A hengerfal, dugattyú, dugattyúgyűrű kopása

Célszerű néhány percet szentelnünk a motor működése közben fellépő jelentősebb kopások részleges áttekintésére.  Teljességre messze nem törekedhetünk, márcsak terjedelmi okok miatt sem. Ennek a területnek igen szerteágazó, könyvtárnyi hozzáférhető szakirodalma van, itt a mindennapokon felmerülő kérdések általunk fontosabbnak gondolt részét igyekeztünk dióhéjban összefoglalni, a gyakorlati szempontokat, a mérési módokat ("mit-mivel-hogyan") előtérbe helyezve. Néhány, hosszmérő műszerekkel kapcsolatos, a témánkkal összefüggésbe hozható kérdést is megemlítünk.  

 

A hengerfurat dugattyúcsapra merőleges, természetes kopását mutatja szemléltető ábránk. 

 

 

 

A hengerfurat legfelső, (1) keskeny kis szakasza alig (gyakorlatilag nem) kopik a használat során. A dugattyúgyűrűk ezt a felületet nem érintik. A furat névleges átmérője itt állapítható meg legbiztosabban. 

Az ezt követő (2) szakasz kopása a legintenzívebb. Ezen belül is a legfelső gyűrű felső holtponti helyzetének megfelelő kis felület a legkopottabb. (Alulról felfelé húzva ujjunkat, körmünket, ez jól érzékelhető, a hengerfal kopottságának mértékéről felületes benyomást kaphatunk, "mekkora válla van a hengernek") 
A motor forgása közben egy nagyon kis időre a dugattyú a felső holtponton megáll (egyenesvonalú mozgása irányt vált), a dugattyúgyűrűk feszítése kipréseli a hengerfalon megtapadó olajat, fém a fémmel érintkezik, a folyadéksúrlódás ezen a ponton átmenetileg megszűnik. Az égéstérhez közeli, magas hőmérséklet egyébként is kedvezőtlen a kenés szempontjából. 

Az ettől lefelé eső (3) középső hengerfal szakasz kopása jóval kedvezőbb, a fent leírt kedvezőtlen hatások itt már nem érvényesülnek. 

A következő (4) felület oda esik, ahol (az alsó holtpontban) ismét irányt vált a dugattyú mozgása, egy pillanatra megáll. Az itt mérhető kopás meghaladja ugyan a 3. szakaszét, de elmarad a felső holtpontnál bekövetkező kopásértékektől. Ezen belül itt a legalsó gyűrű koptató hatása a legintenzívebb. 

Végül az utolsó (legalsó) rész: itt már nem jár dugattyúgyűrű, csekély mértékű a kopás. 

A dugattyúcsap irányában mérhető kopások jellege megegyezik ugyan a fent leírtakkal, a mértéke viszont annál jóval csekélyebb. 

Feltéve, hogy.... 

 

Feltéve, hogy a dugattyú hossztengelye pontosan kilencven fokos szöget zár be a forgattyústengellyel. Másképp fogalmazva: a dugattyú hossztengelye és a hengerfurat nem zár be szöget egymással. A mellékelt ábrán látható állapot általában szerelés után következik be, derékszögelési hibának nevezik. Ilyenkor -a normál esetben elhanyagolható mértékű- dugattyúcsap irányú kopás akár meg is haladhatja az arra merőleges irányú kopást. Ez természetesen rendellenes kopásnak minősül. 

 

Hajtórúd vizsgálata. Ehhez nem feltétlenül szükséges a dugattyút leszerelni. 

