Objawy uszkodzenia węzła konstrukcyjnego: cylinder, uszczelka podgłowicowa, głowica. Metodologia wymiany uszczelki podgłowicowej silnika chłodzonego cieczą

Chłodzenie silnika ma ogromny wpływ na jego pracę. Jego intensywność decyduje o wymianie ciepła między cieczą chłodzącą a ściankami cylindra przez co wpływa na przebieg sprężania i rozprężania, odparowania paliwa a w silnikach z zapłonem samoczynnym na opóźnienie zapłonu. W silnikach średnioobrotowych paliwa stosowane do ich napędzania zawierają sód i wanad. Mają one niskie temperatury topnienia a w stanie stopionym powodują tzw. gorącą korozję części komory spalania- zaworów wylotowych i gniazd zaworów. W tym procesie temperatura odgrywa istotną rolę- aby uniknąć korozji należy utrzymywać tempera-turę wnętrza komory powyżej temperatury skraplania pary wodnej i tworzenia się kwasu siar-kowego a poniżej temperatury topnienia związków sodu i wanadu. To zadanie spada na układ chłodzący (1. J.A. Wajand, J.A. Wajand, Tłokowe silniki spalinowe,WNT, Warszawa 2000, s.479-480). W silnikach samochodowych wyróżniamy dwa zasadnicze układy chłodzenia:
- chłodzenie powietrzem- bezpośrednie
- chłodzenie cieczowe- pośrednie
To pierwsze jest rozwiązaniem prostszym konstrukcyjnie: nie wymaga chłodnicy, przewodów i pompy- spada masa silnika, ciecz z układu chłodzącego nie dostanie się w razie uszkodzenia uszczelki do cylindrów, zwiększa się niezawodność działania w niskich i wyso-kich temperaturach, wyższa temperatura zapobiega korozji a tym samym zużyciu gładzi cy-lindrowej, silnik rozgrzewa się szybciej. Wadami układu bezpośredniego są: wymóg stoso-wania odpowiednich, wysokotemperaturowych olejów, brak wytłumienia silnika, wymóg odpowiedniego metalu do wykonania tulei cylindrowej i jej montaż mnoży koszty. Dlatego też ten typ chłodzenia stosowany jest już rzadko przy konstrukcjach silników samochodo-wych. Obecnie spotkać go można w silnikach kosiarek i silnikach motocyklowych.
W przypadku silników montowanych w pojazdach samochodowych wykorzystuje się chłodzenie cieczowe. Ciecz krążąca w układzie chłodzenia odbiera ciepło od ścian cylindrów silnika i tłumi jednocześnie pracę motoru. Wymaga jednak całego układu w postaci pompy, przewodów, chłodnicy, termostatu, wentylatora i czujników temperatury, które generują kosz-ty oraz zmniejszają przestrzeń wewnątrz komory silnika. Najczęstszym podtypem chłodzenia występującym w pojazdach samochodowych jest chłodzenie obiegowe wymuszone woda-powietrze (2. J.A. Wajand, J.A. Wajand, op. cit., s.482-485 ). Konstrukcyjnie ten typ chłodzenia jest bardziej skomplikowany a także bardziej usterkowy, ale z uwagi na dostępność części i wy-godę użytkowania stosowany najczęściej. Gdy na styku konstrukcyjnym między blokiem, a głowicą dojdzie do przerwania ciągłości uszczelki (oddziela olej od cieczy chłodzącej- prze-strzeń roboczą od układu chłodzącego silnika, jest izolatorem cieplnym między blokiem a głowicą) dojdzie do awarii całej jednostki. Przyczyny uszkodzenia tego elementu są różno-rodne:
- uszkodzenie układu chłodzenia- nieszczelności, niesprawna pompa cieczy, uszkodzony ter-mostat,
- niewłaściwy montaż poprzedniej uszczelki pod głowicą,
- uszkodzone wtryskiwacze paliwa w silnikach z zapłonem samoczynnym co w konsekwencji doprowadza do rozpylenia zbyt dużej dawki paliwa i wzrostu temperatury w komorze spala-nia,
- nieprawidłowo działający układ LPG,
- zbyt szybkie korzystanie z pełnej mocy silnika bez uprzedniego rozgrzania go,
- stosowanie niewłaściwego chłodziwa w układzie chłodzenia- np. woda,
- niedbałość o stan płynu chłodzącego,
- zła konstrukcja silnika mającego tendencję do przegrzewania się lub zła konstrukcja samej uszczelki podgłowicowej.
