приводит к повышенному износу. Кроме того, двигатель в среднем работает при более высокой температуре деталей», — сказал Дэвис.
Том Хауэлл, руководитель отдела двигателей в AVL, австрийской компании из Граца, которая предоставляет автопроизводителям услуги по тестированию силовых агрегатов и инжинирингу, считает, что проблемы с двигателями в отрасли возникают из-за маловязких масел, более жёстких допусков и более твёрдых материалов для подшипников.
«Если масло более жидкое, то и масляная плёнка будет тоньше, а двигатель будет более подвержен загрязнению», — говорит Хауэлл, работающий на заводе AVL в Детройте. «Также были внесены некоторые изменения в материалы для подшипников, которые более подвержены загрязнению», — сказал он.
А теперь – во что это выливается в итоге!
В апреле компания General Motors отозвала 721 000 6,2-литровых двигателей V8 L87, установленных в пикапах и внедорожниках Chevrolet и GMC 2021–2024 годов выпуска, а также в Cadillac Escalade. Более чем в 1000 из них вышли из строя шатунные подшипники, причём в некоторых пробег составлял всего несколько сотен километров. 27 октября NHTSA объявило, что еще 286 000 6,2-литровых двигателей, произведенных вне периода отзыва, исследуются на предмет той же проблемы.
Сумма, которую придётся заплатить за проверку и замену деталей, неизвестна. Компания GM не раскрывает информацию о расходах на гарантийный ремонт отдельных деталей, но её представитель сообщил, что общая сумма гарантийных обязательств за 2024 год увеличилась на 1,3 миллиарда долларов.
Есть и другие автопроизводители, столкнувшиеся с отзывом двигателей и расследованиями:
Toyota ожидает, что ей придётся потратить от 300 до 500 миллионов долларов на замену 102 000 двигателей V35A V-6 с двойным турбонаддувом, установленных в пикапах и внедорожниках Toyota, а также в внедорожниках Lexus. 6 ноября Toyota добавила в список отзыва 127 000 двигателей, выпущенных в 2022–2024 годах. Причина: мусор в блоке цилиндров может привести к заклиниванию двигателя. Toyota не сообщила, будут ли эти двигатели заменены. Если это так, то окончательная сумма, которую Toyota должна будет выплатить за ремонт, скорее всего, превысит 1 миллиард долларов.
Hyundai потратит около 5 миллиардов долларов на замену двигателей, урегулирование судебных исков и выплату штрафов, связанных с более чем 3,3 миллиона потенциально неисправных двигателей Theta II, Gamma и Nu, выпущенных более десяти лет назад. Корейский автопроизводитель продлил гарантию на двигатели до 15 лет/150 000 миль.
Honda имеет дело с почти 250 000 J35 V-6 2023 модельного года, у которых могли быть неправильно обработанные коленчатые валы, приводящие к износу подшипников и заеданию шатунов. В августе NHTSA добавило 1,4 миллиона двигателей к своему расследованию после получения жалоб на 414 неисправностей. Honda не сообщила, сколько она потратит на тестирование отозванных двигателей и замену неисправных.
Компания Ford в этом году отозвала ряд двигателей из-за поломки шатунов, утечек масла и неисправных топливных форсунок, которые могли стать причиной возгорания. Отзыв коснулся более 700 000 автомобилей. Стоимость неизвестна.
Компания Stellantis отозвала 112 589 четырёхцилиндровых двигателей с турбонаддувом, установленных на Jeep 2023–2025 годов выпуска. Песок в блоке цилиндров мог привести к заклиниванию двигателя. По данным NHTSA, было подано 144 гарантийных иска. Компания Stellantis пока не определилась с тем, как будет устранять неполадки в двигателях. Но, исходя из стоимости замены двигателей у других автопроизводителей, Stellantis может столкнуться с расходами на ремонт в размере до 500 миллионов долларов. Хотя замене подлежит лишь часть отозванных двигателей, это создает значительные неудобства для дилеров, клиентов и автопроизводителей.
Замена двигателя по гарантии — дорогостоящая и трудоёмкая процедура, которая занимает большинство сервисных боксов как минимум на два дня. Например, замена 6,2-литрового двигателя GM занимает около 18 часов. Замена двигателя Toyota V-6 занимает около 13 часов. Это влияет на рентабельность дилерских центров, поскольку не позволяет техническим специалистам работать над более прибыльными заказами на ремонт.