Tipikus hengerfal kopást mutat ábránk (a pirossal jelzett kopás persze erősen túlzó). 
A legjobb minőségű, gyakran cserélt légszűrő sem képes tökéletesen kiszűrni a motor által beszívott levegőből a finom szennyeződéseket. A kis részecskék (pl. a kemény kvarchomok) első lépcsőben a hengerfal és a dugattyú közé jutva mintegy csiszolóanyagként működnek, innen az olajba kerülve minden kenéssel ellátott helyre eljutnak. 
Az ebből adódó henger-dugattyú kopás jellegzetessége a hengerfal "hordós alakúra" kopása, a legkopottabb az a hengerfal szakasz, ahol legnagyobb a dugattyú sebessége. 
Az ilyen jellegű kopások teljes kiküszöbölése nem megoldható, ami nagyon nem mindegy: a kopás mértéke. 
A motor karbantartásával a "hordós" kopások jelentősen csökkenthetők. 
Jó minőségű légszűrő használata, gyakori cseréje (főleg kedvezőtlen körülmények közötti üzemeltetésnél), jó minőségű motorolaj használata, megfelelő időközönkénti cseréje olajszűrővel együtt, az üzemanyagszűrő előírásszerinti cseréje (szennyeződés innen is juthat az égéstérbe) az, amit célszerű megtennünk. 
Ha mindez találkozik egy kiemelkedően jó gyártási minőséggel, akkor van esélyünk rá, hogy magas futásteljesítmény után is csupán csekély hengerfal illetve dugattyúpalást kopás jelentkezzen.

Hengerfal kopás mérés a gyakorlatban. Ehhez a feladathoz a szerelők, gépműhelyekben dolgozók gyakran az analóg mérőórákat használják szívesebben. A még megengedett maximális kopás értékére a gyári javítási technológiák adnak útmutatást. Ebben az esetben 0,05 mm a kopás mért értéke.

Egy kiragadott részlet egy korrekt korábbi javítási leírásból. Nem csupán számadatok közlésére szorítkozik, az ábrákon jól követhető a mérés helye és maga az eljárás. (Forrás: Nissan)

Előfordul, hogy a leírtaknál nagyobb méretű, kemény anyag kerül a henger és a dugattyú közé, ilyen lehet pl. a gyújtógyertya egy letört porcelán darabja. Ez igen rövid idő alatt súlyos sérülést, behúzást képes okozni, de ez nem a kopás kategóriába tartozik. 

 

A dugattyúk palástjának kopása - normál esetben - nem számottevő. Száz-százötvenezer kilométert lefutott dugattyúkat kiszerelve a finom megmunkálási nyomok még ott találhatók a dugattyú palástján, ezek jól követhetők a fotón is. Érdemes megfigyelni a dugattyúpaláston látható fekete csíkokat (pirossal jelölve): ezek a - fentebb érintett - szennyeződés okozta kopásnyomok. 
A dugattyúk cseréjére leggyakrabban a gyűrűhornyok kopása, kiverődése miatt kerül sor. 

 

Szemléltető ábránkon balra szabályos alakú, jobbra a kiverődött gyűrűhorony. A megmunkálási nyomok hordóssága a fényképezőgép objektív torzításából adódik. 

Felfelé haladó dugattyúnál a horony alsó oldalához ütődik, szorul a dugattyúgyűrű, lefelé haladó dugattyú esetén fordítva, a horony felső oldalához. Idővel a gyűrűhornyok kiverődnek, oldalaik párhuzamossága megszünik, a hengerfalhoz közel eső részén "kúposra kopnak". A kiverődött hornyokban a dugattyúgyűrűk megvezetése bizonytalanná válik. Ez okozza a gyűrűk szivattyúzó hatását, ami az olajfogyasztás emelkedésével jár. 
A gyűrűk jellegzetes kopása az oldal alján látható. 

(A magasabb olajfogyasztásnak ez csak az egyik, lehetséges oka. Ne feledkezzünk el a gyűrűvégek közötti hézag kopásból eredő növekedéséről, a szelepszár szimeringek sérüléséből, felkeményedéséből adódó többlet olajfogyasztásról, valamint a turbófeltöltők labirinttömítései mellett áttörő olajmennyiségről, vagy a kartergáz visszavezető rendszer (PCV) hibájáról sem. Az itt-ott elcsöpögő, szivárgó olaj mennyisége alapértelmezésben nem tekinthető "olajfogyasztásnak".) 

