Niszczycielska kawitacja

Ślady erozji na powierzchni tulei cylindrowych to częsty widok, z jakim mają do czynienia mechanicy zajmujący się naprawami silników. Diagnoza zwykle jest prosta – to efekt kawitacji.

Tuleje cylindryczne zwane „mokrymi” są podczas pracy silnika omywane płynem chłodzącym. Dzięki temu rozwiązaniu wytwarzane podczas procesu spalania ciepło jest efektywnie odprowadzane, a następnie oddawane przez wymiennik ciepła.

Trochę teorii

Nazwa kawitacja pochodzi od łacińskiego słowa cavitare – drążyć. Zjawisko to polega na tworzeniu się w szybko przepływających płynach pęcherzyków, które następnie błyskawicznie zanikają. Do kawitacji w płynie chłodzącym dochodzi w wyniku zmian jego ciśnienia. Dzieje się tak z powodu wibracji wywoływanych podczas pracy silnika przez poruszający się tłok. Drgania są przenoszone na płaszcz wodny otaczający tuleję cylindrową. Kiedy ściana cylindra cofa się, w cieczy chłodzącej formują się pęcherzyki próżni. Gdy ciśnienie ponownie wzrasta, następuje implozja bąbelków, a z powierzchni tulei wyrywane są drobiny materiału. W dłuższej perspektywie czasu prowadzi to do zniszczenia elementu.

Jak odróżnić kawitację od korozji?

Zniszczenia wywołane przez zjawisko kawitacji mają dwie charakterystyczne cechy:

• Po pierwsze ubytki znajdują się wyłącznie w okolicach punktów zwrotnych tłoków, zarówno od strony głowicy jak i skrzyni korbowej.
• Po drugie zaś – w przeciwieństwie do zwykłej korozji – wyrwy w ścianie tulei wywołane przez kawitację pogłębiają się w kierunku wnętrza cylindra. Niszczycielska siła kawitacji może z czasem doprowadzić do całkowitej perforacji ściany tulei i przedostania się płynu chłodzącego do środka cylindra. Miejsce „nadgryzione” przez kawitację są również bardziej podatne na korozję.

Uwaga na płyn chłodzący

Częstym powodem przyspieszonej kawitacji jest zła jakość płynu chłodzącego. Zdarza się, że zamiast niego używana jest zwykła woda – bez żadnych dodatków. Tymczasem dobrej jakości płyn chłodzący nie tylko nie zamarza zimą, ale również nie powoduje korozji układu termicznego pojazdu i zapewnia właściwe smarowanie pompy wodnej. Wreszcie, zawarty w nim składnik podnosi punkt wrzenia, dzięki czemu płyn jest bardziej odporny na powstawanie w nim pęcherzyków, a co za tym idzie – ryzyko zniszczeń wywołanych przez kawitację.

Pożądane ciśnienie

W sprawnym układzie chłodzenia wytwarza się nadciśnienie, które sprawia, że płyn chłodzący ma wyższą temperaturę wrzenia i jest bardziej odporny na kawitację. Jednak nawet niewielka nieszczelność – spowodowana np. zniszczoną uszczelką pod nakrętką zbiornika wyrównującego, sprawia, że do powstania nadciśnienia nie dochodzi. Może to doprowadzić do kawitacji i zniszczenia tulei. Niesprawny termostat lub zablokowane sprzęgiełko wiskotyczne wentylatora chłodnicy mogą być przyczyną utrzymywania się zbyt niskiej temperatury silnika (poniżej 70oC), w której zjawisko kawitacji jest szczególnie intensywne. W wyższym zakresie temperatur (90-100oC) zwiększone ciśnienie płynu chłodzącego zapobiega powstawaniu pęcherzyków.  

Grunt to dobra tuleja

Zdarza się, że przyczyną przyspieszonej kawitacji są marnej jakości tuleje cylindrowe. Elementy „nie trzymające” wymiarów, nie mogą być właściwie zamontowane w bloku silnika i podczas pracy będą się poruszać. Zwiększone wibracje powodują zaś większą kawitację i szybsze zniszczenie tulei. Osobną sprawą jest materiał, z którego wykonano tuleję. Jeśli nie spełnia on odpowiednich wymagań jakościowych, oznacza to, ze jest on również mniej odporny na erozję.  

Parę wskazówek

Obróbka mechaniczna gniazda tulei, konieczna ze względu na skorodowaną powierzchnię zawsze musi się wiązać z wymianą tulei cylindrowej na element o ponadwymiarowej średnicy zewnętrznej. W przeciwnym razie tuleja nie będzie właściwie dopasowana, co może doprowadzić do poważnej awarii lub szybszego jej zużycia. Niezwykle ważne jest zachowanie właściwego prześwitu między tłokiem a cylindrem. Obróbka tulei prowadząca do zwiększenia jej średnicy musi się wiązać z zastosowaniem ponadwymiarowego tłoka. Zawsze należy stosować dobrej jakości płyn chłodzący, polecany przez wytwórcę silnika. Zalecenie to dotyczy również silników używanych w regionach, w których panuje ciepły klimat. Należy również pamiętać o wymianach płynu z zalecaną przez producenta częstotliwością. Jeżeli zamiast gotowego płynu do chłodzenia używana jest woda z odpowiednimi dodatkami, należy pamiętać by była ona zdemineralizowana (np. destylowana). Absolutnie niedopuszczalne jest stosowanie wody o silnym odczynie zasadowym lub kwaśnym. Firma MAHLE zaleca również regularną kontrolę układu chłodzenia, termostatu i wentylatora chłodnicy. Właściwe funkcjonowanie tych elementów pozwala na uzyskanie nadciśnienia w układzie termicznym, co zapobiega kawitacji.  

Sprawdzone części

Ścisła współpraca z przemysłem samochodowym pozwala inżynierom z Mahle rozwijać konstrukcję elementów silnika, tak by zminimalizować ich wrażliwość na zniszczenia wywołane przez kawitację. Warunkiem niezbędnym do tego, by silnik był trwały i bezawaryjny jest płynny ruch tłoka w cylindrze. MAHLE kładzie nacisk na opracowanie optymalnego kształtu tego elementu. Zanim trafi on do produkcji, poddawany jest bardzo szczegółowym badaniom i testom. Dzięki temu uzyskuje się idealną płynność ruchów tłoka i ograniczenie do minimum wibracji wywoływanych jego pracą. Tuleje cylindrowe MAHLE są gwarancją trwałości i niezawodności silnika. Dzięki niezwykle precyzyjnej kalibracji tulei w procesie produkcji, zamontowany w bloku silnika element jest idealnie dopasowany, co zapobiega drganiom wywołującym kawitację.

Przygotowano na podstawie materiałów firmy MAHLE