Kompleksowa regeneracja silnika, za i przeciw

Wszystkie elementy maszyn i urządzeń mechanicznych podczas normalnej eksploatacji ulegają stopniowemu zużyciu. Z czasem poszczególne materiały tracą swoje pierwotne właściwości i przestają gwarantować niezbędną do działania wytrzymałość mechaniczną i termiczną. Przyczyny zmiany parametrów użytkowych mogą być różne, podobnie jak procesy, które do nich prowadzą, jednak konstruktorzy już na etapie opracowania wstępnej koncepcji konkretnego mechanizmu określają jego żywotność, czyli tzw. resurs. 

W większości przypadków jest on ustalany jako liczba godzin, jaką dane urządzenie będzie mogło przepracować bez pojawienia się oznak starzenia, wpływających na efektywność działania lub koszty użytkowania. Dla silników montowanych w samochodach najczęściej w takim przypadku mówi się raczej o przebiegu, choć już w maszynach roboczych np. ciągnikach rolniczych stopień wyeksploatowania jednostki napędowej jest liczony w motogodzinach. Ze względu na konstrukcję większości elementów mechanicznych wyczerpanie resursu nie oznacza jednak kresu możliwości wykorzystywania maszyny czy urządzenia. W wielu sytuacjach można zdecydować się na wymianę poszczególnych elementów czy też kompleksową naprawę, np. regenerację silnika lub niektórych jego części. Przyjrzyjmy się bliżej mechanizmom, które prowadzą do skracania żywotności silników, zobaczmy, na czym polega ich regeneracja oraz przekonajmy się, kiedy warto się na nią zdecydować.

W jaki sposób mogą się zużywać elementy silników spalinowych?

Elementy silników spalinowych pracują w wysokich temperaturach oraz pod dużymi obciążeniami, więc na większość podzespołów, z których są zbudowane, działają znaczne siły dynamiczne, które prowadzą do ciągłego pogarszania się ich stanu, choć w normalnych warunkach proces ten przebiega w dość wolnym tempie. Oddziałujące na części silnika czynniki powodują zachodzenie kilku różnych, często równolegle pojawiających się zjawisk. Wśród najczęściej zdarzających się mechanizmów zużycia znajdują się m.in. zużycie zmęczeniowe – powierzchniowe i wewnętrzne, prowadzące do zmiany struktury i pojawiania się pęknięć lub rys; zużycie adhezyjne – związane z tworzeniem się silnych połączeń między dwiema stykającymi się powierzchniami i wywołaną tym utratą ciągłości materiału w warstwach głębiej położonych, a w efekcie ukruszanie się i powstawanie wyrw; zużycie ścierne i wiążące się z nim zużycie cieplne, które powoduje rozgrzanie się metalu nie tylko powyżej granicy jego plastyczności, co dawałoby odkształcenia mechaniczne, ale także upłynnienia skutkującego stapianiem się elementów i ich zatarciem.

Zjawiskami, które mają największy wpływ na zużycie podczas normalnej eksploatacji, są zużycie zmęczeniowe i ścierne. O ile w pierwszym przypadku żywotność części silnika zależy głównie od konstrukcji poszczególnych części, materiału, z jakiego zostały wykonane oraz jego ewentualnego przeciążania, o tyle w drugim znaczenie mają przede wszystkim warunki, w których silnik jest użytkowany oraz to, czy jest on właściwie serwisowany. Do najważniejszych czynności obsługowych w przypadku silników spalinowych należy terminowa wymiana oleju. Jest ona konieczna, ponieważ eliminuje powstawanie tzw. suchego tarcia, a zatem sytuacji, w której dwie ruchome powierzchnie metalowe mają ze sobą bezpośrednią styczność. Ponieważ żaden materiał nie jest idealnie gładki, a w dużym powiększeniu przypomina zbiór szczytów o zróżnicowanej wysokości i znajdujących się między nimi obniżeń, to podczas kontaktu poszczególne wierzchołki stykają się ze sobą, stawiając opór oraz ulegając ciągłemu ścieraniu. Wprowadzenie środka smarnego pozwala na wypełnienie przestrzeni wszystkich nierówności, a ponadto tworzy między dwiema płaszczyznami barierę, tzw. film olejowy. Ruch będzie w takiej sytuacji powodował, że pojawi się niemal wyłącznie tarcie mokre, czyli takie, które zachodzi między cząsteczkami cieczy.