A dugattyúk esetleges megragadása, beállása nem tartozik a kopás kategóriába. Okai lehetnek (a teljesség igénye nélkül): nem megfelelő anyagfelhasználás, megmunkálási (alak illetve méret) hibák, kenési elégtelenség, hűtési hibák, túlterhelés, üzemanyag ellátási, gyújtásidőzítési hibák. 

A kopások természetesen pontosan mérhetők. 

Nagyon fontos: amennyiben valóban pontos mérést szeretnénk végezni ezen a területen, gyakran század, sőt néha ezredmilliméter pontossággal kell ezt megtenni. Az erre alkalmas műszer megléte ilyen esetben alapkövetelmény, de talán még ennél is fontosabb: a szándékolt mérés tartományában rendelkezésre kell hogy álljon egy precíz, legalább ezredmilliméter pontossággal megadott méretű etalon. Ez egy olyan mérőeszköz amivel a pontos méret bármikor reprodukálható, és referenciaként szolgál. Ez lehet gyűrű, hasáb, henger, stb. 
Személygépkocsi motorok esetén célszerűen ez a nulla és 100 mm. közötti mérettartományt jelenti.

A henger kopottságának megállapításához a furatot több ponton mérni kell, a dugattyúcsap irányában és arra merőlegesen, ennek eszköze a furatmikrométer. A hengerfurat legfelső néhény mm-es szalagja a gyakorlat szempontjából kopásmentesnek tekinthető. Ezt a részt finoman megtisztítva megkapjuk a furat névleges értékét, ezt akár etalonnak is tekinthetjük. 

 

Erre a célra a szervizek számára elérhető (?) legprofesszionálisabb műszer a három ponton mérő, ezredmilliméter osztású furatmikrométer. Ezek állnak a műszerkínálat csúcsán, a legismertebb, magas minőségi igényeket kielégítő gyártók pl. a svájci Tesa, a szintén svájci Etalon, vagy a japán Mitutoyo. Ez utóbbi gyártónak egy "fullextrás" darabja látható a fotón. Mindhárom műszergyártó professzionális felhasználásra szánt típusainak árjegyzéke emlékeztet bennünket: "a jó az drága". 

Ez is egy precíz, három ponton mérő furatmikrométer, csak éppen a mérési tartomány (6,0-8,0 mm) egészen más. A bal oldali részlet - nagyjából - méretarányos a feljebb látható készülékkel összehasonlítva. Erre a műszerre a leolvasás módja miatt érdemes pillantást vetni. A jobb oldali nagyítás mutatja, hogy a pontos méretet három skála egybevetésével tudjuk megállapítani, egy osztás megfelel a megjelölt mm-nek. A fotón szereplő állás pl: 7,305 mm. (Ugyanettől a gyártótól rendelhető még kisebb mérési tartományú, pl. 4,0-4,5 mm-es műszer is, ami szintén "ezredes". Tiszteletre méltó teljesítmény.) 

Ennek a pontosságellenőrző etalon furatának névleges értéke 79,9988 mm, tízezred milliméterben megadott. Ez +20 °C környezeti hőmérsékletre igaz. A műszer (mivel "csak" ezredmillimétert képes mérni) ilyenkor 79,999 millimétert mutat. A hőmérséklet emelkedésével az etalon mérete is megváltozik, 8,5 °C hőmérséklet emelkedés 0,002 mm méret-eltolódást okoz. Ez 40 °C környezeti hőmérséklet esetén kb. 0,005 mm-t tesz ki, ami esetleg jelentéktelennek tűnhet. 
30 éve, amikor a henger-dugattyú közötti általános illesztési hézag - mai szemmel - még nagy volt, ez kevesebbet számított. Mára azonban az illesztési hézagok drasztikusan lecsökkentek. Ha pl. a hengerfúrást rekkenő hőségben végzik, és a hőtágulással nem számolnak, ez az (amúgy is kis) illesztési hézag csökkenésével jár. 
A korszerű motorok igen kis tűrésmezői indokolják az ilyen precíz műszerek létjogosultságát a javítóiparban. 

