Uszkodzenia głowic silników cz.1 

Głowica zamyka komory spalania od góry. Montowane są w niej zawory oraz powszechnie wałek rozrządu. Dążenie do usprawnienia wymiany ładunku w komorach spowodował wzrost liczby zaworów przypadających na komorę spalania do pięciu. Wymusza to konieczność montażu większej liczby mechanizmów i stosowania zaworów o mniejszej średnicy trzonków, a więc delikatniejszych.  

Jeśli te wymagania połączymy z chęcią obniżenia masy głowicy, to mamy wynik: cieńsze ścianki głowicy i "delikatniejsza" budowa, pozostawiająca mniejszy margines bezpieczeństwa. A margines ten jest konieczny do pracy 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 wyprzedzenia zapłonu w silniku ZI lub kąt wyprzedzenia wtrysku w silniku ZS, 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 (15ˇ) 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.
Zapewnienie głowicy "znośnych" dla niej warunków pracy i jakości obsługi nie zawsze jest możliwe, więc ulegają one uszkodzeniom, a ich zakres jest chyba większy niż kiedyś. W artykule będą prezentowane i omówione zdjęcia takich uszkodzeń.

Zniszczenia głowicy spowodowane zerwaniem paska zębatego napędu wałka rozrządu
To uszkodzenie pociąga za sobą zazwyczaj znaczny stopień zniszczenia silnika. Na fot. 1 jest przedstawiona zniszczona w ten sposób głowica silnika VW. Naprawy wymagają (producent zaleciłby zapewne wymianę głowicy): komory spalania, gniazda zaworów, gniazda świec zapłonowych oraz zapewne niektóre prowadnice zaworowe. 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 trochę przed terminem, zwłaszcza 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 między kanałem dolotowym (przepływ powietrza o temperaturze trochę wyższej od temperatury otoczenia) a kanałem wydechowym (przepływ spalin o temperaturze od 200ˇC do nawet 1000ˇC). 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, przepływa paląca się już mieszanka, ze znaczną prędkością. Dlatego w głowicach silników ZS z komorami wirowymi jako następne pojawiają się pęknięcia głowicy i komór wirowych (fot. 3, 5, 10).
Komory wirowe są osadzane na "wcisk" w gniazdach głowicy, z wykorzystaniem do tego celu 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 1 lub tulei 2 (zależnie od tego, 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 wydawać się, że pewniejszy, też może spowodować obluzowanie komory wirowej. Wynika to z tego, że każde połączenie 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 wyżej przyczyn naprawa głowic wymaga sumienności, a chodzenie "na skróty" mści się dodatkowymi kosztami na kolejną naprawę, czego przykładem jest komora wirowa i głowica, w której była ona osadzona (fot. 8 i 9).
Kolejne przykłady dotyczące uszkodzeń głowic silników będą przedstawione w cz. 2 artykułu. 

mgr inż. Stefan Myszkowski
Studio Konstrukcyjno-Konsultacyjne
Wrocław

 _________________________powrót___________________________