Dugattyúgyűrűk: Típusok, Funkciók és Csere Belső Égésű Motorokban
A dugattyúgyűrű a belső égésű motor egyik meghatározó alkatrésze. Általános vélemény hazánkban, hogy elsősorban ennek az alkatrésznek a minősége miatt lesz egy felújítás tartós vagy éppen rövid életű. Mi is azon a véleményen vagyunk, hogy a dugattyúgyűrű minősége döntően meghatározza a belső égésű motor futásteljesítményét, de nem a dugattyúgyűrű kiváló minősége az egyetlen oka egy motor hosszú élettartamának. Ennek megértéséhez ismerni kell az alkatrészeket és szerepüket a motorban, hiszen az élettartamot sok más tényező is befolyásolja. Szerintünk legfontosabb a harmónia a beépített alkatrészek minőségében és a pontos megmunkálás. Ezért a dugattyúgyűrűk fontosságát nem emelnénk túlságosan a többi alkatrész fölé, de mivel sokan kiemelik a dugattyúgyűrűt, kezdjük az áttekintést a dugattyúgyűrűvel.
Ha jól megvizsgáljuk a dugattyúgyűrűkről a szóbeszéd útján terjedő véleményeket, azt láthatjuk, hogy ezek között nagy az eltérés. Sok esetben csupán egy-két olyan javítás tapasztalatára épülnek, melyek egyedi esetek, és egyáltalán nem voltak azonosak a körülmények. Sajnos az ilyen „pletykákat” sokan gondolkodás nélkül elhiszik, és ezek nagyon könnyen elterjednek anélkül, hogy valaki is ellenőrizné, hogy tényszerűek-e.
Például a GOETZE márkájú gyűrűkről már régóta két „hiedelem” kering. A szocialista időkben hazánkban az AUTÓKER hálózatában volt kapható ez a márka. Ebben az időben a GOETZE cég gyártott egy speciális kivitelű dugattyúgyűrű-garnitúrát kifejezetten gyűrűzéshez. Ha ezzel a típusú gyűrűvel gyűrűztek meg egy motort, még viszonylag nagy hengerkopásnál is tartósan megszűnt az olajfogyasztás. Sajnos ennek az lett az eredménye, hogy idővel rendkívül nagy mértékben elkopott a henger. Előfordult, hogy ez a kopás olyan nagy volt, hogy a henger mérete már a legutolsó túl méreten is túl volt. Voltak, akik szerették ezt a kialakítású dugattyúgyűrűt, mert megszüntette az olajfogyasztást, de voltak olyanok is, akik nem használták a később jelentkező extra méretű hengerkopás miatt. Végül a GOETZE felhagyott a gyártásával, és azóta csak az autógyártók előírásainak megfelelő kialakítású dugattyúgyűrűket gyárt. Mégis vannak, akik a mai napig azért veszik meg a GOETZE dugattyúgyűrűt, mert biztosan megszünteti az olajfogyasztást, és vannak akik azért nem használják, mert úgy gondolják, hogy túl kemény és hamar elkoptatja a henger falát. Pedig a ma kapható GOETZE gyűrűknek köze sincs a régi gyűrűzéshez szánt kivitelhez, és ez a történet már több mint 20 éve volt.
A dugattyúgyűrűk funkciói
A dugattyúgyűrű a belső égésű motorban több funkciót tölt be. Megtartja a kompressziót a dugattyú felett, és ezzel elválasztja az égésteret az olajtértől, vagyis tömít. Így megakadályozza az olaj idő előtti elhasználódását és a nagy kartergáz miatt fellépő hibákat. Nagyon fontos szerep jut még neki a dugattyú hűtésében is. A nagyon magas hőmérsékletű égéstérrel közvetlenül érintkező dugattyútetőn keresztül az egész dugattyú felforrósodik. Mivel a dugattyú és a henger fala közt illesztési hézag van, így nem érintkeznek közvetlenül egymással. Egyedül a dugattyúgyűrűn keresztül van közvetlen kapcsolat a dugattyú és a hengerfal, továbbá a hűtővíz között. Így biztosítja a dugattyúgyűrű a hő áramlását az égéstér felől a hűtővíz felé. További feladata a dugattyúgyűrűnek, hogy kialakításuk révén a henger kenését biztosító olajfilm réteget kialakítsák és szabályozzák. A henger falára jutó túl sok olaj olajfogyasztást okoz, míg a túl kevés gyors hengerkopást eredményez. Mindezeket a feladatokat a dugattyúgyűrűnek a motor működése közben egyszerre kell elvégeznie. Ez csak úgy lehetséges, ha a beépítés során az adott motortípusnak megfelelő kialakítású dugattyúgyűrűt szerelünk be, és betartjuk az ide vonatkozó beépítési utasításokat.
