Zakłócenia spalania 1/3

Materiał tłoka rozgrzewa się miejscowo do wysokiej temperatury – w przypadku silników wyposażonych w komorę wstępną w miejscach trafiania strumieni z komory wstępnej (Rys. 3 i Rys. 4), a w przypadku silników z układem wtrysku bezpośredniego przy krawędzi wgłębienia (Rys. 1). W tych miejscach materiał rozszerza się silniej. Przegrzane miejsca otoczone są zimniejszym materiałem, materiał odkształca się więc powyżej granicy plastyczności. W trakcie stygnięcia ma miejsce proces odwrotny: w miejscach, w których materiał został wcześniej spiętrzony i zepchnięty, jest go teraz za mało.

Powstają wskutek tego naprężenia rozciągające, które powodują pęknięcia naprężeniowe. Gdy naprężenia termiczne zostaną pokonane przez naprężenia spowodowane zgięciem sworznia, pęknięcia naprężeniowe tworzą znacznie poszerzone pęknięcie główne. Powoduje ono pęknięcie i awarię tłoka.

• Wadliwe sterowaniem składem mieszanki wskutek montażu nieprawidłowych wtryskiwaczy, zakłóceń w pracy pompy wtryskowej i uszkodzeń komory wstępnej.
• Wysokie temperatury spowodowane usterkami układu chłodzenia.
• Wady lub nadmierne wykorzystywanie hamulca silnikowego. Skutek: przegrzanie.
• Niedostateczne chłodzenie tłoka z kanałem chłodzącym, np. wskutek zatkania lub deformacji wtryskiwaczy oleju chłodzącego.
• Wahania temperatury w przypadku silników o bardzo zmiennym obciążeniu, np. autobusów miejskich albo maszyn ziemnych.
• Nieprawidłowa specyfikacja tłoków, np. tłok bez kanału chłodzącego, mimo że jest on konieczny.
• Tłoki innych producentów bez krawędzi wgłębienia wzmocnionej włóknem.
• Tłoki o niepasującym do silnika kształcie wgłębienia (patrz rozdział „Otarcia główki tłoka wskutek użycia niewłaściwych tłoków“).

Przyczyną pęknięć powierzchni międzyrowkowych nie są wady materiału, lecz przeciążenia materiału. Dzieli się je według 3 przyczyn:

1. Spalanie stukowe:
Liczba oktanowa paliwa nie odpowiada wszystkim stanom i obciążeniom silnika (patrz rozdział „Informacje ogólne na temat uszkodzeń tłoków spowodowanych zakłóceniami spalania w silnikach benzynowych“). Pęknięcia powierzchni międzyrowkowych wskutek spalania stukowego występują przeważnie na stronie górnej. Przyczyną spalania stukowego w silnikach wysokoprężnych jest opóźniony zapłon.

2. Uderzenia cieczy:
Przy nieruchomym lub pracującym silniku ciecz (woda, płyn chłodzący, olej albo paliwo) dostaje się do komory spalania. Ze względu na fakt, że cieczy nie można sprężać, w układzie sprężania występują ekstremalne obciążenia tłoków i mechanizmu korbowego. Skutek: pęknięcia powierzchni międzyrowkowych, pęknięcia piast lub uszkodzenia korbowodów i wału korbowego. Rys. 3 pokazuje pęknięcie w przypadku spalania stukowego i uderzenia cieczy: siła powodująca pęknięcie i działająca na powierzchnię międzyrowkową od góry, poszerza powierzchnię pęknięcia w dół.

Spalanie stukowe w silnikach benzynowych:

• Paliwo niedostatecznie odporne na spalanie stukowe. Jakość paliwa musi odpowiadać stosunkowi sprężania silnika, tj. liczba oktanowa paliwa musi w każdej sytuacji pokrywać wymagania silnika w zakresie jakości spalania.
• Olej napędowy w benzynie, powodujący zmniejszenie liczby oktanowej paliwa.
• Za wysoki stosunek sprężania spowodowany nadmiernym zużyciem płaszczyzny kadłuba silnika i głowicy cylindra, np. po remoncie albo tuningu silnika.
• Za wczesny moment zapłonu.
• Zbyt uboga mieszanka, a przez to nadmierne temperatury spalania.
• Za wysokie temperatury powietrza zasysanego wskutek np. niedostatecznej wentylacji komory silnika albo nieprawidłowego przełączenia klapy zasysanego powietrza na tryb letni (szczególnie w przypadku starszych silników gaźnikowych).

