Uszczelki głowicy należą do grupy uszczelnień statycznych i są podzielone na dwie grupy: uszczelki kompozytowe oraz wielowarstwowe uszczelki stalowe – MLS. Uszczelki kompozytowe i MLS używane są nie tylko przy uszczelnianiu głowicy, ale także w układach wydechowych, kolektorach ssących itp. W artykule przedstawimy ich konstrukcję oraz przydatne porady montażowe.

Konstrukcja

Klasyczna kompozytowa uszczelka głowicy cylindra jest wykonana jako ściśliwy statyczny element uszczelniający i składa się z trzpienia ze stali nierdzewnej, na który obustronnie walcowane są grafitowe blachy kompozytowe. Powierzchnie zostały pokryte warstwą ochronną przed płynami takimi jak woda, olej lub płyn chłodzący. Kontakt z tymi fluidami może powodować pęcznienie materiału kompozytowego. Metalowe pierścienie ogniowe uszczelniają komorę spalania i chronią wrażliwy materiał kompozytowy przed przegrzaniem. Elementy FPM (tzw. Viton) pozwalają na częściowe zwiększenie ciśnienia powierzchni montażowej w pobliżu kanałów ciśnienia oleju.

Zaletą uszczelki kompozytowej jest możliwość dostosowania do powierzchni łączącej i pokrycia niewielkich niedoskonałości głowicy cylindra i bloku silnika. Materiał kompozytowy, ze względu na ściśliwy charakter, wymaga zastosowania wyższej siły zaciskającej i momentu dokręcania na śruby. Czasami konieczne jest również wykonywanie okresowych kontroli i ponowne dokręcanie. Śruby są narażone na większe naprężenia. Można powiedzieć, że uszczelka kompozytowa stanowi swoisty bezpiecznik dla silnika w przypadku nieoczekiwanego wzrostu ciśnienia w komorze spalania – wtedy jej zadaniem jest „rozszczelnienie się”, aby nie doprowadzić do innych uszkodzeń.

Wielowarstwowa uszczelka metaliczna MLS narodziła się jako nieuniknione rozwiązanie dla nowoczesnych silników. Wpływ na to miało zmniejszenie wielkości silnika przy jednoczesnym wzroście wydajności, prowadzące do większego obciążenia termicznego całego systemu oraz wzrostu stopnia temperatur i stopnia sprężania, a co za tym idzie ciśnień w komorze spalania. Stare rozwiązanie z kompozytem nie mogło dłużej wytrzymać wysokiej temperatury, która rozwija się podczas spalania. Problem został rozwiązany dzięki metalowej uszczelce, ale nie z miedzi, jak miało to swoje zastosowanie na początku XX wieku, ale wykonanej ze stali o określonych właściwościach, formie i wyglądzie.

Uszczelka MLS składa się z minimum 2 warstw: jednej w kierunku głowicy cylindra, drugiej w kierunku bloku silnika. Jeśli projekt ma tylko dwie warstwy, jedna (od strony głowicy) jest wytłoczona i ma wokół tulei cylindra i kanałów wody i oleju. Rozwiązanie z trzema warstwami ma warstwę pośrednią, która ma oddzielać skrajne warstwy. Warstwy w kierunku głowicy i bloku zostały wytłoczone i całkowicie pokryte elastomerem. Wytłoczenia są przeznaczone do uszczelniania makro, a powłoka służy do mikro uszczelnienia.

W przypadku niektórych specyficznych wymagań, takich jak odzyskanie pewnej odległości między głowicą a blokiem po szlifowaniu, należy dodać czwartą warstwę. Warstwa ta jest płaska ze wszystkimi niezbędnymi otworami i pewną grubością.

Uszczelka MLS wytrzymuje wyższą temperaturę i ciśnienie, które powstają podczas spalania w porównaniu z uszczelką kompozytową. Ze względu na właściwości sprężyste mogą one bardzo łatwo podążać za niewielkimi zniekształceniami powodującymi względny ruch głowy i bloku. MLS pozostają zawsze w kontakcie z powierzchnią i zapewniają uszczelnienie w dowolnym momencie i punkcie.

Siła docisku w MLS jest mniejsza niż w uszczelce kompozytowej. Niewygodne jest to, że uszczelka MLS poprzez wymianę wymaga szczegółowej kontroli powierzchni, zarówno pod względem wymiarów, jak i jakości, a jeśli to nieuniknione, trzeba dokonać należytego i dokładnego procesu obróbki.

