Szczególnie narażone na zużycie są główne części silnika - tłoki z pierścieniami tłokowymi, korbowody i cylindry. Najbardziej imponująca jest praca tłoków silnika. W końcu, przemieszczając się tam i z powrotem między górnym i dolnym martwym punktem, pokonują ogromną odległość. Tak więc przy prędkości obrotowej wału korbowego 5000 obr./min i skoku tłoka 75 mm całkowity przesuw tłoka na minutę wynosi 375 m. W ciągu godziny pracy odległość ta wyniesie już 2 km 250 m, a w miesiącu pracy przez 8 godzin dziennie, z wyłączeniem weekendów, tłok przesunie się o 460 km. Przy intensywnej eksploatacji samochodu w ciągu 5 lat (i to jest czas eksploatacji pojazdu przed większymi naprawami, który potwierdzają statystyki) tłok pokona dystans 24 000 km!
Zużycie tłoka i jego elementów jest więc nieuniknione. Jednakże wartości zużycia grup tłokowych (tłoki-pierścienie tłokowe) przed generalnym remontem silniki różnych producentów znacznie się od siebie różnią. Tak więc maksymalne zużycie tłoków i pierścieni tłokowych silników Mercedes-Benz, Volkswagen, BMW, większości amerykańskich i japońskich firm następuje po przebiegu około 300 000 km. Jednocześnie w silnikach innych, powiedzmy, mniej doskonałych modeli, tłoki i pierścienie tłokowe należy wymieniać po przejechaniu 50 000 km (prawie 10 razy mniej!).
Co jest tego przyczyną? I jak trwałość tych części zależy od warunków pracy? Aby odpowiedzieć na te pytania, rozważmy dwa typowe projekty grup tłokowych silnika benzynowego i silnika wysokoprężnego. Przede wszystkim pamiętajmy, że ciśnienie gazu wewnątrz cylindrów tych silników na początku suwu roboczego różni się około dwukrotnie. W silniku gaźnikowym lub z bezpośrednim wtryskiem benzyny wynosi on 40-55 kg/cm², w silniku wysokoprężnym 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 gaźnikowego jest odlany ze stopu aluminium i pokryty z zewnątrz warstwą cyny, co ma na celu polepszenie jego zdolności docierania do powierzchni cylindra. Jego górna część – głowica – ma średnicę o 0,1 mm mniejszą od wewnętrznej średnicy cylindra. Robi się to po to, aby zapobiec zatarciu się głowicy w cylindrze po nagrzaniu. Rowki pierścieniowe zawierają dwa pierścienie uszczelniające i jeden pierścień zgarniający olej. Dolna część tłoka - fartuch - ma owalny przekrój i stożkowatą wysokość: górna część ma mniejszą średnicę niż dolna. Dodatkowo, wewnątrz piast tłoka z otworami na sworzeń tłokowy wtopiono dwie stalowe wkładki regulujące temperaturę. Wszystko to ma na celu zapobieganie zwiększonemu tarciu między płaszczem a ścianą cylindra w przypadku nagrzania się tłoka. Wkładki te, charakteryzujące się niższym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej niż aluminium, napinają osłonę w kierunku prostopadłym do osi sworznia tłokowego.
Otwór na sworzeń tłokowy w nowoczesnych silnikach jest zazwyczaj przesunięty z osi symetrii na prawą stronę silnika. Aby prawidłowo zmontować tłok z korbowodem i zamontować je w cylindrze silnika, należy wykonać oznaczenie w pobliżu otworu korbowego, które powinno być skierowane w stronę przodu silnika. Przesunięcie to ma na celu zmniejszenie składowej bocznej siły ciśnienia gazu, która dociska tłok na jedną stronę cylindra podczas "suwu roboczego".
Korbowód musi być również prawidłowo ustawiony w silniku. Na przedniej stronie znajdują się otwory służące do kierowania strumienia oleju na obciążoną stronę lustra cylindrycznego (w niektórych silnikach ten otwór nie występuje). Panewki łożysk i pokrywa korbowodu są również odpowiednio oznaczone, aby ułatwić prawidłowy montaż. Przyszła wydajność i trwałość tłoka zależą w dużej mierze od precyzji jego wykonania i prawidłowego doboru do otworu cylindra. Wiodący producenci samochodów stosują obecnie system, w którym tłoki są zazwyczaj podzielone na pięć lub sześć klas według średnicy zewnętrznej, każda w 0,01 mm. Ponadto są podzielone na trzy lub cztery kategorie, każda w 0,004 mm, zgodnie ze średnicą otworu sworznia tłokowego. Cylindry silnika również dzielą się na pięć klas. System ten pozwala na najdokładniejszy dobór tłoka odpowiedniej klasy do każdego, nawet zużytego cylindra, a także sworznia odpowiedniej kategorii do otworu w piastach i korbowodu. Do poważniejszych napraw silnika, które zazwyczaj obejmują rozwiercanie cylindrów, firmy produkują duże tłoki naprawcze.