W praktyce warsztatowej będziemy mieć do czynienia z kilkoma typami uszkodzenia uszczelki:
- wyciek oleju na zewnątrz silnika między głowicą a blokiem,
- uszkodzenie uszczelki podgłowicowej między sąsiednimi cylindrami,
- uszkodzenie uszczelki podgłowicowej między komorą spalania a płaszczem wodnym silnika,
- uszkodzenie uszczelki między płaszczem wodnym i układem olejenia.
W przypadku pierwszego uszkodzenia przyczynami mogą być:
- zestarzenie się uszczelki podgłowicowej,
- kruchość uszczelki podgłowicowej spowodowana wcześniejszym przegrzaniem silnika,
- rozciągnięcie śruby podgłowicowej,
- wypatrzona głowica,
- zły montaż (zbyt słabe dokręcenie głowicy, ponowne zastosowanie starych wyciągniętych śrub mocujących.
Objawami uszkodzenia uszczelki na styku cylindrów będą: wyczuwalny dla kierowcy spadek mocy silnika i jego nierówna praca, brak zapłonu w cylindrach co z kolei spowoduje nierówną pracę silnika, niskie ciśnienie sprężania na sąsiednich cylindrach spowodowane wtłoczeniem ładunku z cylindra, w którym odbywa się sprężanie mieszanki paliwowo- po-wietrznej do cylindra, w którym tłok jest w dolnym martwym punkcie.
Uszkodzenie uszczelki na styku komory spalania a płaszcza wodnego może dawać różne objawy w zależności od tego czy ciecz dostaje się do komory spalania czy spaliny do-stają się do układu chłodzenia. W pierwszym przypadku objawami będą:
- wypłukana komora spalania- np. brak nagaru na świecach zapłonowych,
- ubywanie płynu chłodniczego przy braku wycieków zewnętrznych i jednoczesnym podno-szeniu się poziomu oleju na bagnecie silnika (3. R. Burdzik, Ł. Konieczny, J. Warczek, Diagnozowanie zespołów i podzespołów pojazdów samochodowych, Nowa Era, Warszawa 2015, s. 449-461),
- biały dym wydobywający się z rury wydechowej lub białe zabarwienie spalin świadczące o dostawaniu się do układu wydechowego czynnika chłodzącego,
- nierówna praca zimnego silnika, problemy z jego odpaleniem- zjawisko spowodowane osa-dzaniem się wilgoci na świecy a w konsekwencji brak iskry),
- w drastycznych przypadkach, w momencie dostania się większej ilości cieczy chłodzącej do cylindra, możliwość zablokowania silnika,
W przypadku dostania się spalin do układu chłodzenia następować będzie:
- tzw. „puchnięcie węży” (węże gumowe stają się twarde) świadczące o wzroście ciśnienia w układzie chłodzenia spowodowane napełnianiem go gazami spalinowymi silnika,
- przegrzewający się silnik oraz dodatkowo wyrzut cieczy z układu chłodzenia mimo sprawnie działających poszczególnych elementów układu chłodzenia,
- zapach spalin obecny po otwarciu korka zbiorniczka wyrównawczego płynu chłodzącego,
- słabe ogrzewanie wnętrza pojazdu,
- bulgotanie płynu chłodzącego w zbiorniku wyrównawczym świadczące o pęcherzykach powietrza czyli zapowietrzaniu się układu,
W momencie uszkodzenia uszczelki między płaszczem wodnym a układem olejenia może przebiegać dwojako. Gdy ciecz chłodząca dostanie się do układu olejowego wówczas olej zważy się a świadczyć o tym będzie jego kolor- kawa z mlekiem. Gdy olej dostanie się do układu chłodzenia dojdzie do jego zabrudzenia. W tym przypadku dostrzegalne będą plamy oleju w zbiorniczku wyrównawczym (4. Diagnostyka samochodów osobowych i ciężarowych, pod red. nauk. prof. inż. S. Nizińskiego, Bellona, Warszawa 1999, s. 22. ).
