Erozja – kawitacja tulei cylindrowych

Naprawiający silniki bardzo często napotykają na tuleje cylindrowe o mocno zniszczonych powierzchniach. Diagnoza brzmi: uszkodzenie kawitacyjne – zwane też pittingiem (lub zużyciem wykruszającym). Co powoduje takie zniszczenie? Co może zrobić Państwa klient aby go uniknąć?



Tuleje cylindrowe mają jedną wspólną cechę: są to tzw. “mokre” tuleje (typ WN), które podczas pracy otoczone są chłodziwem. W tym rozwiązaniu konstrukcyjnym, wytwarzane ciepło spalania jest skutecznie odprowadzane poprzez wymiennik ciepła.

JAK WYGLĄDA USZKODZENIE KAWITACYJNE?
Przy tego rodzaju uszkodzeniu można zauważyć, iż wżery znajdują się głównie w miejscu górnego i dolnego martwego punktu tłoka. Pojawienie się takich wżerów lub erozji nazywamy uszkodzeniem kawitacyjnym.

Nagromadzenie małych wżerów w obszarze płaszcza wodnego – objaw uszkodzenia kawitacyjnego.

CZYM DOKŁADNIE JEST KAWITACJA? JAK POWSTAJE NA TULEI CYLINDROWEJ?

Kawitacja (łac. cavitare “wydrążyć”) oznacza tworzenie się pęcherzyków w płynach (o wysokim ciśnieniu) – których większość natychmiast zapada się. Zjawisko to spowodowane jest wahaniami ciśnienia, które w silnikach spalinowych powodowane są ruchami tłoków. Wibracje te przenoszone są na otaczający płaszcz wodny, który następnie wprowadzany jest w stan drżenia. Kiedy ścianka cylindra cofa się w cyklu wibracji, w chłodziwie tworzy się próżnia i powstają tam pęcherzyki pary. Kiedy czynnik chłodzący przekazuje ruch wibracyjny, pęcherzyki pary implodują i „wysadzają” pojedyncze atomy z powierzchni tulei cylindrowej, czego skutkiem jest korozja wgłębna.

USZKODZENIE KAWITACYJNE CZY ZWYKŁA KOROZJA – JAK JE ROZPOZNAĆ

Uszkodzenia kawitacyjne charakteryzują się dwoma cechami:
1. Wżery znajdują się tylko na powierzchniach tulei stykających się bezpośrednio z chłodziwem.
2. W przeciwieństwie do zwykłej korozji, wżery zwiększają swoją powierzchnię w miarę wchodzenia w głąb materiału.
Ten rodzaj wydrążania (erozja) powoduje, iż ścianka cylindra może zostać zupełnie przedziurawiona – aż do przedostania się chłodziwa do cylindra. Ponadto, powierzchnia cylindra w początkowym stadium kawitacji staje się podatna na pogłębienie tego rodzaju uszkodzeń oraz na korozję.


Przekrój tulei cylindrowej: po rozcięciu tulei wyraźnie widać zwiększanie się otworów w kierunku do wewnątrz.

PITTING – JAK POWSTAJE?
Chłodziwo niezabezpieczone przed ujemnymi temperaturami: powszechną przyczyną uszkodzeń kawitacyjnych jest skład chłodziwa. W wielu krajach na świecie, płyn chłodniczy w silnikach nie posiada środka zabezpieczającego przed ujemnymi temperaturami – lub jego ilość jest niewystarczająca.

Co więcej, środek zabezpieczający przed zamarzaniem, poza swoją główną funkcją ochrania chłodnicę i silnik przed korozją oraz smaruje pompę chłodziwa. Odpowiedni środek zabezpieczający przed zamarzaniem wpływa na fizyczno-chemiczne właściwości chłodziwa – obniża jego temperaturę krzepnięcia i podwyższa temperaturę wrzenia. To z kolei redukuje tendencję do tworzenia się pęcherzyków, a tym samym, zmniejsza ryzyko powstawania uszkodzeń kawitacyjnych.

Wyciek w układzie chłodzenia / brak odpowiedniego nadciśnienia: W typowych warunkach pracy, w układzie chłodzenia wytwarzane jest ciśnienie, które zmniejsza tendencję do tworzenia się pęcherzyków pary. Nawet nieszczelny korek chłodnicy utrudnia powstanie nadciśnienia i może być przyczyną powstawania uszkodzeń kawitacyjnych w tulejach cylindrowych. Podobnie, uszkodzone termostaty lub sprzęgła lepkościowe wentylatorów chłodnicy mogą spowodować obniżenie temperatury silnika w takim stopniu, kiedy w układzie chłodzenia nie będzie mogło wytworzyć się nadciśnienie.

Praca silnika w niższym zakresie temperatur: Uszkodzenia kawitacyjne zaobserwowano głównie w silnikach pracujących w niższym zakresie temperatur (50-70 °C). Przy wyższych temperaturach (90-100 °C), podwyższone ciśnienie wody zapobiega kawitacji parowej.

Produkty niskiej jakości: Tuleje cylindrowe gorszej jakości, które, w wyniku zbyt dużych tolerancji produkcyjnych nie mogą być poprawnie zamontowane w bloku cylindrowym, będą ulegały drganiom. Podwyższony poziom wibracji często doprowadza do uszkodzeń kawitacyjnych. Również materiały niskiej jakości mogą być przyczyną uszkodzeń kawitacyjnych.

NAPRAWA SILNIKA PO USZKODZENIU KAWITACYJNYM – PORADY PRAKTYCZNE

Powierzchni dolnego osadzenia tulei nie może być przeszlifowana gdy jest skorodowana – chyba że stosowane są tuleje o większej średnicy montażowej ( tuleje nadwymiarowe )

Niezwykle istotnym jest zachowanie odpowiedniego luzu montażowego tł oka – nie należy też dopuścić aby honowanie tulei spowodowało zwiększenie średnicy, jak również, nie należy ponownie montować używanych wcześniej tłoków. W przeciwnym razie, następny nadwymiar trzeba będzie uzyskać poprzez ponowne wytaczanie cylindrów (wraz z zastosowaniem tłoka o odpowiednim nadwymiarze) lub zajdzie konieczność zamontowania nowego zestawu.

Koniecznym jest stosowanie ś rodka zapobiegającego zamarzaniu o działaniu antykorozyjnym, zalecanego przez producenta silnika – nawet w przypadku kiedy silniki pracują w ciepłym klimacie, w którym nie występują ujemne temperatury lub wewnątrz budynków (np. napędy generatorów). Należy również przestrzegać specyfikacji odnośnie okresów wymiany i stosowania różnych dodatków w niektórych regionach.

Ważna jest również jakość wody: nie należy stosować wody destylowanej, silnie zasadowej lub kwaśnej. Zalecamy regularne sprawdzanie układów chłodniczych, termostatów i wentylatorów chłodnicy. Należy zapewnić nadciśnienie w układzie chłodzenia (w razie konieczności – wymienić korek chłodnicy).


artykuł opracowany na podstawie materiałów MAHLE