Szczególnie narażone na zużycie są główne części silnika – tłoki wraz z pierścieniami tłokowymi, korbowody oraz cylindry. Największe wrażenie robią tłoki silnika. W końcu poruszając się tam iz powrotem między górnymi i dolnymi martwymi punktami, pokonują ogromną odległość. Tak więc przy prędkości wału korbowego 5000 obr / min i skoku tłoka 75 mm całkowity skok tłoka na minutę wynosi 375 m. Przez godzinę pracy odległość ta wyniesie już 2 km 250 m, a przez miesiąc pracy 8 godzin dziennie, z wyłączeniem weekendów, tłok przesunie się o 460 km. Przy intensywnej eksploatacji samochodu przez 5 lat (mianowicie taki czas eksploatacji samochodu przed remontem potwierdzają statystyki) tłok pokona dystans 24 000 km!
Tak więc zużycie tłoka i związanych z nim części jest nieuniknione. Jednak wartości zużycia grup tłoków (pierścienie tłokowo-tłokowe) przed remontem silników różnych firm bardzo się od siebie różnią. Tak więc granica zużycia tłoków i pierścieni tłokowych silników Mercedes-Benz, Volkswagen, BMW, większości firm amerykańskich i japońskich występuje po przebiegu około 300 000 km. Jednocześnie silniki innych, powiedzmy, mniej zaawansowanych modeli wymagają wymiany tłoków i pierścieni tłokowych po przejechaniu 50 000 km (prawie 10 razy mniej!).
Jaki jest powód? A jak trwałość tych części zależy od warunków eksploatacji? Aby odpowiedzieć na te pytania, rozważmy dwa typowe projekty grup tłoków silnika benzynowego i silnika wysokoprężnego. Przypomnijmy przede wszystkim, że ciśnienie gazów wewnątrz cylindrów tych silników na początku suwu roboczego różni się około dwukrotnie. W silniku gaźnikowym lub w silniku z bezpośrednim wtryskiem benzyny jest to 40-55 kg/cm2, w silniku Diesla 70-80 kg/cm2. Dlatego tłoki silników benzynowych i wysokoprężnych różnią się od siebie, chociaż ich główne rozwiązania konstrukcyjne są takie same.
Typowy tłok silnika gaźnika jest odlany ze stopu aluminium i pokryty na zewnątrz warstwą cyny, aby poprawić urabialność zwierciadła cylindra: Jego górna część - głowica - ma średnicę o 0,1 mm mniejszą niż wewnętrzna średnica cylindra. Ma to na celu zapobieżenie zakleszczeniu się głowicy w cylindrze po podgrzaniu. W pierścieniowych rowkach umieszczone są dwa pierścienie dociskowe i jeden pierścień zgarniający olej. Dolna część tłoka - osłona - ma owalny przekrój poprzeczny i ma stożkowy kształt na wysokości: w górnej części znajduje się mniejsza średnica niż w dolnej. Dodatkowo wewnątrz piast tłoków wtopione są dwie stalowe wkładki termostatyczne z otworami na sworzeń tłokowy. Wszystko to ma na celu zapobieganie wzrostowi tarcia między osłoną a lustrem cylindra, gdy tłok jest podgrzewany. Mając mniejszy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż aluminium, wkładki te dociskają fartuch w kierunku prostopadłym do osi sworznia tłokowego.
Otwór na sworzeń tłokowy w nowoczesnych silnikach jest zwykle przesunięty z osi symetrii na prawą stronę silnika. W celu prawidłowego montażu tłoka z korbowodem i ich zamontowania w cylindrze silnika, w pobliżu otworu piasty znajduje się oznaczenie, które należy obrócić w kierunku przodu silnika. Takie przemieszczenie ma na celu zmniejszenie bocznej składowej siły ciśnienia gazu dociskającej tłok do jednej ze stron cylindra podczas suwu "skok roboczy".
