– praktyczne porady. Głowica zamyka komory spalania od góry. Montowane są w niej zawory oraz – powszechnie – wałek rozrządu. Dążenie do usprawnienia wymiany ładunku w komorach spowodował wzrost (do 5) liczby zaworów przypadających na komorę spalania. Wymusza to konieczność montażu większej ilości mechanizmów i stosowania zaworów o mniejszej średnicy trzonków, a więc delikatniejszych.
W głowicach silnika występują obciążenia mechaniczne wywołane: zmiennym ciśnieniem panującym w komorach spalania, nierównomiernym nagrzewaniem elementów głowicy oraz różną grubością jej ścianek. Konstruowanie głowic jest coraz trudniejsze. Przykładem może tu być głowica silnika VR6. Koncepcja silnika widlastego o małym kącie rozchylenia rzędów cylindrów (15O) była znana już w latach trzydziestych dwudziestego wieku. Zastosowanie jej na skalę masową przez koncern VW wymagało jednak ponad rocznych prac nad głowicą i technologią jej odlewania. W tym silniku jedna głowica przykrywa dwa rzędy cylindrów, jest więc szeroka. Aby zapewnić jak najbezpieczniejsze warunki pracy, konstruktorzy silników wymagają od mechaników coraz bardziej złożonych technologii dokręcania śrub mocujących głowice, co wymaga specjalnych narzędzi i sumienności w pracy. Ponieważ zapewnienie głowicy znośnych dla niej warunków pracy i jakości obsługi nie zawsze jest możliwe, ulegają one uszkodzeniom, a ich zakres jest większy niż kiedyś. W artykule tym zaprezentuję i omówię zdjęcia takich uszkodzeń.
Zniszczenia głowicy spowodowane zerwaniem paska zębatego napędu wałka rozrządu
Uszkodzenie to pociąga za sobą zazwyczaj znaczny stopień zniszczenia silnika. Na fot.1 przedstawiona jest zniszczona w ten sposób głowica silnika VW (której producent zaleciłby zapewne wymianę). Naprawy wymagają: komory spalania, gniazda zaworów, gniazda świec zapłonowych oraz zapewne niektórych prowadnic zaworowych. Będą w niej również zamontowane nowe zawory (średnica trzonka: 5 mm). Aby uniknąć pęknięcia paska napędu rozrządu, trzeba pamiętać o przebiegu, przy którym czynność ta ma być wykonana oraz – gdy jest to wymagane – wymieniać również rolki napinacza. Dobrze jest wymieniać paski napędu wałka rozrządu przed terminem – szczególnie, gdy np. nastąpiło ich zanieczyszczenie olejem w wyniku nieszczelności w silniku. Jeśli kupujemy samochód używany, to oszustwo polegające na cofnięciu licznika może spowodować przekroczenie terminu wymiany paska napędu wałka rozrządu, a więc ryzyko jego pęknięcia rośnie.
Uszkodzenia głowicy w strefie komory spalania
Najbardziej termicznie obciążoną częścią głowicy są tzw. mostki, czyli przestrzeń głowicy pomiędzy miejscami osadzenia gniazd zaworów. Obciążenie termiczne wynika z dużych różnic temperatur panujących pomiędzy kanałem dolotowym (przepływ powietrza o temperaturze trochę wyższej od temperatury otoczenia), a kanałem wydechowym (przepływ spalin o temperaturze od 200OC do nawet 1000OC). Dlatego jako pierwsze pojawiają się pęknięcia mostków – fot. 2 i 3. W głowicach silników ZS z komorami wirowymi proces spalania rozpoczyna się w ich wnętrzu, dlatego w miejscu ich osadzenia również występują wysokie temperatury, zmienne ciśnienia, a ponadto przez kanał komory wirowej, łączący obie części komory spalania, ze znaczną prędkością przepływa paląca się już mieszanka. Dlatego w głowicach silników ZS z komorami wirowymi jako następne pojawiają się pęknięcia głowicy i komór wirowych, przedstawione na fot. 3, 5 i 10. Komory wirowe są osadzane w gniazdach głowicy na „wcisk”, z wykorzystaniem kołnierza (1) lub tulei (2) komory wirowej (fot. 