Regularna wymiana oleju jest ważna zarówno ze względu na ograniczanie tarcia, jak i na zapewnienie jego właściwych parametrów. W miarę eksploatacji silnika w oleju mogą pojawiać się drobiny ścierającego się metalu, ponieważ nawet przy właściwym poziomie oleju jego rozprowadzenie po powierzchni wszystkich elementów zabiera nieco czasu. Drobinki te działają jak ścierniwo i przyspieszają dalsze uszkadzanie powierzchni, prowadząc do powstawania coraz większej liczby rys. Mogą również zablokować działanie łożysk ślizgowych, czyli panewek wału korbowego. Problemem jest także to, że przepracowany olej zmienia swoją lepkość i nie jest już w stanie z wystarczającą siłą przylegać do metalu. W oleju gromadzą się też cząstki, które wskutek wysokiej temperatury uległy spaleniu, może się w nim znaleźć również pewna ilość paliwa, jeśli proces spalania nie przebiega prawidłowo.

Zużycie elementów silnika obejmuje przede wszystkim powierzchnie i elementy, które się ze sobą stykają. Uszkodzenia wskutek tarcia będą się więc pojawiały na gładziach cylindrów, pierścieniach, zaworach i gniazdach zaworowych oraz korbowodach, wale korbowym, a także panewkach i ich gniazdach. Uszkodzenia wskutek wysokiej temperatury mogą pojawić się właściwie w każdym miejscu, często jest również powodem pękania głowicy lub bloku silnika, tworzenia się wżerów na tłokach czy pękania korbowodów.

Co wiąże się z regeneracją silnika spalinowego?

Silnik, który uległ zużyciu, niezależnie od tego, czy nastąpiło ono w sposób naturalny, czy też było przyspieszone zaniedbaniami eksploatacyjnymi, nie jest w stanie osiągać swej pełnej mocy. Z reguły wiąże się to również z kłopotami z jego eksploatacją – uruchamianiem oraz regularną pracą, a także pociąga za sobą wzrost kosztów. Silnik w złym stanie technicznym zużywa większą ilość paliwa, a także spala olej, co z kolei prowadzi do nadmiernej emisji spalin i ich nieprawidłowego składu. W przypadku pęknięć albo problemów z uszczelnieniami mogą się pojawiać wycieki. Na ogół mocno wyeksploatowana jednostka napędowa generuje znacznie większe wibracje, co wpływa na stan pozostałych podzespołów – w przypadku silników samochodowych może prowadzić do uszkodzenia sprzęgła lub koła dwumasowego, a także skrzyni biegów. Silne drgania oznaczają też duży hałas, na który będą miały też wpływ dźwięki generowane przez niesprawne elementy np. zacierające się łożyska.

Uszkodzony albo bardzo zużyty silnik w większości przypadków może zostać poddany naprawie, która przywróci mu wymagane parametry użytkowe. Regeneracja silnika może objąć różne składające się na niego części, w zależności od ich stanu i potrzeb. Do standardowych zabiegów należy szlifowanie cylindrów, które pozwala na pozbycie się rys z ich wewnętrznej powierzchni, a ze względu na zmniejszenie rozmiarów wymaga wymiany tłoków na odpowiednio większe. Alternatywą jest przeprowadzenie tulejowania, czyli usunięcia i montażu nowych tulei. Umożliwia to wykorzystanie starych tłoków, o ile ich stan techniczny na to pozwala. Zarówno z tulejowaniem, jak i szlifowaniem wiąże się konieczność wykonania precyzyjnego procesu wygładzania powierzchni cylindrów tzw. honowania, a finalnie do wykonania w nich tzw. szlifu krzyżowego, nadającego gładzi właściwą strukturę ułatwiającą rozprowadzanie oleju.