Tłok nowoczesnego silnika wysokoprężnego jest zaprojektowany tak, aby wytrzymywać większe ciśnienia, dlatego ma grubsze dno i występy. Ponadto konstrukcja tłoka silnika Diesla nieco różni się od omówionej wcześniej. Główną różnicą jest umieszczenie komory spalania bezpośrednio w głowicy tłoka. Ponieważ spalanie następuje w pobliżu górnego martwego punktu tłoka, gorące gazy nagrzewają głowicę tłoka mocniej, a ścianki górnej części cylindra nagrzewają się stosunkowo mniej niż w silnikach benzynowych. Aby zapewnić niezawodne uszczelnienie tłoka w cylindrze, na jego zewnętrznej powierzchni wykonano pięć rowków pod pierścienie tłokowe. Pierścienie uszczelniające montuje się w trzech górnych rowkach. W dolnych rowkach znajdują się dwa pierścienie zgarniające olej. Wiele firm produkuje prostokątne pierścienie kompresyjne, które praktycznie niczym nie różnią się od pierścieni silników benzynowych. Jednakże bardziej progresywną, choć droższą, konstrukcją jest taka, która ma stożkową górną powierzchnię roboczą. Kąt nachylenia tworzącej stożka dla takich pierścieni wynosi zwykle 10°. Zastosowanie pierścieni stożkowych zapewnia pewien wzrost ich trwałości, gdyż podczas "suwu roboczego" składowa siły ciśnienia gazu na stożkowej powierzchni pierścienia dodatkowo dociska go do zwierciadła cylindra. Cechą szczególną serwisowania i naprawy tłoków ze stożkowymi pierścieniami uszczelniającymi jest precyzyjna kontrola szczeliny. Odstępy między rowkiem a pierścieniami zgarniającymi olej są regulowane w taki sam sposób, jak w silnikach benzynowych.
Siły tarcia między powierzchniami płaszcza tłoka i ścianką cylindra w silnikach Diesla są większe niż w silnikach benzynowych. Aby zwiększyć trwałość, nowoczesne firmy pokrywają powierzchnię płaszcza tłoka warstwą specjalnej powłoki z koloidalnego grafitu. Znacznie poprawia dopasowanie tłoka do cylindra i wydłuża jego żywotność przed większymi naprawami. Podobną obróbkę powierzchni trących tłoków stosuje się obecnie w silnikach benzynowych.
Oprócz zużycia powierzchni płaszcza, zużywają się również rowki pierścieni uszczelniających tłok. Dodatkowo zużywa się rowek pierścienia zgarniającego olej, chociaż zużycie to jest z reguły znacznie mniejsze. W miarę zużywania się rowków, pierścienie zaczynają poruszać się coraz intensywniej w górę i w dół wzdłuż wysokości rowka, a tzw. działanie pompujące pierścieni staje się coraz bardziej zauważalne. Odbija się to na stale rosnącym zużyciu oleju w skrzyni korbowej silnika. Po dostaniu się do komory spalania następuje spalanie, w wyniku czego z rury wydechowej samochodu wydobywa się niebieski dym. Jeśli rowki są znacznie zużyte, wymiana pierścieni na nowe nie poprawi sytuacji. Istnieje obiektywna potrzeba wymiany całego zespołu tłoków wraz z bardzo pożądanym rozwierceniem cylindrów do rozmiaru naprawy. Wszystkie opisane rodzaje zużycia są procesem naturalnym i niestety nieuniknionym.
Odniesienie
Można skutecznie przeciwdziałać naturalnemu zużyciu silnika i wydłużyć jego żywotność. Nie ma potrzeby odkrywania Ameryki tutaj. Wystarczy skrupulatnie przestrzegać wymagań dotyczących eksploatacji pojazdu, używać wysokiej jakości oleju i filtrów oleju oraz prawidłowo wyregulować instalację paliwową. Dobre wyniki uzyskuje się stosując wysokiej jakości modyfikatory oleju i paliwa, czyli preparaty zmieniające mikrostrukturę warstw ciernych powierzchni silników.
