Na czym polega tulejowanie bloków i proces tulejowania bloków silnika

Każdy podzespół mechaniczny ma swoją określoną żywotność, po której osiągnięciu dalsza eksploatacja nie jest już możliwa ze względu na nadmierne zużycie i utratę pierwotnych parametrów. Zasada ta dotyczy również silników spalinowych, jednak w tym przypadku okres użytkowania można wydłużyć, stosując specjalistyczne metody regeneracji. Jednostki napędowe mogą być poddawane zarówno szlifowaniu, jak i procesom  tulejowania.

W jaki sposób zużywają się silniki spalinowe?

Każdy silnik spalinowy jest zbudowany z elementów, które pracują w trudnych warunkach i muszą sobie radzić z wieloma wyzwaniami związanymi z dużymi obciążeniami mechanicznymi oraz termicznymi. Wynikają one z pojawiających się w wyniku spalania mieszanki paliwowej sił, działających zarówno na wszystkie części ruchome, jak i blok silnika oraz jego głowicę, a także z bardzo wysokich temperatur. Choć do budowy poszczególnych podzespołów używa się materiałów o wysokiej wytrzymałości, konstrukcja jest zaprojektowana tak, by możliwie efektywnie odprowadzać ciepło oraz zapewniać właściwy poziom smarowania, to z czasem dochodzi do naturalnego zużycia się wszystkich elementów szczególnie narażonych na tarcie i przegrzanie. Przy dłuższej pracy jednostki napędowej nieuniknione będzie postępujące ścieranie się pierścieni oraz wewnętrznych ścian cylindrów, a w wielu przypadkach również tłoków czy zaworów – wyjaśnia ekspert z firmy JURGAL, zajmującej się regeneracją silników.

Ogólne zasady konstrukcji silnika spalinowego są dość proste. Korpus składa się z trzech części – środkowej, czyli bloku silnika, gdzie znajdują się otwory cylindrów, w których podczas pracy poruszają się tłoki; dolnej, miski olejowej zamykającej komorę, w której znajduje się wał korbowy obracany za sprawą przemieszczających się tłoków; górnej, tzw. głowicy silnika, w której znajdują się gniazda zaworów doprowadzające mieszankę paliwowo-powietrzną lub samo powietrze oraz wyprowadzające spaliny, a także otwory do montażu świec przy zapłonie iskrowym, jak również wtryskiwacze paliwa. Elementy, które są szczególnie narażone na zużycie to miejsca, w których stykają się ze sobą części ruchome i nieruchome. W przypadku części dolnej będą to panewki wału korbowego, w górnej gniazda zaworów, natomiast w przypadku bloku – wewnętrzne powierzchnie cylindrów.

Zużycie wewnętrznych powierzchni cylindrów ma związek z tarciem pojawiającym się między nimi a warstwą zewnętrzną znajdujących się na tłokach pierścieni. Choć silnik jest smarowany  olejem, to z czasem ulega on naturalnemu zużyciu, tracąc część swoich właściwości. Podczas eksploatacji silnika w oleju gromadzą się osady pochodzące z jego częściowego spalania w wysokiej temperaturze, co zmienia jego lepkość, a zatem zdolność do przylegania do chronionych powierzchni, a także pogarsza odporność termiczną i zmniejsza zdolność do schładzania smarowanych elementów. Pogarszająca się jakość oleju prowadzi do pojawiania się podwyższonego tarcia, a zatem drobin metalu pochodzących z pracujących podzespołów. Gromadzą się one w oleju, dodatkowo wpływając na zwiększanie zużycia, działając podobnie jak ścierniwo. Jeśli olej silnikowy nie jest regularnie wymieniany, ścieranie się elementów przebiega znacznie szybciej, jednak przy dłuższych przebiegach nawet w najlepiej zadbanym silniku zaczną się pojawiać oznaki zużycia.

Dlaczego naprawa silnika może być niezbędna przy większych przebiegach?

Tarcie i ścieranie wewnętrznej powierzchni cylindrów oraz znajdujących się na tłokach pierścieni prowadzi do utraty szczelności. Wskutek długotrwałych wzajemnych oddziaływań powiększa się średnica cylindrów, a zmniejszeniu ulega średnica pierścieni. Dodatkowym elementem wpływającym na pracę silnika są zarysowania powstałe w wyniku działania drobin znajdujących się w oleju oraz nierównomiernego zużywania się materiału, z którego są wykonane poszczególne części. Efektem nieszczelności jest przedostawanie się niespalonego paliwa do komory wału korbowego, a także zmniejszenie stopnia sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej, co skutkuje zwiększeniem zużycia paliwa przy obniżeniu uzyskiwanej mocy, a w dłuższej perspektywie prowadzi do uszkodzenia pozostałych elementów silnika.