Неработающие двигатели, само собой, доставляют неудобства клиентам и могут подорвать лояльность к бренду. Например, на странице Hyundai-Kia, посвященной неисправностям двигателей, 37 500 участников публикуют сообщения о двигателях своих автомобилей и о зачастую запутанной процедуре их замены.
Клиенты GM были недовольны тем, что им приходилось долго ждать замены моторов.
От предоставления клиентам подменных автомобилей на время ремонта до сверхурочной работы на заводах по производству двигателей — все это снижает рентабельность автопроизводителей.
А они, возможно, по юридическим причинам, обычно неохотно делятся техническими подробностями, кроме тех, что опубликованы в документах NHTSA об отзыве автомобилей. Но поломки двигателей привели к изменениям.
Генеральный директор General Motors Мэри Барра заявила, что проблемы с качеством 6,2-литрового двигателя помогут компании избежать повторения проблем с малоблочным двигателем V-8 шестого поколения. Производство этого двигателя, на который было потрачено 854 миллиона долларов, должно начаться в 2027 году. GM возложила ответственность за проблемы с 6,2-литровым двигателем на поставщиков, которые оставляли металлическую стружку в блоках цилиндров и поставляли неправильно обработанные коленчатые валы.
«Мы работаем рука об руку с нашими поставщиками... чтобы убедиться, что они используют тот же тип управления процессами, что и мы, и обмениваются накопленным опытом», — сказала Барра в интервью Automotive News. Она добавила, что при возникновении проблем на местах команды работают над их выявлением и устранением в следующей версии.
«Я очень горжусь этим процессом, потому что одно дело — столкнуться с проблемой, и совсем другое — столкнуться с ней во второй раз», — сказала она.
Компания Hyundai изменила подход к проверке двигателей, чтобы выявлять любые ошибки до установки двигателя в автомобиль.
«Компания Hyundai внесла ряд усовершенствований в свои производственные процессы, основываясь на полученном опыте. Это включает в себя увеличение частоты и объёма проверок, внедрение дополнительных средств контроля и усиление мониторинга в режиме реального времени на всех этапах производства двигателей, — сообщил представитель Hyundai в электронном письме для Automotive News. — Эти улучшения являются частью более масштабной программы Hyundai по постоянному повышению качества».
«Возможно, это связано с переходом на более жидкие масла. Это связано с сокращением выбросов парниковых газов за счёт повышения топливной экономичности», — сказал Хауэлл из AVL.
Вращающиеся металлические детали внутри двигателя не должны соприкасаться. Компоненты, подвергающиеся высоким нагрузкам, такие как шатуны и шейки коленвалов, поршневые кольца и стенки цилиндров, разделены масляной плёнкой.
Автопроизводители уменьшили зазор между этими парами, чтобы использовать более жидкое масло, которое повышает эффективность двигателя. Проблема в том, что масляный клин между движущимися частями стал меньше, и если туда попадут мелкие частицы металла или другой мусор, они будут действовать как наждачная бумага.
Старые двигатели, в которых использовалось более вязкое масло, лучше справлялись с небольшим количеством стружки, циркулирующей в масле, прежде чем она попадала в масляный фильтр. Более толстая масляная плёнка создавала более надёжный барьер между движущимися частями. Например, в Toyota Camry V-6 2010 года использовалось моторное масло 5W-30. А вот для современной Camry V-6 требуется уже масло 0W-16.
Но это старое густое масло снижало экономию топлива, поскольку для его циркуляции под давлением через узкие каналы в блоке, шатунах и головках цилиндров для смазки движущихся частей требовалось больше мощности двигателя.
Toyota и GM официально назвали металлическую стружку в своих двигателях одной из причин их заклинивания. Стружка изнашивает тонкие металлические подшипники между шатунами и коленчатым валом. И в отозванные двигатели GM, прошедшие проверку, заливают уже 0W-40 вместо изначально рекомендованного 0W-20.
Дэйв Белл, производитель мощных бензиновых и дизельных двигателей из Юты, чьи видео о ремонте и восстановлении двигателей набрали миллионы просмотров на YouTube и других платформах, говорит, что удаление нагара — чрезвычайно сложная задача. Белл только что купил две машины для очистки двигателей, которые очищают блоки, головки и другие детали от нагара. Розничная стоимость этих машин — 250 000 долларов.
«Стружка — это, пожалуй, самое важное — и самое сложное — загрязнение, с которым приходится иметь дело сборщику двигателя после обработки блока и других деталей, таких как коленчатые валы и распределительные валы», — сказал Белл.