4). Odkształcony sprężyście materiał głowicy utrzymuje komorę wirową. Jeśli „wcisk” jest za mały, tzn. średnica zewnętrzna kołnierza lub tulei (zależnie, która część służy do uzyskania połączenia z „wciskiem”) komory wirowej jest większa od średnicy otworu o zbyt małą wartość, to komora może poluzować się w gnieździe. Jednak zbyt silny „wcisk” – choć mogłoby się wydawać, że pewniejszy – też może spowodować obluzowanie komory wirowej. Wynika to z tego, że każde połączenia na „wcisk” wiąże się z powstawaniem dodatkowych naprężeń. Jeśli „wcisk” komory wirowej jest za duży, to powstałe w komorze wstępnej oraz w głowicy nadmiernie duże naprężenia, po zsumowaniu się z naprężeniami powstającymi po nagrzaniu obu elementów i podczas pracy silnika, mogą spowodować pęknięcia komory wirowej lub elementów głowicy (fot. 3 – pęknięcie nr 2, fot. 5 i 10). W ich wyniku (lub wskutek za małego „wcisku”) podczas montażu komory wirowej, zagłębia się ona w gniazdo głowicy (fot. 5, 6a i b). W następnej kolejności komora wirowa zaczyna poruszać się w swoim gnieździe, powodując powiększenie jego średnicy oraz powstanie wypływki materiału od strony zaworów (fot. 6c i 7). Z podanych powyżej przyczyn naprawa głowic wymaga sumienności, a chodzenie „na skróty” mści się dodatkowymi kosztami za kolejną naprawę, czego przykładem jest komora wirowa i głowica, w której była ona osadzona (pokazane na fot. 8 i 9).
Kolejne przykłady dotyczące uszkodzeń głowic silników podam w części drugiej artykułu.
Artykuł powstał podczas wizyty w firmie Moto-Szlif s.c. w Łodzi. Moimi przewodnikami byli: współwłaściciel firmy, mgr inż. Krzysztof Leszczyński oraz jej pracownicy.
mgr inż. Stefan Myszkowski
Jeśli te wymagania połączymy z chęcią obniżenia masy głowicy, to mamy wynik – cieńsze ścianki głowicy i „delikatniejszą” budowę, pozostawiającą mniejszy margines bezpieczeństwa. A margines ten jest konieczny na pracę silnika przy nieprawidłowo przebiegającym procesie spalania, objawiającym się:
- spalaniem stukowym (powoduje duży wzrost ciśnień i temperatur), które występuje zarówno w silnikach ZI, jak i ZS, choć mechanizm jego powstawania jest różny w obu typach silników;
- nadmiernym wzrostem temperatury procesu spalania powodowanym przeważnie przez zbyt wolny i za późno rozpoczęty proces spalania (za mały kąt wyprzedzania zapłonu w silniku ZI lub kąt wyprzedzenia wtrysku w silniku ZS, a za duże opóźnienie samozapłonu w silnikach ZS powodowane brakiem chęci mieszanki do samozapłonu).
W głowicach silnika występują obciążenia mechaniczne wywołane: zmiennym ciśnieniem panującym w komorach spalania, nierównomiernym nagrzewaniem elementów głowicy oraz różną grubością jej ścianek. Konstruowanie głowic jest coraz trudniejsze. Przykładem może tu być głowica silnika VR6. Koncepcja silnika widlastego o małym kącie rozchylenia rzędów cylindrów (15O) była znana już w latach trzydziestych dwudziestego wieku. Zastosowanie jej na skalę masową przez koncern VW wymagało jednak ponad rocznych prac nad głowicą i technologią jej odlewania. W tym silniku jedna głowica przykrywa dwa rzędy cylindrów, jest więc szeroka. Aby zapewnić jak najbezpieczniejsze warunki pracy, konstruktorzy silników wymagają od mechaników coraz bardziej złożonych technologii dokręcania śrub mocujących głowice, co wymaga specjalnych narzędzi i sumienności w pracy. Ponieważ zapewnienie głowicy znośnych dla niej warunków pracy i jakości obsługi nie zawsze jest możliwe, ulegają one uszkodzeniom, a ich zakres jest większy niż kiedyś. W artykule tym zaprezentuję i omówię zdjęcia takich uszkodzeń.