Spalanie stukowe w silnikach wysokoprężnych:

• Źle rozpylające albo nieszczelne wtryskiwacze.
• Za niskie ciśnienie wtrysku wtryskiwaczy.
• Za niskie ciśnienia sprężania wskutek montażu nieprawidłowych uszczelek głowicy cylindra, za małe występy tłoków, nieszczelne zawory albo uszkodzone lub zużyte tłoki.
• Uszkodzone uszczelki głowicy cylindra.
• Uszkodzenia komory wstępnej.
• Nieprawidłowe lub nadmierne korzystanie z pomocy rozruchowych (spray rozruchowy) przy uruchamianiu zimnego silnika.
• Uszkodzona turbosprężarka.

W przypadku uderzeń cieczy:

• Przypadkowe zassanie wody przy przejeżdżaniu przez cieki i zbiorniki wodne albo rozbryzgiwanie dużych ilości wody przez jadące z przodu lub wymijane pojazdy.
• Zalanie cylindra przy wyłączonym silniku przez:
  • wodę, przez nieszczelną uszczelkę głowicy cylindra albo pęknięcie części,
  • paliwo, przez nieszczelne wtryskiwacze (tylko silniki benzynowe z wtryskiem paliwa). Ciśnienie pozostające w układzie wtryskowym redukuje się przez nieszczelną dyszę wtryskiwacza do cylindra.

W obu przypadkach uszkodzenie powstaje przy uruchamianiu silnika.

Podczas pracy tłoki uderzały w głowicę cylindra albo w komorę wirową i zawór. Wskutek działania tych sił nie wystąpiły jeszcze pęknięcia. Obraz zużycia pierścieni tłokowych i trzonka tłoka wskazuje jednak, że wskutek tych uderzeń doszło do zakłóceń spalania przez zalanie paliwem.

Bicie tłoka powoduje wstrząsy głowicy cylindrów. Wprawia to wtryskiwacz w drgania, zamknięty wtryskiwacz nie jest w stanie utrzymać ciśnienia i wtryskuje paliwo w niekontrolowany sposób do cylindra. Skutkiem jest zalanie cylindra paliwem i zniszczenie filmu olejowego. Uszkodzenie to prowadzi do zwiększenia tarcia półpłynnego, a przez to do nadmiernego zużycia pierścieni tłokowych i oleju. Charakterystyczne zatarcia spowodowane przez paliwo (patrz rozdział „Zatarcia wskutek zalania paliwem“) powstają dopiero, gdy film olejowy zostanie uszkodzony na tyle, że jakość smarowania jest niedostateczna.

Trzonek tłoka ulega początkowo lżejszemu uszkodzeniu, ponieważ jest regularnie zasilany z mechanizmu korbowego nowym, posiadającym jeszcze dobre właściwości smarne olejem. Po zmieszaniu cząsteczek ścieru ze strefy suwu tłoka z olejem smarnym i utracie przez rozcieńczony olej właściwości smarnych uszkodzenie rozprzestrzenia się dalej.

• Nieprawidłowy występ tłoka. Przy remoncie silnika nie został skontrolowany i w razie potrzeby skorygowany występ tłoka.
• Pozaśrodkowo wywiercona tuleja korbowodu przy wymianie.
• Pozaśrodkowo doszlifowany wał korbowy.
• Pozaśrodkowa obróbka ślepego otworu łożyska (przy regulacji pokrywy łożyska wału korbowego).
• Montaż zbyt cienkich uszczelek głowicy cylindra.
• Osady nagaru olejowego na główce tłoka, przez to zawężenie lub wyeliminowanie szczeliny (odstępu).
• Nieprawidłowe czasy rozrządu wskutek nieprawidłowego ustawienia, wydłużenia łańcucha, przeskok paska zębatego.
• Nieprawidłowa długość korbowodu.
• Nadmierna obróbka płaszczyzny głowicy cylindra, powodująca przesunięcie czasów rozrządu. (Odległość między kołem napędzającym i napędzanym ulega zmianie; korekta może być niemożliwa ze względu na fabryczne ustawienie paska lub łańcucha).
• Przy wymianie gniazd zaworowych nie uwzględniono prawidłowej pozycji tych gniazd. Jeżeli powierzchnia gniazda zaworowego nie leży dość głęboko w głowicy cylindra, zawory nie mają prawidłowego dystansu względem głowicy cylindra i za bardzo wystają.
• Nadmierna prędkość obrotowa silnika. Wskutek działania zwiększonej siły masowej zawory nie zamykają się we właściwym czasie i biją w tłok.
• Za duży luz łożyska korbowodu albo zużycie łożyska korbowodu, w szczególności w połączeniu z nadmierną prędkością obrotową silnika przy zjazdach z wzniesień.