Warto nadmienić, że omawiane przypadki dotyczą tylko silników chłodzonych cieczą- pośredniego układu chłodzenia.
Podane powyżej objawy mogą świadczyć także o innych usterkach samego silnika bądź jego osprzętu. Zanim więc przystąpimy do prac związanych z wymianą uszczelki pod-głowicowej należy wykluczyć między innymi:
1. Usterki układu chłodzenia:
a) sprawdzenie szczelności układu chłodzenia –ewentualne usunięcie nieszczelności
b) sprawdzenie działania korka zbiorniczka wyrównawczego-wymiana
c) sprawdzenie działania termostatu- wymiana
d) sprawdzenie działania pompy cieczy chłodzącej- wymiana (5. R. Burdzik, Ł. Konieczny, J. Warczek, op.cit, Nowa Era, Warszawa 2015, s. 462-463)
2. Usterki układu elektrycznego obsługującego układ chłodzenia
a) sprawdzenie bezpieczników i przekaźników- wymiana
b) sprawdzenie czujnika cieczy chłodzącej- wymiana
c) sprawdzenie wentylatora cieczy chłodzącej- wymiana
d) sprawdzenie sterownika wentylatora- wymiana (6. Diagnostyka samochodów osobowych i ciężarowych, pod red. nauk. prof. inż. S. Nizińskiego, Bellona, Warszawa 1999, s. 82.)
Po sprawdzeniu podanych powyżej parametrów, w razie nieustąpienia objawów, mo-żemy przystąpić do diagnozowania nieszczelności na styku blok- cylinder- głowica. Takie badania polegać będą na: na sprawdzeniu ciśnienia sprężania (zostanie ono omówione w późniejszej części pracy) oraz na teście obecności CO2 w układzie chłodzenia.
Badanie wykonujemy przy zimnym silniku. Odkręcamy korek zbiorniczka wyrów-nawczego, umieszczamy w jego miejscu dołączoną gumową zatyczkę i nakładamy na nią pla-stikowy syfon.
- nalewamy odrobinę dołączonego płynu, uruchomiamy silnik i czekamy, aż motor osiągnie temperaturę roboczą.
Po kilku minutach:
- kolor cieczy zmienia się- uszczelka do wymiany,
- kolor nie zmienia się- uszczelka dobra
Tester wyposażony jest w płyn, który reaguje z dwutlenkiem węgla obecnym w spalinach.
Jeżeli płyn zmienił kolor oznacza to, że doszło do uszkodzenia uszczelki podgłowicowej. Przystępujemy do prac związanych z jej wymianą (7. R. Burdzik, Ł. Konieczny, J. Warczek, op.cit, Nowa Era, Warszawa 2015, s. 461).
Opis prac powstał w oparciu o pozycję H. R. Etzolda, Sam naprawian. Opel Kadett E oraz o filmy instruktażowe zamieszczone w serwisie youtube.com, których użyto w tej pracy w celu zobrazowania procesu wymiany uszczelki w silniku górnozaworowym produkowanym przez firmę General Motors o oznaczeniu kodowym C16NZ. Silnik montowany był między innymi w modelach Opel Astra, Opel Vectra, Opel Kadett a także innych firm wchodzących w skład GM (8. http://astra.myto.pl/silniki-opel-astra-f#16szr). Jest to silnik 8-zaworowy, z jedno-punktowym wtryskiem paliwa Multec firmy Delco-Remy i współpracuje on ze sterownikiem, który umożliwia komunikowanie się z testerem diagnostycznym za pomocą 10-stykowego złącza diagnostycznego. Błędy w tej konfiguracji można także odczytać za pomocą lampki CHECK ENGINE na desce rozdzielczej jako kody błyskowe poprzez zwarcie styków A i B w złączu (9. https://warsztat.pl/artykuly/opel-astra-silnik-c16nz,60806). Silnik posiada jeden wałek rozrządu napędzany paskiem zębatym, który naciągany był pompą cieczy chłodzącej, zawory regulowane były za pomocą hydraulicznych popychaczy.

Kolejność wykonywanych czynności związanych w wymianą uszczelki podgłowicowej.

