Jednym z najbardziej obciążonych elementów silnika spalinowego jest połączenie głowicy z blokiem, w którym musi zostać zachowana pełna szczelność w skrajnie trudnych warunkach pracy. To właśnie w tym obszarze uszczelka pod głowicą odpowiada za szczelne oddzielenie trzech kluczowych stref jednostki napędowej:

• komór spalania,
• kanałów olejowych,
• układu chłodzenia.

Podczas eksploatacji element ten musi przenosić ciśnienia spalania sięgające kilkudziesięciu barów, a lokalnie nawet powyżej 100 barów, a także pracować w temperaturach znacznie przekraczających 100°C. W nowoczesnych silnikach, szczególnie jednostkach downsizingowych z turbodoładowaniem i z wysokim stopniem sprężania, obciążenia mechaniczne oraz cieplne działające na uszczelkę są jeszcze wyższe.

Dodatkowym czynnikiem obciążającym są coraz częściej spotykane konstrukcje łączące żeliwny blok silnika z aluminiową głowicą cylindrów. Różnice we współczynnikach rozszerzalności cieplnej obu materiałów powodują cykliczne zmiany siły docisku – co przekłada się na zmęczeniowe obciążenia uszczelki.

Współczesne uszczelki pod głowicę wykonywane są najczęściej jako wielowarstwowe uszczelki metalowe MLS (Multi-Layer Steel) lub klasyczne uszczelki kompozytowe. Teoretycznie producenci przewidują ich trwałość na cały okres eksploatacji silnika, jednak rzeczywiste warunki użytkowania, błędy serwisowe oraz zaniedbania eksploatacyjne bardzo często weryfikują te założenia.

Starzenie materiału i zmęczenie cieplne

Jednym z kluczowych, a jednocześnie często niedocenianych czynników uszkodzenia uszczelki pod głowicą jest naturalne starzenie materiału oraz postępujące zmęczenie cieplne. Każdy cykl nagrzewania i chłodzenia silnika prowadzi do mikroskopijnych zmian w strukturze materiału, z którego wykonana jest uszczelka.

Z czasem traci ona elastyczność, a jej zdolność do kompensowania mikro przemieszczeń głowicy względem bloku silnika ulega znacznemu ograniczeniu. W praktyce warsztatowej starsze pojazdy często trafiają na podnośnik z pozornie niegroźnymi objawami, takimi jak:

• powolny ubytek płynu chłodzącego,
• sporadyczne wzrosty temperatury pracy silnika
• czy niewielkie nadciśnienie w układzie chłodzenia.

Brak wyraźnych wycieków zewnętrznych powoduje, że problem bywa bagatelizowany zarówno przez użytkownika pojazdu, jak i mechanika, aż do momentu wystąpienia pełnoobjawowej awarii uszczelki pod głowicą.

Przegrzanie silnika: bezpośrednia przyczyna uszkodzenia uszczelki

Przegrzanie silnika pozostaje najczęstszym czynnikiem inicjującym bezpośrednie uszkodzenie uszczelki pod głowicą. Nadmierna temperatura prowadzi do odkształceń głowicy cylindrów, a w skrajnych przypadkach również do lokalnych deformacji powierzchni bloku silnika.

Nawet krótkotrwałe przekroczenie dopuszczalnej temperatury roboczej może spowodować utratę szczelności na styku głowica–uszczelka–blok, szczególnie w rejonach kanałów wodnych oraz między cylindrami. Z punktu widzenia warsztatu istotne jest, że im starsza uszczelka oraz im większy przebieg pojazdu, tym mniejszy margines bezpieczeństwa całego połączenia.

Silnik o niskim przebiegu może w niektórych przypadkach przetrwać jednorazowe, umiarkowane przegrzanie bez trwałych konsekwencji, natomiast w jednostce wyeksploatowanej analogiczna sytuacja bardzo często prowadzi do trwałej utraty szczelności.

Układ chłodzenia – kluczowy obszar diagnostyki

Stan układu chłodzenia ma bezpośredni wpływ na trwałość uszczelki pod głowicą. Zaniedbania w zakresie okresowej wymiany płynu chłodzącego prowadzą do utraty właściwości antykorozyjnych, powstawania osadów oraz pogorszenia efektywności odprowadzania ciepła.

