Особливо схильні до зносу головні деталі двигуна - поршні з поршневими кільцями, шатуни і циліндри. Робота поршнів двигуна найбільше вражає. Адже, рухаючись зворотно-поступально між верхньою та нижньою мертвими точками, вони покривають величезну відстань. Так, при частоті обертання колінчастої зали 5000 об/хв і ході поршня в 75 мм сумарний шлях поршня за хвилину становить 375 м. За годину роботи ця відстань буде вже 2 км 250 м, а за місяць експлуатації по 8 годин на день, крім вихідних, Поршень переміститься на 460 км. При інтенсивній роботі автомобіля за 5 років (а саме таку тривалість експлуатації автомобіля до капремонту підтверджує статистика) поршень покриє відстань 24 000 км!
Отже, зношування поршня і пов'язаних з ним деталей неминуче. Однак величини зношування поршневих груп (пор-шні-поршневі кільця) до капітального ремонту двигунів різних фірм дуже відрізняються один від одного. Так, граничне зношування поршнів і поршневих кілець двигунів Mercedes-Benz, Volkswagen, BMW, більшості американських і японських фірм настає після пробігу близько 300 000 км. У той же час двигуни інших, скажімо, менш досконалих моделей потребують заміни поршнів і поршневих кілець вже після 50 000 км пробігу (майже в 10 разів менше!).
У чому тут причина? І як залежить довговічність цих деталей умов експлуатації? Для відповіді на ці допити розглянемо дві типові конструкції поршневих груп бензинового двигуна та дизеля. Нагадаємо, перш за все, що тиск газів усередині циліндрів цих двигунів на початку робочого ходу відрізняється приблизно вдвічі. У карбюраторному двигуні або в двигуні з безпосереднім упорскуванням бензину воно становить 40-55 кг/см2 у дизелі - це 70-80 кг/см2 Тому і поршні бензинового та дизельного двигунів відрізняються один від одного, хоча головні конструктивні рішення у них однакові.
Типовий поршень карбюраторного двигуна відлитий з алюмінієвого сплаву і покритий зовні шаром олова для поліпшення прироблюваності до дзеркала циліндра: Його верхня частина - головка має менший на 0,1 мм діаметр, ніж внутрішній діаметр циліндра. Це зроблено для запобігання заклиненню головки в циліндрі під час розігріву. У кільцевих канавках розміщені два компресійні та одне маслознімне кільце. Нижня частина поршня – спідниця – у поперечному перерізі овальна, а по висоті має конічну форму: у верхній частині – менший діаметр, ніж у нижній. Крім того, усередині бобишок поршня з отворами під поршневий палець вплавлено дві сталеві терморегулюючі вставки. Все це зроблено для запобігання збільшенню тертя між спідницею та дзеркалом циліндра при нагріванні поршня. Маючи менший, ніж у алюмінію коефіцієнт теплового розширення, ці вставки стягують спідницю в напрямку, перпендикулярному осі поршневого пальця.
Отвір під поршневий палець у сучасних двигунах зазвичай зміщують від осі симетрії праворуч двигуна. Для правильного складання поршня з шатуном і встановлення їх у циліндр двигуна біля отвору бобишки є мітка, яка має бути звернена у бік передньої частини двигуна. Таке зміщення роблять для зменшення бічної складової сили тиску газів, що притискає поршень до однієї зі сторін циліндра на такті "робочий хід".
Шатун також має бути правильно зорієнтований у двигуні. На його передній стороні є отвори для спрямованого струменя олії на навантажену сторону дзеркала циліндра (у деяких двигунах цей отвір відсутній). Вкладиші та кришка нижньої головки шатуна також мають відповідні мітки для правильного збирання. Від точності виготовлення поршня та правильного підбору його до отвору циліндра істотно залежить його подальша працездатність та довговічність. Провідні автомобілебудівні фірми застосовують сьогодні систему, відповідно до якої поршні по зовнішньому діаметру розбиті зазвичай п'ять чи шість класів через 0,01 мм. Крім того, вони розділені на 3-4 категорії через 0,004 мм відповідно до діаметра отвору під поршневий палець. Циліндри двигуна також мають подібний поділ на п'ять класів. Така система дозволяє найточніше підібрати поршень відповідного класу до будь-якого, навіть зношеного циліндра, і палець потрібної категорії до отвору в бобишках і до шатуна. Для капітального ремонту двигунів, що полягає зазвичай у розточуванні циліндрів, фірми випускають ремонтні поршні збільшених розмірів.