Dugattyúgyűrű-típusok motortípusonként
A 2-ütemű belső égésű motoroknál csak kompressziógyűrűket alkalmaznak a dugattyún, mivel a motor belsejének a kenése nem a karterből történik. A keverékképzős vagy olajbefecskendezős kenés nem igényli a henger falára jutó olajfilm szabályzását, ezért a 2-ütemű motorok gyűrűrendszere viszonylag egyszerű. Ebben az esetben a dugattyúgyűrű kialakításában két másik szempont érvényesül. A henger falán lévő ablakok miatt a dugattyúgyűrűt biztosítani kell az elfordulás ellen. Ehhez vagy a dugattyúgyűrű-horony aljába vagy az oldalába fúrt stiftet használnak. Ezeken az ablakokon keresztül kell siklani a dugattyúgyűrűnek, ami annál nagyobb mechanikai terhelést ró a dugattyúgyűrűre, minél szélesebb az ablak. Könnyen előfordulhat itt a gyűrűtörés. Ezért szélesebb ablakok esetén a dugattyúgyűrű anyagminőségének javításával el tudják kerülni ezeket az eseteket. A dugattyúgyűrű kialakítása lehet normál téglalap vagy „L” szelvényű. Nagyobb teljesítményű motorkerékpárokon a felső gyűrűnél alkalmaznak trapéz keresztmetszetű gyűrűket is.
A 4-ütemű motoroknál ennél jóval összetettebb dugattyúgyűrűket alkalmaznak, mert a feladat is összetettebb. Ezeket a gyűrűket három fő típusra lehet osztani.
A 4-ütemű motorok dugattyúgyűrűinek részletesebb bemutatása
Kompressziógyűrű: Mint azt a neve is mutatja, elsősorban a kompressziót biztosítja, de az olajlehúzó gyűrű fölé jutó kevéske olaj lehúzását is elvégzi. Mivel ez a dugattyúgyűrű van a legközelebb az égéstérhez, neki kell a legnagyobb terhelést elviselni, ezért a folyamatosan növekvő teljesítmény miatt újabb és újabb speciális anyagminőségű dugattyúgyűrűt fejlesztenek ki. A dugattyúgyűrű ellenálló képességének fokozására különféle felületkezelési eljárásokat alkalmaznak. Kialakítására néhány példa. A trapéz keresztmetszetű kialakítás megelőzi a kompressziógyűrűk beragadását a gyűrűhoronyba.
Olajlehúzó gyűrű: Szerepe egyrészt szintén a tömítés, de a kialakítása révén eltávolítja az olajáteresztő gyűrű fölé jutó felesleges olajmennyiséget. Ezen a gyűrűn is alkalmaznak felületkezelést, de sokkal kevesebb fajta bevonatot használnak. Kialakítására néhány példa.
Olajáteresztő gyűrű: Az olajáteresztő gyűrű a henger falára jutó olaj mennyiségét szabályozza. Ez a gyűrű felel a henger falán kialakuló stabil olajfilmért. A speciális kialakítás miatt a futófelületek nagyon keskenyek, ezért itt is többféle felületkezelést alkalmaznak. Kialakítására néhány példa.
Bevonatok és felületkezelések
A dugattyúgyűrűk bevonatai és felületkezelései a kopással szembeni ellenállást fokozzák. Ezek a bevonatok keményebb felületet és kedvezőbb súrlódási tényezőt biztosítanak a dugattyúgyűrűknek. Kiemelt szerepe van a bevonatoknak a kompressziógyűrűnél, hiszen ide jut a legkevesebb olaj, és ez a gyűrű a legnagyobb hőmérsékletű.