W konsekwencji dochodzi do podwyższenia temperatury pracy silnika oraz nierównomiernego rozkładu temperatur w obrębie głowicy cylindrów, co sprzyja powstawaniu naprężeń i utracie szczelności. W praktyce serwisowej warto zwracać szczególną uwagę na:

• rzeczywistą temperaturę pracy silnika (nie tylko wskazania czujnika lub wskaźnika na desce rozdzielczej),
• drożność chłodnicy i nagrzewnicy,
• poprawność działania termostatu,
• stan pompy cieczy chłodzącej,
• sprawność korka zbiornika wyrównawczego i zdolność układu do utrzymania właściwego ciśnienia.

Niesprawności tych elementów bardzo często poprzedzają uszkodzenie uszczelki pod głowicą, choć przez kierowców rzadko są z nią bezpośrednio kojarzone.

Detonacja i nieprawidłowe warunki spalania

Spalanie detonacyjne stanowi mniej powszechną, lecz wyjątkowo destrukcyjną przyczynę uszkodzeń uszczelki pod głowicą. Gwałtowne i niekontrolowane skoki ciśnienia oraz temperatury w komorze spalania prowadzą do przeciążeń termomechanicznych, które mogą skutkować uszkodzeniem pierścieni ogniowych uszczelki, a w skrajnych przypadkach nawet lokalnymi wypaleniami jej materiału.

Zjawisko to najczęściej występuje w silnikach poddanych nieprawidłowemu tuningowi lub przy błędach w sterowaniu zapłonem i dawkowaniem paliwa. W jednostkach seryjnych nowoczesne systemy kontroli spalania, takie jak czujniki spalania stukowego i adaptacyjne mapy zapłonu, skutecznie ograniczają ryzyko detonacji.

Jednak ingerencje w oprogramowanie sterownika silnika bez odpowiedniego zaplecza pomiarowego (hamownia, logi parametrów pracy) znacząco zwiększają zagrożenie. Podobne skutki może powodować nieprawidłowo skalibrowana instalacja LPG, zwłaszcza przy zbyt ubogiej mieszance lub nieodpowiednim kącie wyprzedzenia zapłonu.

W przeciwieństwie do przegrzania detonacja prowadzi zwykle do punktowych uszkodzeń uszczelki, najczęściej w obrębie jednego cylindra, co bywa trudniejsze do wykrycia na wczesnym etapie. W diagnostyce komputerowej często obserwuje się wówczas cofanie kąta zapłonu, podwyższone korekty adaptacyjne lub zapisane błędy spalania stukowego, nawet przy braku wyraźnych objawów zgłaszanych przez kierowcę.

Objawy uszkodzenia uszczelki pod głowicą

Rozpoznanie uszkodzenia uszczelki pod głowicą wymaga analizy wielu symptomów, które w początkowej fazie mogą być mylone z innymi usterkami silnika lub układu chłodzenia. Dopiero ich współwystępowanie oraz obserwacja zmian w czasie pozwalają na postawienie trafnej diagnozy.

Do najczęściej spotykanych objawów należą:

• Biały dym z układu wydechowego – intensywny, mlecznobiały dym, szczególnie widoczny po uruchomieniu silnika, wskazuje na przedostawanie się płynu chłodzącego do komór spalania. W przeciwieństwie do pary wodnej objaw ten nie zanika po rozgrzaniu jednostki. 
• Emulsja pod korkiem oleju – jasnobrązowa substancja o konsystencji majonezu świadczy o zmieszaniu oleju silnikowego z płynem chłodzącym. Należy jednak pamiętać, że w okresie zimowym podobny osad może pojawiać się w pojazdach eksploatowanych na krótkich dystansach, bez faktycznego uszkodzenia uszczelki.
• Tłuste plamy w płynie chłodzącym – obecność oleju w zbiorniku wyrównawczym lub na powierzchni płynu to jednoznaczny sygnał rozszczelnienia między obiegiem olejowym a układem chłodzenia.
• Bulgotanie w zbiorniku wyrównawczym – przedostawanie się spalin do układu chłodzenia objawia się charakterystycznym bulgotaniem, szybkim wzrostem ciśnienia oraz twardnieniem przewodów chłodnicy nawet przy umiarkowanej temperaturze pracy silnika.
• Systematyczny ubytek płynu chłodzącego – przy braku widocznych wycieków zewnętrznych może wskazywać na przedostawanie się płynu do komór spalania przez mikrouszkodzenia uszczelki pod głowicą.
• Nierówna praca silnika – szczególnie na biegu jałowym, często połączona ze spadkiem mocy, okresowym wypadaniem zapłonów oraz tendencją do przegrzewania się jednostki napędowej.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Silnik i układ napędowy

