Cylindry i tuleje bieżne cylindrów Część 1

Informacje dotyczące diagnostyki

Dlaczego od kołnierza tulei cylindrowej wychodzi pionowe pęknięcie? Co spowodowało całkowite oderwanie kołnierza tulei? Jak sprawdzić występowanie odkształceń powierzchni przylegania kołnierza tulei używając tuszu łożyskowego? Dlaczego dochodzi do kawitacji wokół tulei cylindrowej? Odpowiedzi zawiera niniejszy artykuł.

Podłużne pęknięcia na tulejach bieżnych cylindrów

Pęknięcie pionowe, wychodzące z kołnierza tulei.
Ze względu na cienkie ścianki cylindrów uszkodzenie to występuje też w przypadku suchych tulei bieżnych cylindrów.

Ocena

Przyczyną pęknięcia jest często nieostrożne postępowanie z tulejami bieżnymi cylindrów (uderzanie). Nawet gdy tuleja bieżna cylindra nie dozna natychmiast widocznego uszkodzenia, mikropęknięcie albo karb może spowodować jej pęknięcie podczas pracy silnika. Takie uszkodzenia może powodować nieprawidłowe przyłożenie kołnierza tulei albo brud między tuleją bieżną cylindra i blokiem cylindrowym. Pęknięcia podłużne spowodowane nieprawidłowym przyłożeniem kołnierza tulei występują często razem z pęknięciami poprzecznymi.

Możliwe przyczyny

Pęknięcia lub karby spowodowane nieprawidłowym postępowaniem z tulejami bieżnymi cylindrów w czasie transportu i napraw.
Uderzenia cieczy.
Ciała obce pod powierzchniami styku i uszczelnień.
Nieprawidłowe przyłożenie kołnierza (patrz rozdział „Zerwany kołnierz tulei bieżnej cylindra“).
Wymycie materiału (erozja) z krawędzi tulei bieżnej cylindra wskutek spalania skutkowego, a przez to osłabienie tulei bieżnej cylindra.

Zerwany kołnierz tulei bieżnej cylindra

Zerwany kołnierz tulei.
Pęknięcie kołnierza tulei, przebiega od podstawy dolnej krawędzi kołnierza do góry pod kątem ok. 30°.

Ocena

Przyczyną uszkodzenia są momenty zginające powstające wskutek wadliwego montażu (brud, wadliwy kształt). Kołnierz tulei bieżnej cylindra jest przeważnie zaciskany już podczasdokręcania głowicy cylindra. W silnikach pojazdów użytkowych nowej generacji, wyposażonych w pompowtryskiwacz albo układ wtryskowy Common Rail, kadłub silnika jest poddawany coraz większym obciążeniom ze względu na wyższe ciśnienie spalania. W silnikach tego typu stosuje się bardzo twarde stalowe uszczelki głowicy cylindra, co po dłuższym przebiegu może spowodować deformację skrzyni korbowej w miejscu przylegania kołnierza tulei bieżnej cylindra.

Wskazówka

Deformacji powierzchni przyłożenia kołnierza tulei nie można rozpoznać bez przyrządów optycznych. Można ją łatwo rozpoznać przy użyciu tuszu łożyskowego: wystarczy nanieść cienką warstewkę tuszu na powierzchnię przyłożenia kołnierza tulei do kadłuba silnika. Następnie założyć nową tuleję bez uszczelek i wcisnąć w gniazdo. Ponownie wyjąć tuleję bieżną cylindra. Powierzchnia przyłożenia do tulei bieżnej cylindra powinna być teraz na całym obwodzie równomiernie pokryta tuszem. Jeżeli tak nie jest, należy obrobić gniazdo tulei: Najlepiej przy użyciu stacjonarnej wiertarko-frezarki z tokarką do gniazd tulei. Gwarantuje to równoległość płaszczyzny do powierzchni obudowy (Rys. 2).

Możliwe przyczyny

Uszkodzona powierzchnia przyłożenia kołnierza tulei do kadłuba silnika po długim przebiegu.
Zabrudzona albo skorodowana powierzchnia przyłożenia kołnierza tulei.
Brak prostopadłości i/lub płaszczyznowości powierzchni przyłożenia kołnierza tulei (Rys. 2 i Rys. 5).
Nieprawidłowe uszczelnienie głowicy cylindra.
Niezachowanie podanych przez producenta momentów dokręcających i kątów obrotu przy montażu głowicy cylindra.
Nieprawidłowa ilość pierścieni uszczelniających.

Zakleszczone pod kołnierzem tulei pierścienie uszczelniające.
Użycie uszczelek o nieprawidłowych rozmiarach.
Użycie płynnych uszczelniaczy.
W przypadku suchych tulei bieżnych cylindrów typu Pressfit: błąd w montażu, za duża siła pasowania.
Niezachowanie wymaganego występu tulei (Rys. 6):
- Przy zbyt dużym występie tulei bieżnej cylindra kołnierz tulei jest zaciskany przy dociąganiu śrub głowicy cylindra.
- W przypadku zbyt małego występu tuleja bieżna cylindra nie jest dostatecznie mocno dociśnięta do gniazda tulei i zaczyna się kołysać wskutek ruchów tłoka. Działające przy tym siły powodują zerwanie kołnierza tulei.
Niezachowanie prawidłowego kształtu przy obróbce gniazda tulei. Kształt gniazda tulei musi być zgodny z kształtem tulei bieżnej cylindra. Przejście powierzchni kołnierza w gniazdo pasowane musi posiadać fazkę o kącie 0,5 – 1,0 mm × 45°. Dzięki temu wyokrąglenie kołnierza tulei nie siedzi na krawędzi. Niezachowanie tej zasady może spowodować, że kołnierz tulei będzie bardzo lekko zaciśnięty przy dociąganiu głowicy cylindra (Rys. 3). Poza tym promień wyokrąglenia gniazda tulei („D“ na Rys. 4) nie może być za duży, aby tuleja bieżna cylindra nie pracowała na zewnętrznej lub wewnętrznej krawędzi kołnierza tulei.