Regeneracja silnika może w razie potrzeby obejmować również inne czynności. Wśród nich może być np. spawanie głowicy lub bloku silnika, połączone z ich frezowaniem. Niezbędne może się okazać napawanie niektórych miejsc, czyli uzupełnianie braków ciekłym metalem, a po jego zastygnięciu odpowiednie frezowanie lub szlifowanie. W ramach regeneracji naprawiane mogą być gniazda wału korbowego, czy sam wał, a także wymieniane panewki i korbowody. Każdy proces regeneracji wiąże się nie tylko z bardzo skrupulatną obróbką metalu i właściwym wygładzaniem powierzchni, ale także z precyzyjnym montażem. Warto pamiętać, że luzy montażowe w przypadku niektórych elementów są znikome, a wymagana precyzja liczona w tysięcznych częściach milimetra. Poza naprawami najważniejszych podzespołów konieczna może się okazać również wymiana części elementów, a nawet ich dorobienie. Może to dotyczyć kół zębatych o nietypowych parametrach czy innych części, które nie są już produkowane.

Opłacalność regeneracji silnika spalinowego

Problemy ze sprawnym działaniem silnika skłaniają do podjęcia decyzji o jego wymianie, regeneracji albo zastąpieniu całego urządzenia zupełnie nowym. Opłacalność wyboru jednej z dostępnych opcji wiąże się z rachunkiem ekonomicznym, ale również dostępnymi alternatywami oraz rodzajem urządzenia, w jakim zamontowany jest silnik. Stosunkowo najprostsza jest zwykle sytuacja, jeśli chodzi o duże silniki przemysłowe np. używane do napędzania generatorów, pojazdów szynowych, jednostek pływających albo skomplikowanych urządzeń np. taśmociągów czy kruszarek. Choć naprawy takich jednostek napędowych będą kosztowne z racji ich rozmiarów i stopnia złożoności, to na ogół nie istnieje tu dobra alternatywa, a koszt zakupu nowego silnika będzie zwykle dwu- czy nawet trzykrotnie większy. Warto też pamiętać, że silniki tego rodzaju nie są dostępne „z magazynu”, co zwykle ma duże znaczenie, ponieważ naprawa może być ukończona znacznie szybciej, niż mógłby zostać dostarczony nowy silnik.

Nieco bardziej skomplikowana jest sytuacja najbardziej popularnych silników spalinowych używanych w samochodach. W takim przypadku kluczową kwestią jest zwykle rodzaj pojazdu, jego przebieg, ogólny stan techniczny, a także jego wartość. W przypadku aut, które są już leciwe, a ich wartość jest niewielka, naprawa może być zupełnie nieopłacalna, ponieważ taniej będzie kupić nowszy samochód – taka sytuacja dotyczy zwykle zdezelowanych aut osobowych. Jeśli jednak samochód jest dobrze utrzymany, inwestycja w jego naprawę może być najlepszym wyjściem. Rzadko kiedy będzie natomiast warto kupować nowy silnik. Tak wysoki wydatek nie ma na ogół uzasadnienia, tym bardziej że koszt naprawy, w zależności od zakresu uszkodzeń może sięgnąć zaledwie od około 30 do 50% wartości zakupu. Trzeba jednocześnie pamiętać, że w zależności od sytuacji przewidywany czas eksploatacji obu silników – regenerowanego i nowego – będzie często bardzo zbliżony. Regeneracja silnika będzie zwykle także jedynym wyjściem w przypadku samochodów, do których nie są już dostępne żadne części zamienne np. aut zabytkowych.

Nie można jednak zapominać, że niektóre silniki – zwłaszcza nowoczesne – są skonstruowane w sposób, który uniemożliwia nie tylko ich regenerację, ale nawet sam demontaż. Regeneracja silników może być także nieopłacalna w przypadku jednostek wykonanych z nietypowych materiałów, np. z blokiem zrobionym wyłączenie z aluminium zabezpieczonego specjalną utwardzającą powłoką. Wiele problemów mogą przysporzyć niektóre rozwiązania konstrukcyjne np. bardzo cienkie ścianki czy kanały chłodziwa poprowadzone tak, że naprawa jest niezwykle trudna. Regeneracja może być także nieopłacalna wówczas, gdy poza zużyciem eksploatacyjnym w silniku doszło do poważnych uszkodzeń, choćby połamania się tłoków i korbowodów czy zniszczeń wskutek kolizji tłoków z zaworami. Opłacalność dokonania ewentualnej naprawy można jednak ocenić dopiero po dokładnej diagnozie zakresu zniszczeń.