Korbowód musi być również prawidłowo ustawiony w silniku. Na jego przedniej stronie znajdują się otwory umożliwiające skierowanie strumienia oleju na obciążoną stronę lusterka cylindra (niektóre silniki nie mają tego otworu). Łożyska i pokrywa korbowodu są również oznaczone pod kątem prawidłowego montażu. Od dokładności wykonania tłoka i jego prawidłowego doboru do otworu cylindra, jego dalsza praca i trwałość w znacznym stopniu zależą. Wiodący producenci samochodów stosują dziś system, zgodnie z którym tłoki dzieli się zwykle na pięć lub sześć klas o 0,01 mm pod względem średnicy zewnętrznej. Ponadto są one podzielone na 3-4 kategorie co 0,004 mm w zależności od średnicy otworu sworznia tłokowego. Podobny podział na pięć klas mają również cylindry silnika. Taki układ pozwala najdokładniej dobrać tłok odpowiedniej klasy do dowolnego, nawet zużytego cylindra, a sworzeń żądanej kategorii do otworu w piastach i do korbowodu. Do remontu silników, który zwykle polega na wytaczaniu cylindrów, firmy produkują nadwymiarowe tłoki naprawcze.
Tłok nowoczesnego silnika wysokoprężnego jest zaprojektowany do wytrzymywania wyższych ciśnień, dlatego ma grubsze dno i występy. Ponadto konstrukcja tłoka diesla różni się nieco od rozważanej wcześniej. Główną różnicą jest umieszczenie komory spalania bezpośrednio w głowicy tłoka. Ponieważ spalanie zachodzi, gdy tłok znajduje się blisko górnego martwego punktu, gorące gazy bardziej nagrzewają głowicę tłoka, a ścianki górnej części cylindra nagrzewają się relatywnie mniej niż w silnikach benzynowych. W celu niezawodnego uszczelnienia tłoka w cylindrze na jego zewnętrznej powierzchni wykonano pięć rowków na pierścienie tłokowe. Pierścienie zaciskowe są zainstalowane w trzech górnych rowkach. W dolnych rowkach znajdują się dwa pierścienie zgarniające olej. Wiele firm produkuje prostokątne pierścienie uszczelniające, które praktycznie nie różnią się od pierścieni silników benzynowych. Jednak bardziej progresywna, choć droższa, jest konstrukcja ze stożkową górną powierzchnią roboczą. Kąt nachylenia tworzącej stożka dla takich pierścieni wynosi zwykle 10°. Zastosowanie pierścieni stożkowych zapewnia pewne zwiększenie ich trwałości, ponieważ "skok roboczy" składowa siły ciśnienia gazu na stożkowej powierzchni pierścienia dodatkowo dociska go do zwierciadła cylindra. Cechą obsługi i naprawy tłoków ze stożkowymi pierścieniami uszczelniającymi jest precyzyjna kontrola luzów. Szczeliny między rowkiem a pierścieniami zgarniającymi olej są kontrolowane w taki sam sposób, jak w silnikach benzynowych.
Siły tarcia pomiędzy powierzchniami płaszcza tłoka a otworem cylindra są większe w silnikach wysokoprężnych niż w silnikach benzynowych. Aby zwiększyć trwałość, w nowoczesnych firmach na powierzchnię płaszcza tłoka nakładana jest warstwa specjalnej koloidalnej powłoki grafitowej. Znacznie poprawia dotarcie tłoka do cylindra i wydłuża jego żywotność przed remontem. Podobną obróbkę powierzchni trących tłoków stosuje się obecnie w silnikach benzynowych.
Oprócz zużycia powierzchni osłon, zużywają się również rowki pierścieni uszczelniających tłoka. Ponadto rowek pierścienia zgarniacza oleju zużywa się, chociaż zużycie to jest zwykle znacznie mniejsze. W miarę zużywania się rowków pierścienie zaczynają poruszać się coraz szybciej w dół i w górę wysokości rowka, a tak zwane działanie pompujące pierścieni staje się coraz bardziej zauważalne. Przejawia się to w stale rosnącym zużyciu oleju do skrzyni korbowej silnika. Gdy znajdzie się w komorze spalania, spala się tam, tworząc niebieski dym wydobywający się z rury wydechowej samochodu. Przy znacznym zużyciu rowków wymiana pierścieni na nowe niewiele poprawia sytuację. Istnieje obiektywna potrzeba wymiany całej grupy tłoków na wysoce pożądany otwór cylindra do rozmiaru naprawy. Wszystkie opisane rodzaje zużycia są procesem naturalnym i niestety nieuniknionym.
Odniesienie
Naturalnemu zużyciu silnika można skutecznie przeciwdziałać, przedłużając jego osiągi. Ameryka nie powinna się tu otwierać. Wystarczy skrupulatnie spełnić wymagania dotyczące eksploatacji samochodu, stosować wysokiej jakości olej i filtry oleju oraz prawidłowo wyregulować wyposażenie paliwowe. Dobre efekty uzyskuje się stosując wysokiej jakości modyfikatory olejów i paliw, preparaty zmieniające mikrostrukturę powierzchniowych warstw ciernych silników.