1.Zabezpieczenie pojazdu przed zabrudzeniem, przemieszczeniem, - rozłączenie złącza wiązki elektrycznej z pompy paliwa i uruchomienie silnika, by pracował aż zgaśnie, co spowoduje zanik ciśnienia paliwa w przewodach paliwa.
2.Przygotowanie zestawu narządzi oraz artykułów bhp niezbędnych do wykonania prac.
3.Przygotowanie zestawu części zamiennych.
4. Odłączenie przewodu z zacisku ujemnego akumulatora
5. Odłączenie dolnego elastycznego przewodu chłodnicy i spuszczenie płynu z układu chło-dzenia.
6. Demontaż filtra powietrza i obudowy monowtrysku wraz z przewodami.
7. Demontaż paska klinowego i alternatora.
8. Ustawienie tłoka pierwszego cylindra w położeniu GMP- wrzucić na luz, zaciągnąć ręczny i obracać wałem korbowym (klucz oczkowy lub nasadowy z grzechotką) zgodnie z ruchem wskazówek zegara do momentu pokrycia się znaków na bloku silnika i kole napędowym paska rozrządu. Zablokowanie koła górnego rozrządu za pomocą specjalnej blokady.
9. Wymontowanie koła pasowego- ustawić 1 bieg i zaciągnąć ręczny, odkręcenie koła paso-wego i jego demontaż.
10. Poluzowanie śrub mocujących pompę cieczy chłodzącej i jej przestawienie w celu zdjęcia paska rozrządu.
11. Demontaż górnego koła rozrządu wraz z obudową
12. Demontaż:
- kolektora dolotowego wraz z monowtryskiem, odpięcie przewodu cieczy chłodzącej od ko-lektora,
- kolektora wydechowego wraz z uszczelką,
- przewodów i węży elastycznych od głowicy,
- aparatu zapłonowego, świec zapłonowych, filtra powietrza, przewodów paliwa,
13. Demontaż śrub głowicy- poluzować od zewnątrz po spirali śruby głowicy cylindrów naj-pierw o 1/4 a następnie o 1/2 obrotu (czynność wykonywana "na zimnym" silniku)
14. Wyciągnięcie głowicy z komory silnika
15. Oczyszczenie powierzchni uszczelniającej kadłuba oraz usunięcie nagarów z denka tło-ków.
16. Sprawdzenie płaskości górnej powierzchni bloku (szczelinomierz wkładamy między liniał krawędziowy a krawędź bloku).
17. Weryfikacja głowicy:
- demontaż obudowy wałka rozrządu
- demontaż dźwigni zaworów, podkładek dociskowych osadzonych na końcówkach trzonków zaworów,
-przygotowanie ( oczyszczenie) głowicy do weryfikacji,
- wyjęcie hydraulicznych regulatorów luzu
18. Sprawdzenie stanu powierzchni przylegania głowicy do kadłuba- płaskości za pomocą liniału krawędziowego i szczelinomierza na płycie kontrolnej (zasada taka sama jak przy sprawdzeniu płaskości powierzchni bloku silnika w miejscu połączenia z głowicą) - dopuszczalna odchyłka płaskości wynosi 0,04mm, a na odcinku 150mm nie więcej niż 0,15mm
- jeżeli nierówność badanej głowicy przekracza dopuszczalną odchyłkę, głowicę należy pod-dać naprawie poprzez szlifowanie na szlifierce do płaszczyzn
- płaskość sprawdzamy zarówno w miejscu połączenia z blokiem jak i obudową wałka roz-rządu a jej wysokość nie może być mniejsza niż 96mm (+- 0,25mm).
19. Oczyszczenie powierzchni bloku oraz usunięcie nagaru z tłoków
20. Wyczyszczenie i odtłuszczenie powierzchni i montaż nowej uszczelki- posiada ona od-powiednie wycięcia aby zamontować ją poprawnie.