Ponadto zużycie silnika, jak i całego samochodu, w dużej mierze zależy od kierowcy, jego kwalifikacji i wiedzy technicznej. Nie bez powodu auta tej samej marki służą jednym kierowcom długo i bezawaryjnie, podczas gdy u innych naprawia się je niemal co tydzień. Doświadczony kierowca prawie nigdy nie dopuszcza do przeciążenia silnika, a tym bardziej do jego detonacji. Ciągle słucha pracującego silnika i natychmiast reaguje na przeciążenie, czemu towarzyszy dudniący, niski dźwięk przy niskiej prędkości wału korbowego. Tryb przyspieszania samochodu wiąże się również ze zwiększonym zużyciem silnika. Nasuwa się tu analogia z koniem i jeźdźcem: troskliwy właściciel nie będzie niepotrzebnie chłostał swojego czworonożnego przyjaciela, zmuszając go do biegu z pełną prędkością, zwłaszcza gdy koń jeszcze się nie rozgrzał. Oczywiście w sytuacjach krytycznych kierowca może pozwolić sobie na nieostrożne i bardzo gwałtowne przyspieszenie. Jeśli jednak taki fajny styl jazdy wejdzie mu w nawyk, to silnik takiego śmiałka zapewne będzie trzeba remontować dwa razy częściej, niż przewidują warunki techniczne.
Często można zaobserwować inny rodzaj zużycia, którego nie przewiduje żadna instrukcja. Jest to awaryjna awaria zespołu korbowodu i tłoka, a przede wszystkim pierścieni i mostków rowków pierścieni tłokowych. W silnikach benzynowych jest to spowodowane przede wszystkim detonacją. Pamiętajmy, że detonacja to wybuchowe spalanie mieszanki palnej w cylindrze, któremu towarzyszy nagły wzrost ciśnienia w komorze spalania. Jest to równoważne silnemu uderzeniu ciężkiego młota kowalskiego w nieruchomy tłok i pierścienie. Części te oczywiście nie są zaprojektowane tak, aby wytrzymać obciążenie i mogą pęknąć, powodując uszkodzenie lustra cylindrycznego ostrymi odłamkami. Powodów detonacji jest kilka. Do głównych przyczyn należy jednak zaliczyć pracę silnika na benzynie o niższej liczbie oktanowej niż podają warunki techniczne, a także przegrzewanie się i pracę na bogatej mieszance paliwowej. Doświadczony kierowca musi usłyszeć stuki detonacyjne podczas pracy silnika i natychmiast zmniejszyć dopływ paliwa podczas przyspieszania, a następnie wyeliminować przyczyny detonacji. Dźwięk detonacji to wysoki, metaliczny dźwięk klikania, który odpowiada częstotliwości obrotów wału korbowego. Mogą być one ledwo słyszalne na tle innych dźwięków pracującego silnika, zwłaszcza - przy nieco wcześniejszym zapłonie, i zanikać przy bardzo niewielkim spadku dopływu paliwa (gazu). Takie ledwo zauważalne stukanie świadczy o prawidłowo wyregulowanym kącie wyprzedzenia zapłonu, ale zdarza się też, że stuki detonacyjne pojawiają się natychmiast po naciśnięciu pedału gazu, co oczywiście jest niedopuszczalne, a dalsza jazda w tym trybie jest równoznaczna z rozbijaniem wnętrzności silnika młotkiem.
Silniki Diesla nie są aż tak wrażliwe na zmiany składu oleju napędowego, choć i w nich zdarzają się problemy powodujące szybsze zużycie wału korbowego i elementów korbowodu. Przede wszystkim jest to przegrzewanie się silnika i związany z tym spadek lepkości oleju, zwłaszcza jeśli jest on złej jakości. Zwiększone zużycie może być konsekwencją zarówno nieprawidłowej regulacji pompy wysokiego ciśnienia, jak i pogorszenia rozpylania paliwa w komorach spalania na skutek nieprawidłowego działania wtryskiwaczy. Oczywiście wiele zależy również od samego kierowcy.
Biorąc pod uwagę powyższe, możemy wyciągnąć następujące ogólne wnioski. Trwałość Twojego samochodu, jak i całego pojazdu, zależy od dwóch czynników: jakości wykonania, za którą odpowiada producent, oraz poziomu sprawności technicznej, za który ostatecznie odpowiada kierowca. Należy o tym pamiętać zarówno przy zakupie samochodu, jak i podczas przygotowywania i szkolenia kierowców.