Wraz z tym zużycie silnika, a także całego samochodu jako całości, w dużej mierze zależy od kierowcy, jego kwalifikacji i znajomości zagadnień technicznych. W końcu nie na próżno samochody tej samej marki służą niektórym kierowcom przez długi czas i bezbłędnie, dla innych są naprawiane prawie co tydzień. Doświadczony kierowca prawie nigdy nie dopuszcza do pracy silnika z przeciążeniem, a tym bardziej z detonacją. Stale nasłuchuje pracy silnika i natychmiast reaguje na przeciążenie, czemu towarzyszy buczący, niski dźwięk przy zmniejszonych obrotach wału korbowego. Trybowi przyspieszania samochodu towarzyszy również zwiększone zużycie silnika. Tu nasuwa się analogia z koniem i jeźdźcem: troskliwy właściciel nie będzie niepotrzebnie biczował swojego czworonożnego przyjaciela, zmuszając go do ucieczki z pałki, zwłaszcza gdy koń się jeszcze nie rozgrzał. Oczywiście w krytycznych sytuacjach kierowca może pozwolić sobie na słynne, niezwykle ostre rozpędzenie auta. Ale jeśli taki stromy styl jazdy stanie się nawykiem, naprawa silnika tak brawurowego kierowcy jest prawdopodobnie zapewniona dwa razy szybciej, niż przewidują to warunki techniczne.
Często istnieje inny rodzaj zużycia, którego nie przewidują żadne instrukcje. Jest to awaryjna awaria korbowodu i zespołu tłoków, a przede wszystkim pierścieni i mostków rowków pierścieniowych tłoka. W silnikach benzynowych jest to spowodowane przede wszystkim detonacją. Przypomnijmy, że detonacja to wybuchowe spalanie palnej mieszanki w cylindrze, któremu towarzyszy gwałtowny wzrost ciśnienia w komorze spalania. Jest to równoznaczne z ostrym uderzeniem ciężkim młotem w nieruchomy tłok i pierścienie. Części oczywiście nie są przystosowane do obciążenia i mogą pęknąć, a następnie uszkodzić lusterko cylindra ostrymi odłamkami. Istnieje kilka przyczyn detonacji. Jednak główne z nich to praca silnika na benzynie o liczbie oktanowej niższej niż określona w warunkach technicznych, a także przegrzanie i praca na bogatej mieszance palnej. Doświadczony kierowca musi usłyszeć stuki detonacyjne podczas pracy silnika i natychmiast zmniejszyć dopływ paliwa podczas przyspieszania, a następnie wyeliminować przyczyny detonacji. Odgłos stukania to wysokie, metaliczne kliknięcie, które odpowiada częstotliwości obrotów wału korbowego. Mogą być ledwo słyszalne na tle innych dźwięków pracującego silnika, zwłaszcza przy nieco wcześniejszym zapłonie i zanikać przy bardzo niewielkim spadku dopływu paliwa (gaz). Taka ledwo zauważalna detonacja świadczy o prawidłowo ustawionym rozstawie zapłonu, ale zdarza się też, że stuki detonacyjne pojawiają się od razu po wciśnięciu pedału gazu, co oczywiście jest niedopuszczalne, a dalsza jazda w tym trybie jest równoznaczna z rozbiciem wnętrza silnika młotek.
Silniki Diesla nie są tak wrażliwe na zmiany składu oleju napędowego, chociaż występują w nich awarie, prowadzące do zwiększonego zużycia części zespołu korbowego. Jest to przede wszystkim przegrzanie silnika i związany z tym spadek lepkości oleju, zwłaszcza jeśli jest on niskiej jakości. Zwiększone zużycie może być skutkiem zarówno nieprawidłowej regulacji pompy wysokiego ciśnienia, jak i słabego rozpylenia paliwa w komorach spalania z powodu wadliwie działających wtryskiwaczy. I oczywiście wiele zależy od samego kierowcy.
Tak więc z powyższego możemy wyciągnąć takie uogólnione wnioski. Długowieczność Twojego samochodu, jak i całego pojazdu, zależy od dwóch czynników: jakości wykonania, za którą odpowiada producent, oraz poziomu konserwacji, za który ostatecznie odpowiada kierowca. Trzeba o tym pamiętać zarówno przy zakupie samochodu, jak i przy przygotowywaniu i szkoleniu kierowców.