21. Montaż części głowicy
- włożyć cienko naolejone regulatory luzów, powlec olejem części robocze dźwigni zaworów- zakładanie dźwigni
- montaż głowicy do silnika
- oczyszczenie powierzchni głowicy pod montaż obudowy wałka rozrządu, naniesienie środka uszczelniającego (zgodnie z zaleceniami producenta) i jej montaż
22. Dokręcenie głowicy:
- wymiana śrub na nowe
- montaż nowych śrub
- 4 etapy dokręcania śrub:
1- dokręcić śruby zaczynając od spirali na zewnątrz za pomocą klucza dynamometrycznego z siłą 25Nm,
2- dokręcić śruby po spirali od środka o kąt 60 stopni,
3- dokręceni po spirali o dalsze 60 stopni,
4- dokręcić śruby po spirali o kąt 30 stopni.
23. Montaż uszczelki i pokrywy obudowy wałka rozrządu
24. Montaż plastikowej obudowy rozrządu, ustawienie kół rozrządu na znakach, montaż kół i paska (zamontować pasek rozrządu w kierunku przeciwnym do obrotów wskazówek zegara, zaczynając od koła zębatego wału korbowego a kończąc na elemencie gładkim), naciągnięcie paska rozrządu za pomocą pompy cieczy chłodzącej (w przypadku braku przyrządu do na-ciągu paska można go naciągnąć tak, aby jego ugięcie wynosiło ok. 10mm w punkcie B)
25. Obrócić dwukrotnie wałem korbowym silnika w kierunku jego pracy i sprawdzić czy znaki się pokrywają, sprawdzić ponownie napięcie paska rozrządu.
26. Montaż poszczególnych części osprzętu silnika wymontowanych wcześniej:
przykręcenie przewodów elektrycznych, montaż węży gumowych układu chłodzenia, montaż kolektora dolotowego i wydechowego wraz z uszczelką, podłączenie przewodów paliwo-wych, montaż i ustawienie aparatu zapłonowego
27. Wymiana oleju i płynu chłodniczego - odkręcenie korka oleju w misce olejowej i spusz-czenie starego oleju, wymiana filtra i zalanie silnika nowym olejem oraz układu chłodzenia-nowym płynem chłodniczym
28. Włączenie silnika i rozgrzanie go w celu dokręcenia śrub głowicy o kolejne 30 stopni
29. Sprawdzenie ciśnienia sprężania
- otwór gniazda świecy pierwszego cylindra ( od strony rozrządu) wciskamy końcówkę przy-rządu do pomiaru, przy użyciu rozrusznika wprowadzamy w ruch układ korbowo- tłokowy do chwili, gdy wskazówka manometru zajmie skrajne położenie i nie przestanie się przesuwać (maksymalne ciśnienie- ok. 4s), podczas pomiaru przepustnica musi być całkowicie otwarta- pedał gazu wciśnięty (wcześniej usuwamy przewody ze świeć lub odpinamy czujnik położenia wału)
- analogicznie dokonujemy pomiarów w pozostałych cylindrach, - czynności należy wykonywać szybko, by nie dopuścić do wystudzenia silnika,
- porównanie wyników pomiaru poszczególnych cylindrów sprawdzamy z danymi technicz-nymi, różnica wartości ciśnienia pomiędzy cylindrami nie powinna przekraczać 0,1 MPa,
- podczas sprawdzania silnik powinien być rozgrzany.
Podczas całego procesu naprawy pamiętać należy o bezpiecznym wykonywaniu prac
i odpowiednim wyposażeniu stanowiska z odpowiednie środki i odzież.
Po zakończeniu badania należy przeprowadzić reset kodów usterek sterownika za pomocą testera diagnostycznego (KTS Bosch, Deplhi, Launch, OPEL TECH).

Wykaz prac cytowanych:

Burdzik R., Konieczny Ł., Warczek J., Diagnozowanie zespołów i podzespołów pojazdów samochodowych, Nowa Era, Warszawa 2015.
Diagnostyka samochodów osobowych i ciężarowych, pod red. nauk. prof. inż. S. Nizińskiego, Bellona, Warszawa 1999.
Etzold H.R., Sam naprawian. Opel Kadett E , tłum. P. Zieliński, WKŁ, Warszawa 1998.
http://astra.myto.pl/silniki-opel-astra-f#16szr
https://warsztat.pl/artykuly/opel-astra-silnik-c16nz,60806
Wajand, J.A., Wajand J.A., Tłokowe silniki spalinowe,WNT, Warszawa 2000.