Gyors szélvédőcsere Golf Cabrio
A legszélesebb körben alkalmazott bevonat sokáig a krómozás volt, ami nagyon környezetszennyező eljárás. A környezetvédelem előretörése a bevonatok és felületkezelési eljárások területén nagy változásokat hoztak. Egyrészt a már eddig használt anyagok felhordási eljárását fejlesztették környezetbarát eljárásra, másrészt újabb eljárások jelentek meg. Az újabb eljárásoknál olyan bevonatokat készítenek, melyek nagy keménységű anyagokból, króm vagy molibdénből készülnek, de a felületre úgy juttatják fel (plazmaszórás), hogy a bevonat porózus, de nagy szilárdságú és kemény legyen. Az így kapott felület képes lesz olajat tárolni, ami tartalék kenési lehetőséget ad. Nagy terhelésnél vagy kritikus terhelések esetén az itt elraktározott olaj gondoskodik a dugattyúgyűrű kenéséről.
Gyakori dugattyúgyűrű bevonatok és felületkezelések
| Rövidítés | Leírás |
|---|---|
| CR | Krómozott futófelület |
| MO | Molibdénnel bevont futófelület |
| PL | Plazmaeljárással bevont futófelület |
| NIT | Nitridált futófelület |
| TF | Teflonbevonatú futófelület |
| 4CR | Minden oldalról krómozott dugattyúgyűrű |
| 3CR | A futófelület nem krómozott, a többi oldal krómozott |
| FE | Vas-oxiddal bevont futófelület |
| FX | Futófelület |
| P | Foszfáttal bevont futófelület |
| SN | Ónozott futófelület |
| IN | Krómozott rugóágy és rugó |
| FS | Oldalsérülés-védelem |
| PVD | PVD eljárással bevont futófelület |
A dugattyúgyűrűk fejlődése és modern trendek
A dugattyúgyűrűk a motorok fejlődésével együtt fejlődnek. A motorfejlesztés során egyrészt a belső súrlódás csökkentése, másrészt az alternáló alkatrészek tömegének csökkentése a cél. Ezzel nő a motorok hatásfoka és ezért csökken a fogyasztás és javulnak az emissziós értékek. Ehhez a dugattyúk teljes hosszát csökkentik, minek eredményeként a dugattyúk fejmagassága (csapfurat feletti rész) is csökken. Ezért egyre vékonyabb dugattyúgyűrűket kell alkalmazni, hogy elférjenek. Ez egybeesik a súrlódás csökkentésének törekvéseivel, hiszen a kisebb súrlódó felület miatt kisebb lesz maga a súrlódás is.
Régebben a 2-3 mm széles kompressziógyűrű és a 4-5 mm széles olajáteresztő gyűrű volt az általános. A mai autókon ezek az értékek kb. feleződnek. Nem ritka az 1-1,2 mm-es kompressziógyűrű és a 2-2,5 mm-es olajáteresztő gyűrű sem. A súrlódás csökkenthető még korszerű bevonatokkal és felületkezeléssel. A gyűrűk szélessége csökken, de a motorok teljesítménye növekszik, ezért egyre nagyobb igénybevételt bíró nyersanyagokat és bevonatokat kell alkalmazni a gyártás során, hogy a dugattyúgyűrű el tudja látni a feladatát a motorban.
Az egyre vékonyabb gyűrűk tömítőfelületeit sokkal pontosabban kell megmunkálni, mert kisebb tömítőfelületen kell ugyanazt a tömítettséget elérni, és mert a nagyobb igénybevételt bíró anyagok és bevonatok miatt a dugattyúgyűrűkön kisebb kopás keletkezik. Régebben nagyobb gyártási pontatlanság volt megengedhető, mert a bejáratás során az alkatrészek nagyobb mértékben koptak össze, mint az újabb típusok esetén. A mai kor gyűrűinél ezért nemcsak a nyersanyag és a bevonat fejlesztése okoz kihívást a szakembereknek, hanem a megmunkálás pontosságának a fejlesztése. A cél az, hogy a dugattyú, a dugattyúgyűrű és a hengerfal jól illeszkedjenek egymáshoz. Ezzel egy tökéletes jól tömítő egységet alkotnak, ami előfeltétele a motor optimális működésének, ami így hosszú élettartamot nyújt a felhasználónak.