Silniki TFSI – co trzeba o nich wiedzieć?

W 2006 r. koncern Volkswagena zaprezentował silnik o zapłonie iskrowym 1.8 TFSI, który był jednostką nowej generacji o oznaczeniu EA888.

Oleje i smary

Oleje do reduktorów w samochodach elektrycznych – specyfika serwisu i wymiany

W samochodach elektrycznych nie znajdziemy wielostopniowych skrzyń biegów znanych z pojazdów spalinowych. Nie oznacza to jednak, że temat smarowania elementów mechanicznych można pominąć.

Test CO₂ jako profesjonalna diagnostyka uszkodzenia

Test obecności dwutlenku węgla w zbiorniku wyrównawczym pozostaje jednym z podstawowych narzędzi diagnostycznych, jednak w praktyce warsztatowej warto traktować go jako element szerszego, wieloetapowego procesu diagnostycznego. Sam test polega na wykryciu obecności CO₂ w układzie chłodzenia.

W przypadku uszkodzonej uszczelki pod głowicą lub pęknięcia głowicy spaliny zawierające dwutlenek węgla przedostają się do płynu chłodzącego, powodując zmianę barwy odczynnika testowego. Istotnym sygnałem ostrzegawczym jest również nieuzasadniony wzrost ciśnienia w układzie chłodzenia bez jednoczesnego wzrostu temperatury silnika, co często wskazuje na obecność gazów spalinowych w obiegu płynu.

Uzupełnieniem testu CO₂ powinny być:

• analiza ciśnienia w układzie chłodzenia, 
• test szczelności cylindrów,
• obserwacja parametrów pracy silnika pod obciążeniem.

Połączenie tych metod pozwala wykryć także wczesne stadia uszkodzenia uszczelki, zanim dojdzie do awarii silnika.

Wymiana uszczelki pod głowicą – krytyczne aspekty technologiczne

Wymiana uszczelki pod głowicą cylindrów należy do najbardziej wymagających operacji mechanicznych w silniku spalinowym. Kluczowe znaczenie ma nie tylko sam demontaż i montaż nowej uszczelki, ale również szereg czynności przygotowawczych, które bezpośrednio wpływają na trwałość naprawy.

1. Kontrola i obróbka głowicy cylindrów

Przed montażem nowej uszczelki konieczne jest sprawdzenie, a także – w razie potrzeby – planowanie głowicy cylindrów, czyli wyrównanie powierzchni jej przylegania do idealnie płaskiej płaszczyzny. Nawet niewielkie odkształcenia termiczne (przekraczające 0,05–0,10 mm) mogą uniemożliwić prawidłowe uszczelnienie połączenia. Obróbka głowicy wymaga zastosowania precyzyjnych urządzeń oraz doświadczenia operatora.

2. Sprawdzenie powierzchni bloku silnika

Równie istotna jest kontrola powierzchni bloku silnika. Lokalne deformacje lub nadpalenia powierzchni przylegania są szczególnie niebezpieczne w konstrukcjach łączących aluminiową głowicę z żeliwnym blokiem, gdzie różnice rozszerzalności cieplnej dodatkowo obciążają uszczelkę.

