Jakie procesy wymagane są w regeneracji silników samochodów ciężarowych?

Każdy podzespół mechaniczny ma swój przewidziany przez konstruktora i producenta resurs, czyli przewidywany okres działania. Wynika to z naturalnego zużywania się poszczególnych elementów podczas ich eksploatacji. Prawidłowość ta obejmuje także silniki spalinowe montowane w samochodach ciężarowych – po określonym czasie uzależnionym m.in. od jakości materiałów i warunków użytkowania muszą one zostać wymienione lub poddane regeneracji.

Mechanizmy zużywania się silników spalinowych

Silniki samochodów ciężarowych to z reguły jednostki napędowe o zapłonie samoczynnym, do zapłonu mieszanki paliwowej wykorzystywana jest wysoka temperatura, a nie iskra, jak w przypadku spalania benzyny. Silniki Diesla działają przy o wiele wyższym ciśnieniu panującym w cylindrach i choć zwykle są w stanie pracować bez awarii przez dłuższy czas, to jednocześnie są wrażliwe na wszystkie zanieczyszczenia znajdujące się w paliwie, a w ich wnętrzu dość szybko pojawiają się wszelkiego rodzaju osady z przepracowanego oleju czy składników zawartych w oleju napędowym, które nie uległy całkowitemu spaleniu. Mimo tego, że wysokoprężne jednostki napędowe są uważane za trwałe i dobrze znoszące dłuższe przebiegi, to z czasem stopień ich zużycia staje się na tyle duży, że niezbędna jest ich regeneracja – wyjaśnia przedstawiciel firmy JURGAL, zajmującej się regeneracją silników oraz zaawansowaną obróbką metalu.

Zużycie silników Diesla podobnie jak jednostek zasilanych benzyną jest związane z samym procesem ich eksploatacji. Wszystkie elementy ruchome są wprawdzie wykonane z odpornych na wszelkie obciążenia stopów metalu – żeliwa, specjalnych gatunków stali lub aluminium, a także stopów miedzi np. mosiądzu – jednak z czasem ich powierzchnia ulega starciu. Jest to spowodowane występującym w silniku tarciem, wynikającym z szybkiego przemieszczania się przylegających do siebie elementów np. zaworów i ich gniazd znajdujących się w głowicy czy pierścieni tłoków i wewnętrznej gładzi cylindrów. Duże tarcie powstaje, ponieważ metal, z którego są zrobione poszczególne części, nie jest idealnie gładki, a składa się z bardzo niewielkich nierówności, widocznych jedynie przy użyciu specjalnego mikroskopu metalograficznego. Przypominają one obszar pokryty wierzchołkami i zagłębieniami. Kontakt takich powierzchni prowadzi do stopniowego ścierania się wierzchołków, na ogół jednak są one rozłożone nierównomiernie, co sprawia, że w jednych miejscach zużycie i zmiana wymiarów następuje szybciej, a w innych wolniej.

Do ograniczenia skutków powstającego tarcia wykorzystywane są odpowiednie środki smarne w postaci oleju silnikowego. Składają się one z cząsteczek substancji mineralnych lub syntetycznych, które przylegają do powierzchni metalu i wnikają we wszelkie zagłębienia za sprawą swej odpowiedniej lepkości. Tworzący się tzw. film olejowy stanowi barierę oddzielającą dwie powierzchnie metalu, sprawiając, że powstające tarcie występuje w przeważającej mierze między cząsteczkami samego oleju. Do tego, by zredukować wpływ tarcia suchego, tj. tego, które następuje przy kontakcie części metalowych, film olejowy musi mieć odpowiednią grubość, ważne też, żeby swobodnie rozpływał się po powierzchniach. Olej silnikowy pełni też ważną rolę związaną z obniżaniem temperatury metalu, zmniejszając obciążenia termiczne. Ma także częściowo zdolność do wypłukiwania powstających na ściankach poszczególnych elementów zanieczyszczeń, w tym resztek spalonego paliwa.

Jednym z najważniejszych czynników wpływających na żywotność silnika jest więc terminowa wymiana oleju. Będzie ona niezbędna, ponieważ z czasem olej zmienia swoje właściwości a w pewnym stopniu także skład w wyniku dużych obciążeń termicznych i zachodzących reakcji chemicznych. Co ważne, w oleju znajdują się drobiny metalu pojawiające się podczas ścierania się metalowych powierzchni. Gdy jest ich więcej, działają one jak materiał ścierny, prowadząc do powstawania rys i wyżłobień. Systematyczna zmiana oleju może w znacznym stopniu opóźnić moment, w który silnik zacznie tracić szczelność przez pojawianie się szczelin między gładzią cylindrów a pierścieniami tłoków, czy między zaworami a ich gniazdami. Wskutek nadmiernego tarcia zużywać się mogą jednak także inne elementy – tłoki, które pracują pod wielkim obciążeniem mechanicznym i termicznym, szybko obracający się wał korbowy i jego panewki, czyli łożyska ślizgowe umożliwiające swobodną rotację, oraz ich gniazda.