A motorok hatásfokának növekedésével a motorok belseje is kevésbé szennyeződik el. Ebből adódóan a gyártók hosszabb olajcsere-periódust határozhatnak meg a motorokhoz. Természetesen ehhez olyan speciális motorolajat kell használni, ami szintén megfelel ennek a kihívásnak. Ezt azért említem meg, mert elég gyakran találkozunk olyan olajáteresztő dugattyúgyűrűkkel, melyek nyílásai teljesen el vannak tömődve szennyeződéssel, és ezért nem tudja ellátni a funkcióját és a motor eszi miatta az olajat. Ennek a magyarázata azonban már egy újabb történet.
Minden a VW Golf 1.4 16V vezérműszíj cseréjéről
Gyakori hibajelenségek és okai
A dugattyúgyűrűk több százezer kilométeren keresztül kell, hogy jól ellássák feladatuk a motorban. Azonban a működés során több hibajelenség is felléphet, amelynek természetesen több megjelenési formája is van. Ezek felismerése azért fontos, mert mint minden meghibásodásnál, nem elegendő csak a meghibásodott alkatrész cseréje, hanem a kiváltó okot is meg kell szüntetni.
- Hajlott hajtókar: Amennyiben a hajtókar a motor működése során valamiért elhajlik (legyen ez akár motorkárosodás, vagy helytelen szerelés), a dugattyúgyűrű ferdén fog futni a hengerfuratban. Ha még tud a gyűrű forogni, rövid időn belül hordós alakra fog kopni, amely az olajfilm megvastagodásához vezet a hengerfalon, sőt ennek következtében gyakran kialakul a szivattyú hatás is. Ha gyűrű már nem képes a forgásra, ennek következtében egyenetlen radiális kopás lép fel.
- Ovális hengerfurat: Egy ovális hengerfuratban - legyen az a kopás vagy a helytelen felújítás eredménye - a dugattyúgyűrűk nem képesek ellátni a feladatukat.
- Beragadt gyűrűk: Szándékosan írtam, hogy beragadt és nem beégett. A gyűrűk nem csak a működés következtében szorulhatnak meg a gyűrűhoronyban. A dugattyúgyűrűknek szabadon kell forogniuk a gyűrű hornyokban.
- Szennyező anyagok bejutása: A motor és egyben a dugattyúgyűrű korai elhasználódásának egyik leggyakoribb oka, a motorba kerülő szennyező anyag. Amennyiben valamilyen ok miatt a beszívott levegőt nem szűrjük kellőképpen (pl. elhanyagolt, rosszul visszaszerelt levegőszűrő, tömítetlen szívótorok, levegőszűrő hiánya, stb.), a levegővel finom kor jut a hengerekbe, és így a gyűrűhornyokhoz is. Ott az olajjal elkeveredve egy finom csiszoló pasztát alkotva folyamatosan koptatja a dugattyúgyűrűt. Ez a kopás jellemzően a gyűrű felső oldalán jelentkezik leglátványosabban, mivel a gyűrű az üzemidő jelentős részében a horony alsó szélén fekszik fel. A motor működése során természetesen folyamatosan kopik, amely szennyeződést az olajszűrő kiválasztja. Ezt a szennyeződést olajcsere alkalmával a szűrők és az olaj cseréjével eltávolítjuk. Az olajcsere elmulasztása azonban komoly következményekkel járhat. Eltömődött olajszűrő esetében az olaj már nem a szűrőn, hanem egy by-pass szelepen szűretlenül kerül a motorba.