Wskazówki montażu uszczelki głowicy

Większość awarii uszczelek głowicy cylindrów występuje zazwyczaj między 150 a 300 000 km. Przy takim przebiegu większość silników wymaga odnowienia systemu pasków rozrządu i kół pasowych wału korbowego, pomp wodnych, układu pasów napędowych akcesoriów, przewodów chłodziwa, filtrów paliwa… Ponadto, dzięki wizycie w warsztacie, można odkryć np. że czujniki tlenu i katalizatory mogą być również uszkodzone przez płyn chłodzący silnika wpływający do strumienia spalin, podczas dłuższego czasu jazdy z wadliwą uszczelką.

W celu udanej naprawy uszczelka głowicy cylindra musi uszczelnić paliwo, olej o wysokim i niskim ciśnieniu, płyn chłodzący, próżnię, powietrze, a także gorące gazy spalinowe. Poniższe wskazówki pomogą zapewnić wysoką jakość wymiany/naprawy:

• Przede wszystkim upewnij się, że przyczyna awarii uszczelki głowicy została prawidłowo zdiagnozowana, rzadko uszczelka głowicy ulega awarii z własnej inicjatywy. Zawsze konieczne jest wyeliminowanie przyczyny, a nie skutków.
  – Zastanów się uważnie, czy warunki pracy silnika są odpowiednio dobrane. Większość przypadków uszkodzenia silnika lub uszkodzenia uszczelki było wynikiem zadawania zbyt dużego obciążenia układowi napędowemu.
  – Upewnij się, czy problemy z przegrzewaniem silnika zostały poprawnie rozwiązane.
  – Upewnij się, że system wtryskowy i indukcyjny działają poprawnie. Zbyt wczesny zapłon spowoduje przedwczesną usterkę.
• Sprawdź, czy głowica cylindra i blok silnika są odpowiednio splanowane. Istotne jest określenie płaskości powierzchni na całym elemencie za pomocą prostej krawędzi. Każda nierówność musi zostać usunięta w specjalistycznych warsztatach maszynowych.
  – Upewnij się, że płaskość bloku i głowicy mieszczą się w opublikowanej specyfikacji płaskości dla konkretnego naprawianego silnika, np. dla niektórych silników samochodowych limity wynoszą: wzdłużne = 0,05 mm, poprzecznie = 0,03 mm.
  – Odlewy muszą być dokładnie sprawdzone pod kątem pęknięć, wżerów i zadrapań.
  – Upewnij się, że powierzchnie głowicy i bloku są możliwie niskiej chropowatości. Warsztat maszynowy musi wiedzieć, jakim wykończeniem cechuje się po skończonej obróbce. Ze względu na względny ruch między głowicą a blokiem, w wyniku różnych materiałów i rozszerzalności cieplnej, chropowatość większa niż zalecana spowoduje przedwczesne pogorszenie uszczelki.
  – Nigdy nie używaj dysków ściernych na głowicy lub bloku, mogą one prowadzić do uszkodzenia lub nierówności powierzchni współpracujących, które mogą powodować nieszczelności wewnętrzne lub zewnętrzne; zawsze używaj rozpuszczalnika i miękkiego skrobaka (gumy lub plastiku)– Ostrożnie obchodź się z nowo obrabianymi częściami, wiele razy odlewy są porysowane lub uszkodzone przez nieostrożne obchodzenie się z nimi po uzyskaniu drogiego, wysokiej jakości wykończenia.
  – Upewnij się, że powierzchnie współpracujące są czyste, cały brud i zanieczyszczenia muszą być usunięte.
• Zawsze używaj nowych śrub, ponieważ stare dokręcone są z taką siłą, że przekroczona zostaje granica sprężystości i wchodzą w stan płynięcia. Ponowne ich zastosowanie może dać bardzo nieregularne wyniki i prowadzić do utraty siły docisku i uszkodzenia uszczelki.
  – Należy osiągnąć odpowiednie obciążenie śrubowe, tarcie jest najgorszym wrogiem. Pozostałości korozji na gwincie mogą wprowadzić w błąd, że uzyskano właściwą siłę zacisku.
  – Gołymi rękoma, z nowymi śrubami, sprawdź wszystkie otwory w bloku, aby upewnić się, że nici są w najlepszym możliwym stanie. Jeśli nie, wyczyść stary gwint w otworze z odpowiednim gwintem.
  – Używaj lekkiego oleju silnikowego na gwintach śrub i pod łbem śruby. UWAGA: nie zanurzać śrub w oleju, ponieważ w ślepych otworach może wystąpić blokada hydrauliczna, co może spowodować uszkodzenie odlewu.
  – Zawsze stosuj aktualną specyfikację momentu obrotowego OEM. Nigdy nie zgaduj, ponieważ każdy silnik jest unikalny, a wiele specyfikacji momentu obrotowego aplikacji późnego modelu często się zmienia.
  – Upewnij się, że twój klucz dynamometryczny jest skalibrowany, wszystkie precyzyjne mierniki potrzebują, a aby zachować dokładność, konieczne jest okresowe serwisowanie.