Regeneracja silnika samochodu ciężarowego

Symptomy świadczące o konieczności przeprowadzenia regeneracji silnika mogą być różne w zależności od tego, jaki element uległ zużyciu. Do najczęściej obserwowanych należy duża utrata mocy, problemy z czystością spalin, spalanie oleju silnikowego, a także poważny ubytek chłodziwa. Wśród oznak uszkodzenia silnika znajdują się też pojawiające się na nim wycieki, zwiększone wibracje, dochodzące podczas pracy hałasy, zwłaszcza stuki i charakterystyczne „dzwonienie”. Wszystkie wykryte anomalie znacznie zwiększają prawdopodobieństwo, że konieczna będzie kompleksowa regeneracja silnika samochodu ciężarowego. Diagnoza stanu jednostki napędowej może być częściowo przeprowadzona bez potrzeby jej demontażu, np. w ramach pomiaru stopnia sprężania i próby olejowej, sprawdzenia specjalnymi czujnikami wzrostu temperatury, mierzenia powstających wibracji, a nawet odpowiedniego stetoskopu pozwalającego na „osłuchanie” silnika. Ostateczny stan silnika musi jednak być zweryfikowany już po jego wyjęciu i częściowym demontażu. Pozwala to na skontrolowanie, czy na odlewach nie powstały pęknięcia albo rysy oraz na dokonanie pomiaru stopnia zużycia m.in. wymiarów wewnętrznych cylindrów.

Uszkodzenia podzespołów silnika mają różnych charakter, jednak ich główne rodzaje to pęknięcia i ubytki materiału oraz znaczna deformacja elementów wskutek ich wytarcia lub obciążeń termicznych. Niektóre zużyte części muszą być po prostu wymienione, inne, które są bardziej kosztowne, mogą być poddane regeneracji. Najczęściej stosowanymi w tym celu procesami jest spawanie, napawanie oraz obróbka ubytkowa, pozwalająca na osiągnięcie właściwej geometrii, prawidłowych wymiarów oraz stopnia wykończenia powierzchni. Proces spawania jest używany do eliminowania pęknięć np. w przypadku uszkodzeń głowicy silnika lub jego bloku. Za sprawą podniesienia temperatury metalu w odpowiednio przygotowanym rejonie uszkodzenia materiał jest częściowo upłynniany a ubytek uzupełniany topionym prętem spawalniczym o właściwym składzie. Podobnie przebiega proces napawania, podczas którego uzupełniane są nieco większe ubytki, w tym przypadku z zewnątrz dostarczana jest jednak znacznie większa ilość „obcego” metalu.

Poza spawaniem i napawaniem w regeneracji szeroko korzysta się z różnych form obróbki ubytkowej, głównie wytaczania i frezowania. Daje to możliwość nadania właściwego kształtu spawom, pozwala na pozbycie się rys i nierówności z metalu, a także jego wygładzenie. Do najważniejszych procesów związanych z regeneracją silników należy szlif cylindrów, wykonywany na specjalnym urządzeniu nazywanym wytaczarką. Za pomocą odpowiednich narzędzi o wysokiej twardości wirujących z dużą prędkością z wewnętrznych ścianek cylindrów usuwana jest taka ilość metalu, by usunąć wszelkie zarysowania. Następnie powierzchnia jest wygładzana oraz dogładzana i poddawana tzw. honowaniu. W jego ramach poza osiągnięciem ostatecznego wygładzenia na ściankach wykonywany jest tzw. szlif krzyżowy, który ułatwia rozpływanie się oleju silnikowego po powierzchni.

Zdarza się jednak, że silnik nie może być poddany szlifowaniu ze względu na to, że ścianki cylindrów są zbyt cienkie w stosunku do zarysowań i wyżłobień lub zbyt blisko nich znajdują się kanały rozprowadzające chłodziwo po bloku silnika. W takim przypadku najkorzystniejszym rozwiązaniem jest wykonanie tzw. tulejowania. Polega ono na usunięciu starych zużytych tulei i umieszczeniu w ich miejsce nowych. Ponieważ tuleje są pasowane, tzn. umieszczane w otworach, których średnica jest niemal identyczna z wymiarami osadzanej części, wymaga to wielkiej precyzji i starannego rozkładania nacisku. Wielką zaletą tulejowania jest możliwość używania tłoków o niezmienionych wymiarach, stosunkowo krótki czas naprawy, a także niewygórowany koszt.

Procesy regeneracji dotyczą nie tylko bloku silnika, ale także głowicy, która jest często spawana, frezowana i poddawana planowaniu, czyli wyrównaniu dolnej powierzchni stykającej się bezpośrednio z blokiem silnika. Naprawie tego rodzaju poddawane są także gniazda wału korbowego znajdujące się w bloku silnika i w misce olejowej. Regenerowany może być również sam wał oraz korbowody. W ramach prowadzonych napraw często odtwarza się uszkodzone gwinty i otwory mocujące. W niektórych przypadkach np. przy nietypowych silnikach dorabia się też koła zębate lub wałki rozrządu. Dość często regeneracji poddaje się gniazda zaworów.