Zniszczenia głowicy spowodowane zerwaniem paska zębatego napędu wałka rozrządu
Uszkodzenie to pociąga za sobą zazwyczaj znaczny stopień zniszczenia silnika. Na fot.1 przedstawiona jest zniszczona w ten sposób głowica silnika VW (której producent zaleciłby zapewne wymianę). Naprawy wymagają: komory spalania, gniazda zaworów, gniazda świec zapłonowych oraz zapewne niektórych prowadnic zaworowych. Będą w niej również zamontowane nowe zawory (średnica trzonka: 5 mm). Aby uniknąć pęknięcia paska napędu rozrządu, trzeba pamiętać o przebiegu, przy którym czynność ta ma być wykonana oraz – gdy jest to wymagane – wymieniać również rolki napinacza. Dobrze jest wymieniać paski napędu wałka rozrządu przed terminem – szczególnie, gdy np. nastąpiło ich zanieczyszczenie olejem w wyniku nieszczelności w silniku. Jeśli kupujemy samochód używany, to oszustwo polegające na cofnięciu licznika może spowodować przekroczenie terminu wymiany paska napędu wałka rozrządu, a więc ryzyko jego pęknięcia rośnie.
Uszkodzenia głowicy w strefie komory spalania
Najbardziej termicznie obciążoną częścią głowicy są tzw. mostki, czyli przestrzeń głowicy pomiędzy miejscami osadzenia gniazd zaworów. Obciążenie termiczne wynika z dużych różnic temperatur panujących pomiędzy kanałem dolotowym (przepływ powietrza o temperaturze trochę wyższej od temperatury otoczenia), a kanałem wydechowym (przepływ spalin o temperaturze od 200OC do nawet 1000OC). Dlatego jako pierwsze pojawiają się pęknięcia mostków – fot. 2 i 3. W głowicach silników ZS z komorami wirowymi proces spalania rozpoczyna się w ich wnętrzu, dlatego w miejscu ich osadzenia również występują wysokie temperatury, zmienne ciśnienia, a ponadto przez kanał komory wirowej, łączący obie części komory spalania, ze znaczną prędkością przepływa paląca się już mieszanka. Dlatego w głowicach silników ZS z komorami wirowymi jako następne pojawiają się pęknięcia głowicy i komór wirowych, przedstawione na fot. 3, 5 i 10. Komory wirowe są osadzane w gniazdach głowicy na „wcisk”, z wykorzystaniem kołnierza (1) lub tulei (2) komory wirowej (fot. 4). Odkształcony sprężyście materiał głowicy utrzymuje komorę wirową. Jeśli „wcisk” jest za mały, tzn. średnica zewnętrzna kołnierza lub tulei (zależnie, która część służy do uzyskania połączenia z „wciskiem”) komory wirowej jest większa od średnicy otworu o zbyt małą wartość, to komora może poluzować się w gnieździe. Jednak zbyt silny „wcisk” – choć mogłoby się wydawać, że pewniejszy – też może spowodować obluzowanie komory wirowej. Wynika to z tego, że każde połączenia na „wcisk” wiąże się z powstawaniem dodatkowych naprężeń. Jeśli „wcisk” komory wirowej jest za duży, to powstałe w komorze wstępnej oraz w głowicy nadmiernie duże naprężenia, po zsumowaniu się z naprężeniami powstającymi po nagrzaniu obu elementów i podczas pracy silnika, mogą spowodować pęknięcia komory wirowej lub elementów głowicy (fot. 3 – pęknięcie nr 2, fot. 5 i 10). W ich wyniku (lub wskutek za małego „wcisku”) podczas montażu komory wirowej, zagłębia się ona w gniazdo głowicy (fot. 5, 6a i b). W następnej kolejności komora wirowa zaczyna poruszać się w swoim gnieździe, powodując powiększenie jego średnicy oraz powstanie wypływki materiału od strony zaworów (fot. 6c i 7). Z podanych powyżej przyczyn naprawa głowic wymaga sumienności, a chodzenie „na skróty” mści się dodatkowymi kosztami za kolejną naprawę, czego przykładem jest komora wirowa i głowica, w której była ona osadzona (pokazane na fot. 8 i 9).
Kolejne przykłady dotyczące uszkodzeń głowic silników podam w części drugiej artykułu.
Artykuł powstał podczas wizyty w firmie Moto-Szlif s.c. w Łodzi. Moimi przewodnikami byli: współwłaściciel firmy, mgr inż. Krzysztof Leszczyński oraz jej pracownicy.
mgr inż. Stefan Myszkowski
Komentarze (0)