«Крупные частицы, то есть стружка, которую можно увидеть невооружённым глазом, очевидны, и с ними проще всего справиться. Но микроскопическая стружка, которая может вас подставить и испортить вашу конструкцию, — вот что самое опасное. Обычно это хонинговальная стружка, образующаяся под инструментом, который используют для чистовой обработки поверхности цилиндров, из-за снимаемого металла и охлаждающей жидкости.
«Когда эти три компонента смешиваются, получается нечто, напоминающее бетон. Он хрупкий, абразивный и опасный. Как только он отделяется и начинает циркулировать в двигателе, он вызывает сильный износ, который в конечном итоге приводит к катастрофическому отказу».
Белл и его команда собирают по одному двигателю за раз вручную и тратят много времени на очистку деталей с помощью воздуха под высоким давлением, жидкости и щёток. Но завод General Motors в Тонаванде, штат Нью-Йорк, где производится 6,2-литровый двигатель V-8, выпускает более 1000 двигателей в день при полной загрузке не может себе позволить такие операции.
Отзывы двигателей и расследования
General Motors
Двигатель: L87 6,2-литровый V-8
Транспортные средства: внедорожники и пикапы Chevrolet, GMC и Cadillac 2021 и 2024 годов выпуска
Проблема: неправильно закалённые коленчатые валы, шатуны неподходящего размера, металлическая стружка в картере
Количество отозванных: 721 000
Исследуемое число: 286 000. По оценкам GM, оно сократится примерно на 3 %, или на 18 000.
Диагностика: Специалисты дилерского центра подключат пикоскоп к двигателю и измерят вибрацию, которая указывает на износ подшипников. Они также проверят наличие кода неисправности, указывающего на нарушение последовательности фаз газораспределения.
Исправление: Если двигатель не проходит проверку, он будет заменён. Если двигатель проходит проверку, специалист заменит масло на более вязкое 0W-40, заменит масляный фильтр и крышку маслозаливной горловины, а также добавит обновлённую страницу в руководство пользователя.
Ориентировочное время, стоимость: 18,2 – 18,6 часа, 10 000–12 000 долларов
Honda
Двигатель: J35, 3,5-литровый V-образный 6-цилиндровый двигатель
Транспортные средства: Acura TLX 2015–2020 гг., Acura MDX 2016–2020 гг., Honda Pilot 2016–2020 гг., Honda Odyssey 2018–2020 гг., а также Honda Ridgeline 2017 и 2019 гг.
Проблема: неправильная обработка коленчатых валов может привести к износу подшипников и заклиниванию шатунов в некоторых двигателях. Другие внутренние дефекты находятся на стадии изучения.
Количество отозванных: 248 999
Число расследуемых: NHTSA, получив сообщения об отказах 414 двигателей, 20 августа начало расследование, в котором участвуют двигатели V-6, установленные на 1410 806 автомобилях.
Hyundai - Kia
Двигатель: Theta II 2,4 л, Nu 2,0 л, Gamma 1,6 л
Проблема: металлические частицы в двигателе, вызывающие детонацию и возможные возгорания; неправильно установленные поршневые кольца, неисправные шатунные болты
Количество отозванных автомобилей: по оценкам, 3,3 миллиона автомобилей Hyundai и Kia, выпущенных в период с 2011 года
Диагностика: специалисты Hyundai и Kia установят в автомобиль программное обеспечение для обнаружения детонации и проанализируют вибрации двигателя.
Исправление: вышедшие из строя двигатели будут заменены. Гарантия на двигатели продлена до 15 лет/150 000 миль.
Ориентировочная стоимость: 5,5 миллиарда долларов
Toyota
Двигатель: 3,4-литровый V-образный 6-цилиндровый двигатель V35A с двойным турбонаддувом
Транспортные средства: пикапы Toyota Tundra 2022–2023 годов и внедорожники Lexus LX
Проблема: из-за неправильной очистки после механической обработки в картере появились мелкие металлические частицы.
Количество отзывов: 102 092
Количество исследуемых двигателей: ещё 127 000 двигателей V35A, выпущенных в 2022–2024 годах, также исследуются на предмет той же проблемы.
Решение: замена двигателя
Ориентировочное время, стоимость: 13 – 21 час, в зависимости от автомобиля. Toyota выделила бюджет в размере от 300 до 500 миллионов долларов, или от 3000 до 5000 долларов за автомобиль.