 

Az etalon kiválasztásánál nem árt az óvatosság. Az előre helyezett darab pontosan 10,003 mm belső átmérőjű, "jó házból való". Ne vegyük komolyan azokat a "noname" példányokat, ahol a pontos méret, gyártó nincs feltüntetve. Egy ilyen, mindössze "5 mm" információt hordozó gagyi "etalont" precíz műszerrel mérve kiderült, hogy belső átmérője 5,019 mm, tehát a feltüntetett értéknél közel 2 századmilliméterrel (!!) nagyobb.  

 

Ennek ellenére a mindennapok furatmérő műszere (szerviz szinten!) azért inkább a hárompontos, de csak századmillimétert mérő, digitális kijelzés (és egyéb huncutságok) nélküli mérőeszköz, méginkább a kétpontos, szintén századmillimétert "tudó" furatmikrométer, képünkön. Ennek az ára csak töredéke a "király-kategóriás" műszereknek. 

A gyakran - helytelenül - "furatmikró"-ként említett tapintókaros mérőórák általánosan használatosak a szakmában a kopás mértékének megállapítására. 

 

Három, különböző mértettartományhoz illeszkedő, ilyen műszert mutat a fotónk. Ez a három műszer közel lefedi a személygépkocsi motorok szokásos mérési feladataihoz szükséges tartományt. A mérőórákat igény szerint rendelhetjük hozzá az alapműszerekhez. 

A konkrét méret kijelzésére - alapesetben - nem alkalmasak, (arra a célra ott vannak az említett furatmikrók) viszont a névleges értéktől való eltérés század, sőt - kiviteltől függően - akár ezredmilliméter pontossággal kimutatható. Az analóg mérőórával történő mérést az ábra mutatja. 

A mérőórák hozzáférhetők digitális kijelzéssel is. A már említett élvonalbeli gyártók mellett célszerű szétnézni a német Mahr kínálatában is. 

Az igényesebb kivitelű ilyen műszerek számos szolgáltatást nyújtanak, itt már akár a konkrét méret megjelenítése is lehetséges. Feltéve, hogy rendelkezésre áll a vizsgálandó hengerfurat átmérőjéhez közel eső belső átmérőjű, legalább ezred (vagy tízezred) milliméteres pontossággal megadott méretű, gondosan kezelt etalon. (A satupadon hánykolódó, vagy annak valamelyik fiókjából kihalászott, kalapáccsal, vágóval, feszítővassal már találkozott belső felületű etalont nyugodt szívvel ki lehet dobni, vagy csupán nehezéknek használni, pontos beállításra többé nem alkalmas.) 

Kicsi. Könnyű. Menűből kiválasztható mérési módok. Nagyon pontos. Ezredmillimétert is képes mérni. 
Mi kellhet még? 
Műhelyszinten több, mint elég. 

Mint említettük, ha csak a kopás mértékének a megállapítása a feladat, akkor nincs szükség a furat átmérőjének pontos ismeretére. 

Ennek a mérési módszernek az előnye, hogy - alkalmas eszközzel - a gyakorlatban előforduló bármilyen méretű hengerfurat vizsgálható, tetszőleges mélységig. 

A "tényleg furatmikrométerek" egyik gyenge pontja, hogy a hengerfurat mélyebben felvő pontjait vizsgálni szerkezeti felépítésükből adódóan meglehetősen körülményes, (vagy lehetetlen), valamint az egy készülékkel vizsgálható furatátmérő tartomány korlátozott. Az minden említett mérőműszerre igaz, hogy a szakszerű méréshez némi gyakorlat szükségeltetik. Még a rutinos szakik is "elmérnek" néha, márpedig ennek -  amikor az ezredmillimétereknek is számítanak - akár kellemetlen anyagi vonzattal járó következményei is lehetnek. 

A dugattyú méretellenőrzése A motor mechanikus vizsgálata I. oldalon leírtak szerint történik, az általánosabban ismert mikrométerrel. 

Az ezredmilliméterek megjelenítésére alkalmas mikrométerek (fent) általában egyéb, hasznos szolgáltatással is elkényeztetik a felhasználót. Leggyakrabban talán egy előre beállított értéktől való eltérés nagypontosságú kijelzésére szolgáló funkciót használjuk. A mikrométerek méréstartománya gyakran 25 mm-t fog át, a fotón a legkisebbeket látjuk. 