- Üzemanyag elárasztás: Normál üzemben a dugattyúgyűrűt és a hengerfalat egy vékony olajfilm választja el, amely csak kivételes esetekben pl. hidegindításkor nem tud kialakulni. Az üzemanyag rendszer nem megfelelő működése esetén, túl sok üzemanyag kerül a hengerbe, amely nem tud elégni. Így felhígítja vagy akár le is moshatja a hengerfalról az olajfilmet. Az így kialakuló vegyes súrlódás következtében a dugattyúgyűrű néhány ezer kilométer alatt teljesen elkopik. Ez a fajta kopás legjobban az alsó olajáteresztő gyűrű élein figyelhető meg, amely ilyen esetekben teljesen simára kopik. Benzin üzemű motorok esetében az üzemanyag elárasztás a gyakori rövid utak illetve a hibás gyújtás következtében léphet fel. Benzinmotorok esetében, amíg a motor nem melegszik fel, többlet üzemanyag jut a hengerbe, ami a hideg hengerfalon kicsapódva hígítja az olajt. Sűrű, rövid távú használat esetén ez folyamatos vegyes súrlódást eredményezhet. Dízel motorok esetében az öngyulladás a megfelelő sűrítés következtében indul el.
- Gyűrűtörés: A dugattyúgyűrű a legnagyobb mechanikus igénybevételt a felszereléskor szenvedi el. Az anyaghibás vagy szerkezeti hibás dugattyúgyűrűk már a felszerelés során eltörnek. Működés közben a dugattyúgyűrű hosszabb futásteljesítmény után törnek el. Ennek fő oka, hogy a falvastagságuk a kopás következtében jelentősen csökkent, aminek hatására elindul egy rezgési folyamat. Ennek eredménye képen a dugattyúgyűrű több apró darabra törik.
- Gyűrűrezgés: A gyűrűrezgés jellemzően benzinmotoroknál lép fel közepes terhelésnél és nagy fordulatszámon. Ilyenkor a dugattyúgyűrű vagy a gyűrűhoronyba fel-le kezd el mozogni, vagy nem tud a hengerfalra megfelelő képen felfeküdni az ütemes mozgása miatt. Az axiális rezgés jellemzően a dugattyúgyűrű végeitől kiindulva terjed végig a dugattyúgyűrűn. Radiális rezgés akkor alakul ki, ha a dugattyúgyűrű futófelületén túlzottan megnő a gáznyomást és ennek következtében eltávolodik a hengerfaltól. Ennek sűrű ismétlődése okozza a rezgést.
Fontos szempontok a dugattyúgyűrű cseréjénél és választásánál
Dugattyúgyűrű cseréjekor legegyszerűbben úgy járhatunk el, ha mindig a típusnak megfelelő gyűrűt rendelünk. Megesik, hogy szükség esetén eltérünk az alapesettől, és nem a saját típusához való dugattyúgyűrűt szeretnénk felhasználni a javítás során. Ebben az esetben mindig forduljunk olyan szakemberhez, aki nap mint nap motorfelújítással foglalkozik, és pontosan ismeri a lehetőségeket. Garancia csak igazoltan szakszerű beépítés esetén! Nagyon fontos tudni, hogy a gyűrű vastagságok és az átmérő egyezése esetén sem garantált, hogy az adott gyűrű szett jó lesz a dugattyúdhoz! Csak szakember építheti be! Motorfelújításhoz való komplett gyűrű garnitúra számos motorhoz elérhető, gyakran túlméretes szettek is. Például, prémium minőségű gyűrű szett Toyota 3S motorok felújításához. Beépíthető szinte az összes 3S-kódú szívó és turbós 4 hengeres Toyota motorba. Gyári dugattyúra való gyűrű készlet Toyota és Lexus 2JZ kódú motorokhoz, alap méretes, 86.00mm átmérőhöz. Ez a gyűrű szett elsősorban motorfelújításra alkalmas, de gyakran használjuk őket kis költségvetésű tuning és versenyautókban is. Fontos megjegyezni, hogy gyári Subaru dugattyúra ez a gyűrű szett nem passzol, a gyári Subaru gyűrűk csak a gyári Subaru dugattyúval kompatibilisek.
Dugattyúgyűrűk beszerelése - Motorservice Group
Külön gyűrűszettek is vásárolhatók, például Wiseco, JE, CP, NPR, Manley, Supertech dugattyúkhoz. Akár egy dugattyúra való gyűrű szettet is be lehet szerezni megrendelésre, de mindig a méretek és a típus specifikus illeszkedés a döntő. A feltüntetett árak gyakran csak tájékoztató jellegűek, mivel nagyon sokféle gyűrűszett rendelhető.