W razie narastających problemów z silnikiem jego stan weryfikuje się w kilku kolejnych etapach pozwalających na stwierdzenie, czy musi zostać poddany naprawie. Pierwszym wykorzystywanym sposobem jest zwykle pomiar ciśnienia sprężania. Wykonuje się go, montując w otworach świec specjalne czujniki – najczęściej elektroniczne – i obracając wał korbowy za pomocą rozrusznika. Wysokie odstępstwa od nominalnych wartości określanych przez producenta pozwalają na stwierdzenie czy w silniku pojawiły się nieszczelności. Weryfikacja ich przyczyny jest prowadzona zwykle w ramach tzw. próby olejowej. Dzięki podaniu ściśle określonej dawki oleju silnikowego wprost do cylindra i ponownym wykonaniu pomiaru ciśnienia sprężania można ustalić, czy przyczyną kłopotów są zawory i gniazda zaworowe, czy też problem leży w połączeniu pierścieni i cylindrów.

Stwierdzenie nieszczelności w obrębie gniazd zaworowych oznacza konieczność ingerencji w głowicę silnika. W sytuacji, gdy pojawia się ona na styku pierścieni i cylindrów, konieczna będzie naprawa bloku silnika – potwierdzeniem diagnozy jest pomiar wymiarów wewnętrznych cylindrów oraz oględziny bloku silnika. W razie, gdy gładź nosi wyraźne ślady zużycia, a uzyskane wyniki pokazują jej nadmierne starcie do wyboru – w zależności od rodzaju jednostki napędowej i jej konstrukcji – pozostają dwie metody: szlif lub wykonanie tulejowania bloku silnika. W przypadku szlifu procedura wiąże się z powiększeniem średnicy wewnętrznej cylindra i zebraniem pewnej ilości materiału co pozwala na usunięcie wszelkich nierównomierności. Po wstępnym szlifowaniu wykonuje się proces honowania, które dodatkowo wygładza powierzchnię, a także odtwarza za sprawą szlifu krzyżowego wewnętrzną strukturę kanalików pomagających w rozprowadzaniu oleju między pierścieniem a cylindrem. Dokonanie szlifu wymaga zastosowania kompletu tłoków o zwiększonych rozmiarach. Zdarza się jednak, że szlifowanie jest niemożliwe i konieczne będzie przeprowadzenie tulejowania.

Tulejowanie bloku silnika

Wewnętrzna powierzchnia cylindrów w nowoczesnych silnikach nie jest na ogół wykonana z tego samego materiału, co cały blok. Wynika to m.in. z chęci obniżenia masy jednostki napędowej, a także dążenia do obniżenia jej ceny. Specjalnie wzmocnione materiały są więc używane tylko do produkcji tulei, które są osadzane w przygotowanych pod cylindry otworach, podczas gdy reszta jednostki napędowej może być zrobiona z tańszego i mniej odpornego na zużycie materiału np. stopu aluminium. Tuleje montowane w silniku są osadzane w gniazdach dzięki pasowaniu. Otwory mają taki sam wymiar wewnętrzny, jak średnica zewnętrzna tulei – mogą więc być tak jak podczas montażu silnika wypchnięte, a następnie zastąpione nowymi.

Proces tulejowania jest wykonywany w różnych przypadkach. Z możliwości tej korzysta się wtedy, gdy grubość ścianek tulei jest na tyle mała, że wykonanie szlifu nie będzie możliwe z uwagi na ryzyko znacznego zmniejszenia wytrzymałości. Tulejowanie będzie też nieodzowne wówczas, gdy uszkodzenia są na tyle głębokie, że szlif musiałby być bardzo duży, co uniemożliwiłoby znalezienie odpowiednich tłoków. W przypadku wielu jednostek napędowych zdarza się też tak, że zestawy naprawcze w postaci tłoków o powiększonej średnicy wcale nie są oferowane.

Osadzenie nowej tulei wymaga bardzo dużej precyzji, ponieważ jest ona wciskana w blok silnika przy różnicach wymiarowych wynoszących w zależności od jednostki napędowej od 0,01 do 0,1 mm, przy czym większe wartości dotyczą na ogół tulei z kołnierzem, co pomaga w jej właściwym pozycjonowaniu. W wielu przypadkach otwór pod montowaną tuleję musi być odpowiednio przygotowany, choć zależy to od rodzaju silnika i rodzaju tulei. Operacja tulejowania jest trudna, ponieważ konieczne będzie zachowanie wysokiej czystości, a także precyzyjny rozkład działającej siły, tak by element nie uległ uszkodzeniu. Równie ważny jest właściwy dobór tulei – trzeba pamiętać, że jest ona wykonana z odmiennego rodzaju materiału niż blok, co sprawia, że jej rozszerzalność temperaturowa będzie zupełnie inna.

Wykonanie tulejowania bloku silnika pozwala na wykorzystanie tłoków w oryginalnym rozmiarze i może być na ogół przeprowadzone taniej i szybciej niż tradycyjne szlifowanie, choć nie w każdym przypadku będzie to możliwe, ponieważ wiele zależy od konstrukcji samego silnika. Koszt takiej naprawy jest jednak znacznie niższy niż wydatek związany z zakupem nowej jednostki napędowej, co sprawia, że decyduje się na nią wielu użytkowników aut z większym przebiegiem. Montaż tulei jest często także sposobem na remont bardzo zniszczonej jednostki napędowej. Zdarza się też, że jest wykonywane jako zabieg modyfikujący osiągi silnika.