A legpontosabb mikrométerek használatához szükség van egészen pontos etalonra. Itt ez 50 mm, ezredmilliméteres pontossággal. 

A dugattyúgyűrűk, ha megkopnak, akkor végeik között az illesztési hézag közismerten megnövekszik. Ez egyszerű méréssel, hézagmérővel kimutatható. (Az illesztési hézag megnövekedéséban szerepet játszik a hengerfal kopása is. Egy kopott - ráadásul szabálytalan alakúra kopott! - falú hengerhez tartozó dugattyúra új gyűrűket szakszerűen illeszteni nem lehet. Ha a henger kevésbé kopott részéhez illesztenénk, a nagyobb átmérőnél nagy lesz a gyűrűhézag, átfújások lesznek. Ha a kopottabb hengerfelülethez illesztenénk a gyűrűhézagot, a szűkebb átmérőnél esélyünk lenne gyűrűtörésre.) 

A dugattyúgyűrűk másik, jellegzetes kopása figyelhető meg a fotón. A dugattyúgyűrűk, és a dugattyú gyűrűhornyok - mint leírtuk - egymást koptatják, ennek nyomait láthatjuk. A dugattyú (főleg) felső gyűrűhornyának kiverődése jelentős élettartam-kockázatot jelent. 

Ezredesek. Pontosan mérni nem csupán méregdrága eszközökkel lehet. A bal oldali, Links márkanevű kínai műszerből nem spórolták ki az anyagot, "súlyos egyéniség" ugyan, de évek óta teszi a dolgát, egészen megfizethető árért. A középen trónoló svájci TESA nem egy olcsó darab, viszont az anno NDK-ban gyártott, 0,002 mm osztású, a mai napig hibátlanul működő műszer újkorában sem volt drága, ma már szinte aprópénzért hozzáférhető akár egy megkímélt példány is.

Hogy is van ez? oldalainkon megtekinthetik, milyen mértékben kopik 206 ezer km lefutása után egy tisztességesen megépített motor. Egy másik oldalon hasonló vizsgálat meglepő eredményeit láthatják 303 ezer km megtétele után. 

Írásunk megjelent az Autótechnika 2010 augusztusi számában. 

A megjelenés óta bővítettük a cikket. 

Témánkat érintő kis érdekesség. 

Az Auto Bild - örvendetes módon - minden számában több oldalt is szentel egy-egy 100,000 km-t lefutott autó teljes szétszerelés utáni vizsgálatának. Ez üde színfolt, ilyet kevés helyen lehet találni. 

Ennek során ízekre szedik a motort is, ahogy azt mi is gyakran megtesszük. Mi többszáz mérést is elvégzünk egy-egy motoron. (Néhány ilyen méréssorozatot oldalunkon közzé is tettünk.) 
Az autó egészét vizsgálják, nem csak a motort, a részletes mérési eredmények közzététele nyilvánvalóan - már csak terjedelmi okokból is - meghaladja egy autós folyóirat kereteit, ráadásul az újság célközönségét az ilyen mélységű adathalmaz nem feltétlenül boldogítaná. 
Az újság novemberi számában sorrakerülő Renault Mégane 1,6 16V motorja példás kopásértékeket produkált. 

Az eredeti fotónak csak egy nagyon kis töredékét mutatjuk, csupán annyit, ami "értetlenségünk megértéséhez" kell. Aláírása: Jó állapotban: nem koptak mérhetően a Renault hengerperselyei és dugattyúi. 

A képen jól kivehetően egy kitűnő Mitutoyo, ezredmilliméter kijelzésére is alkalmas műszerrel történt a mérés, a kopás mértéke pedig: 0,000 mm. 