3. Dobór właściwej uszczelki pod głowicę

W silnikach, w których wykonano planowanie głowicy, konieczne może być zastosowanie uszczelki o zwiększonej grubości, kompensującej ubytek materiału. Producenci uszczelnień oferują uszczelki w kilku wariantach grubości, co pozwala na prawidłowe dobranie komponentu do zakresu przeprowadzonej obróbki.

4. Śruby głowicy typu TTY (Torque-To-Yield)

W nowoczesnych silnikach, szczególnie wyposażonych w aluminiowe głowice, powszechnie stosuje się śruby głowicy typu TTY. Są one projektowane jako elementy jednorazowego użytku i podczas dokręcania ulegają trwałemu odkształceniu plastycznemu. Ponowne użycie śrub TTY znacząco zwiększa ryzyko nieszczelności połączenia lub zerwania śruby w trakcie pracy silnika.

Sekwencja i momenty dokręcania śrub głowicy

Większość nowoczesnych silników wymaga dokręcania śrub głowicy metodą łączoną, zgodnie ze ściśle określoną sekwencją i wartościami podanymi przez producenta. Procedura ta najczęściej obejmuje:
Etap 1: wstępne dokręcenie niskim momentem obrotowym (np. 20–30 Nm), w zakresie sprężystości materiału, celem wstępnego osadzenia głowicy.
Etap 2: dokręcanie o określony kąt obrotu (np. 90°, niekiedy wykonywane wieloetapowo), powodujące kontrolowane odkształcenie plastyczne śruby typu TTY. Konieczne jest stosowanie kalibrowanego klucza dynamometrycznego oraz zachowanie właściwej kolejności dokręcania, zazwyczaj od śrub centralnych ku zewnętrznym. Użycie narzędzi pneumatycznych jest niewskazane ze względu na brak wymaganej precyzji oraz ryzyko uszkodzenia gwintów w bloku silnika.

Eksploatacja a trwałość naprawy uszczelki pod głowicą

Styl jazdy użytkownika ma realny wpływ na trwałość zarówno fabrycznej, jak i nowo zamontowanej uszczelki pod głowicą. Agresywna eksploatacja zimnego silnika prowadzi do nierównomiernych rozszerzeń cieplnych elementów jednostki napędowej i generuje dodatkowe naprężenia w obszarze połączenia głowicy z blokiem, co znacząco skraca żywotność uszczelnienia.

W silnikach wysokoprężnych uszkodzenia uszczelki częściej wynikają z bardzo wysokich ciśnień spalania, natomiast w jednostkach benzynowych dominującą rolę odgrywają przegrzania, jak również spalanie detonacyjne. Podstawowe zalecenia eksploatacyjne obejmują:

• unikanie wysokich obrotów silnika do momentu osiągnięcia temperatury roboczej,
• regularną wymianę płynu chłodzącego zgodnie z zaleceniami producenta (zwykle co 2–3 lata),
• okresową kontrolę stanu układu chłodzenia, w szczególności termostatu, pompy cieczy oraz chłodnicy,
• bezwzględne unikanie przegrzewania – natychmiastowe zatrzymanie pojazdu w przypadku gwałtownego wzrostu temperatury, stosowanie oleju silnikowego i płynu chłodzącego o parametrach oraz specyfikacjach dopuszczonych przez producenta.

Edukacja klienta w zakresie prawidłowej eksploatacji pojazdu pozostaje jednym z najprostszych, a jednocześnie najskuteczniejszych elementów profilaktyki i realnie wpływa na trwałość wykonanej naprawy. Uszkodzenie uszczelki pod głowicą niemal nigdy nie jest zdarzeniem losowym.  W zdecydowanej większości przypadków stanowi efekt długotrwałego przegrzewania silnika, starzenia materiału lub zaniedbań serwisowych.

Dla warsztatu kluczowe znaczenie mają:

• wczesna diagnostyka,
• prawidłowa identyfikacja przyczyny usterki
• oraz rygorystyczne przestrzeganie technologii naprawy.

Tylko takie kompleksowe podejście pozwala ograniczyć ryzyko uszkodzeń wtórnych, zapewnić trwałość wykonanej naprawy i jednocześnie zminimalizować ryzyko reklamacji ze strony klienta.

Źródło: Materiały redakcyjne