Wskazówka

Przy obróbce powierzchni przyłożenia kołnierza tulei podczas remontu silnika należy zapewnić wymagany występ tulei bieżnej cylindra względem powierzchni cylindra: Można go zapewnić albo przez podłożenie stalowych podkładek kompensujących, albo zastosowanie tulei bieżnych cylindrów z nadwymiarowymi wieńcami kołnierzy* (jest to zalecane).

Kawitacja tulei bieżnych cylindrów

Silne objawy kawitacji na płaszczu wodnym mokrej tulei bieżnej cylindra (Rys. 1 i 2).
Wniknięcie płynu chłodzącego do komory spalania.

Ocena

Kawitacja występuje przeważnie w płaszczyźnie przechyłu tłoka (strona górna lub dolna). Jej przyczyną są wysokoczęstotliwościowe wibracje ścianki cylindra. Wibracje te są wywoływane przez siły boczne przenoszone przez tłok, ciśnienie spalania i zwroty w dolnym i górnym martwym punkcie. Jeżeli płyn chłodzący nie jest w stanie podążać za wibracjami ścianki cylindra, film wodny odrywa się od tulei bieżnej cylindra. Powstaje strefa podciśnienia zawierająca pęcherzyki pary, która podczas ruchu powrotnego ścianki cylindra zapadają się (implodują) z dużą szybkością. Woda, która zastąpiła pęcherzyki, uderza nagle w powierzchnię cylindra. Energia uderzania wyrywa z niej mikroskopijne cząsteczki, co stopniowo powoduje powstanie (wymycie) dziur.

Szczególna cecha kawitacji: otwory są poszerzone do wewnątrz (Rys. 3), co wytwarza w materiale jamy.

Czynniki wywołujące kawitację

Za wysoka temperatura płynu chłodzącego.
Za niskie ciśnienie płynu chłodzącego.
Za niska temperatura wrzenia płynu chłodzącego.
Połączenie wymienionych wyżej czynników.

Możliwe przyczyny

Nie został zachowany poprawny luz tłoka, np. w przypadku ponownego montażu eksploatowanych już tłoków albo za dużych wymiarów wykonanego cylindra.
Wada kształtu powierzchni przyłożenia kołnierza tulei – wadliwe lub niedokładne osadzenie tulei bieżnej cylindra w obudowie (patrz rozdział „zerwany kołnierz tulei bieżnej cylindra“).
Brak wymaganego środka przeciwmrozowego i środka antykorozyjnego w płynie chłodzącym. Środek antykorozyjny zawiera inhibitory, które zapobiegają spienianiu. Ze względu na to, że inhibitory te ulegają zużyciu, płyn chłodzący musi być wymieniany co 2 lata z zachowaniem właściwego stosunku zmieszania.
Nieodpowiednie płyny chłodzące, takie jak słona woda (morska), woda agresywna lub kwaśna albo inne ciecze.
Niedostateczne ciśnienie w układzie chłodzenia. Przyczyna: nieprawidłowe korki chłodnicy (nieutrzymujące dostatecznego ciśnienia w związku z na defekt zaworu nadciśnieniowego). Gdy w układzie chłodzenia panuje prawidłowe ciśnienie, temperatura wrzenia płynu chłodzącego jest wyższa niż pod ciśnieniem atmosferycznym. Ciśnienie nie eliminuje przyczyny tworzenia pęcherzyków, ale utrudnia przynajmniej ich powstawanie.
Nieprawidłowe pierścienie uszczelniające i/lub masa uszczelniająca albo silikon na kołnierzu tulei.
Nieprawidłowa ilość pierścieni uszczelniających.
Za niska temperatura robocza silnika: Jeżeli silnik nie osiąga normalnej temperatury roboczej w określonych warunkach albo wskutek uszkodzenia termostatu, w układzie chłodzenia nie może zostać wytworzone ciśnienie, ponieważ płyn chłodzący ulega mniejszemu rozszerzeniu termicznemu. Za niska temperatura robocza powoduje też, że również tłoki nie ulegają prawidłowemu rozszerzeniu termicznemu i pracują z nadmiernym luzem. Obie te sytuacje ułatwiają tworzenie pęcherzyków, a więc kawitację.
Montaż dodatkowych pierścieni uszczelniających w podcięciu kołnierza tulei (Rys. 4): Tutaj wolno stosować wyłącznie pierścienie uszczelniające jednoznacznie zalecone przez producenta.

01 występ tulei
02 pierścień tombakowy
03 podcięcie
04 oring