A tartós teszteket követő vizsgálatok, minősítések leírásakor az újság rendszeresen hivatkozik a DEKRA Technology Center-re, vélhetően a motor szétszerelés utáni vizsgálata is ott történt. 
(DEKRA: Deutscher Kraftfahrzeug-Überwachungsverein e. V., 1925-ben alapították.) 
Félreértés ne essék: a DEKRA portásainak a száma is (nagyon) sokszorosa a mi szerény teljes létszámunknak, minden ott van, "pénz, paripa, fegyver" (tudás, tapasztalat persze elsősorban). Méréseik tárgyilagosságához kétség nem férhet, a felhasznált műszernél pedig pontosabb (erre a célra) nemigen akad. El kell fogadjuk: ez a kopás egész biztosan ennyi. Azaz: 0,000 mm. Vagyis: mérési határon belül semmi, semmi, semmi. 

Elfogadjuk, de nem nagyon értjük. Lehet ennyire szép a menyasszony? 
Egy "szűz", gyári új hengerfurat ezred milliméteres pontossággal történő mérése is rejt némi bizonytalanságot. Az elérhető legpontosabb, három ponton mérő Tesa, Mitutoyo, Mahr, Etalon, vagy bármilyen más analóg vagy digitális kijelzésű műszerrel többször is mérve a furat ugyanannak a pontjának a méretét, gyakran előfordul, hogy egy-egy ezredmilliméter eltérésű értékeket kapunk, ami szinte elhanyagolható ugyan, de mégiscsak különbség. 
Ez a mégoly pontos műszerek mérési hibájából, a műszer nem mindíg tökéletes hengerfalra felfekvéséből adódik. 
(A mérési hibákat ezúttal ne említsük.) 

Az Auto Bild képén is látható, cikkünkben ismertetett tapintókaros műszerekkel az ezredmilliméteres pontosságú mérés még problematikusabb. Nagy gyakorlat kell ahhoz, hogy a műszer le-fel mozgatása közben ezredmilliméteres pontossággal tudjunk mérni. Maga a mérőóra pontossága kritikán felül lehet ugyan, de az átmérő változását a mérőóra közvetett módon érzékeli, és ez - tapasztalataink szerint - a legjobb típusoknál is belevihet egy kis bizonytalanságot a mérésbe. Nem sokat ugyan, (sőt: nagyon keveset, egy-egy ezredmillimétert) 

Sajnos, még a három ponton mérő furatmikrométernek is vannak gyenge pontjai. 

Képünk a Mitutoyo 75 és 88 mm közötti méréstartományban alkalmazható ilyen műszerének hengerfallal érintkező részét mutatja. (A szgk. motorok hengerfuratának meghatározó része erre a tartományra esik.) 
A műszer 18 mm hosszon fekszik fel a hengerfalra. Ez a biztos érintkezés szempontjából előnyös lehet ugyan, de ebben az alkalmazásban nem túl szerencsés. Cikkünk elején említettük, hogy a dugattyúgyűrűk felső holtponti helyzetében a hengerfalkopás intenzív. Ezzel a műszerrel ez pl. a hosszú felfekvő felület miatt pontosan nem követhető. 

Csupán érzékeltetni szerettük volna: az ezredmilliméter pontosságú mérés nem egyszerű kérdés. 

Ezután térjünk vissza az idézett cikkben szereplő Renault motor százezer kilométer alatt bekövetkezett kopására. 

Az eredmény: 0,000 mm kopás. 

Mint jeleztük: kétségünk sem lehet a mérések pontosságát, szakszerűségét illetően. 

Meglehet, szőrszálhasogatásnak tűnik, de sok tucat motor szétszerelése, hasonló - vagy éppen ugyanolyan - eszközzel való méricskélése után sem értjük: miért ennyi az annyi? Már az egy századmilliméteres kopás sem lenne rossz érték. De hogy egy ezredmilliméteres kopást sem találtak a négy henger egyikében sem, ez több, mint meglepő. Ráadásul, a gyártás során is van tűrésmező, bármilyen szűk is: a vadonatúj motorok tényleges furatátmérője sem feltétlenül tökéletesen egyforma a hengerfurat teljes hosszában. Ez nem is lehet cél, főleg nem egy tömeggyártású alsó középkategóriás autónál. 

Ilyen esettel ezidáig még nem találkoztunk. 

 

A cikk folytatódik, lapozzon!