Поршень сучасного дизеля розрахований на сприйняття вищих тисків, тому має велику товщину днища і бобишек. Крім того, конструкція поршня дизеля дещо відрізняється від розглянутої раніше. Головна відмінність – це розміщення камери згоряння безпосередньо в головці поршня. Оскільки згоряння відбувається при знаходженні поршня поблизу верхньої мертвої точки гарячі гази сильніше нагрівають головку поршня, а стінки верхньої частини циліндра нагріваються відносно менше, ніж у бензинових двигунах. Для надійного ущільнення поршня в циліндрі на зовнішній поверхні зроблено п'ять канавок під поршневі кільця. У трьох верхніх канавках встановлені компресійні кільця. У нижніх канавках розміщено два маслознімні кільця. Багато фірм виготовляють компресійні кільця прямокутного перерізу, що практично нічим не відрізняються від кілець бензинових двигунів. Однак більш прогресивною, хоч і дорожчою, є конструкція з конусною верхньою робочою поверхнею. Кут нахилу утворює конуса у таких кілець роблять зазвичай 10°Застосування конусних кілець забезпечує деяке збільшення їх довговічності, оскільки на такті "робочий хід" складова сили тиску газів на конусну поверхню кільця додатково притискає його до дзеркала циліндра. Особливістю обслуговування та ремонту поршнів з конусними компресійними кільцями є точний контроль зазорів. Зазори між канавкою та маслознімними кільцями контролюють так само, як і в бензинових двигунах.
Сили тертя між поверхнями спідниці поршня та дзеркала циліндра у дизелів вищі, ніж у бензинових двигунах. Для збільшення довговічності на поверхню спідниці поршнів у сучасних фірмах наносять шар спеціального колоїдно-графітового покриття. Воно набагато покращує оброблюваність поршня до циліндра і подовжує термін його роботи до капітального ремонту. Подібну ж обробку поверхонь поршнів, що труться, застосовують сьогодні і на бензинових двигунах.
Крім зношування поверхонь спідниці, зношуються також канавки під компресійні кільця поршня. Крім того, зношується канавка під маслознімне кільце, хоча такий знос зазвичай набагато менше. При зношуванні канавок кільця починають все більш інтенсивно переміщатися вниз і вгору по висоті канавки, і все більш відчутною стає так звана насосна дія кілець. Це проявляється в дедалі більшому витраті картерного масла двигуна. Потрапляючи в камеру згоряння, воно згоряє там, утворюючи сизий дим, що виходить із вихлопної труби автомобіля. При значному зношуванні канавок заміна кілець на нові мало покращує ситуацію. Настає об'єктивна необхідність у заміні всієї поршневої групи з дуже бажаним розточуванням циліндрів на ремонтний розмір. Всі описані види зношування - це природний і, на жаль, невідворотний процес.
Довідка
З природним зношуванням двигуна можна успішно боротися, продовжуючи його працездатність. Америк тут відкривати не слід. Просто потрібно скрупульозно виконувати вимоги щодо експлуатації автомобіля, користуватися якісною олією та масляними фільтрами, грамотно регулювати паливну апаратуру. Хороші результати дає застосування якісних модифікаторів олії та палива, препаратів, що змінюють мікроструктуру поверхневих шарів тертя двигунів.
Поряд із цим знос двигуна, як і всього автомобіля в цілому, багато в чому залежить від водія, від його кваліфікації та технічної грамотності. Адже не дарма автомобілі однієї і тієї ж марки в одних водіїв служать довго і безвідмовно, в інших - ремонтуються чи не щотижня. Досвідчений водій майже ніколи не допускає роботи двигуна з перевантаженням, а тим більше детонацією. Він постійно слухає, як працює його двигун, і негайно реагує на навантаження, що супроводжується гучним, низькотональним звуком на зниженій частоті обертання колінчастого валу. Режим розгону автомобіля також супроводжується підвищеним зношуванням двигуна. Тут напрошується аналогія з конем і вершником: дбайливий господар не буде без особливої потреби хльостати свого чотирилапого друга, змушуючи його бігти з місця в кар'єр, особливо коли кінь ще не розігрівся. Звичайно, в критичних ситуаціях водій може собі дозволити хвацько, різко розігнати автомобіль. Але якщо такий крутий стиль їзди входить у звичку, ремонт двигуна такого лихача напевно забезпечений вдвічі раніше, ніж це передбачено технічними умовами.
Найчастіше спостерігається й інший, не передбачений жодними інструкціями, вид зносу. Це аварійна поломка шатунно-поршневої групи і насамперед кілець і перемичок кільцевих канавок поршня. У бензинових двигунах це пов'язано насамперед із детонацією. Нагадаємо, що детонація - це вибухоподібне згоряння горючої суміші в циліндрі, що супроводжується стрибкоподібним підвищенням тиску в камері згоряння. Це рівносильно різкому удару важкою кувалдою по нерухомому поршню та кільцям. Деталі, звичайно, не розраховані на навантаження і можуть поламатися, пошкодивши потім гострими осколками дзеркало циліндра. Причин детонації кілька. Однак головні з них - ця робота двигуна на бензині з нижчим, ніж це передбачено технічними умовами, октановим числом, а також перегрів та робота на багатій горючій суміші. Досвідчений водій повинен чути детонаційні стуки при роботі двигуна і негайно зменшувати подачу палива при розгоні, а потім усувати причини детонації. Звук детонації – це високотональні металеві клацання, що збігаються за частотою з оборотами колінчастого валу. Вони можуть бути ледь чутні на тлі інших звуків працюючого двигуна, особливо - при злегка ранньому запаленні, і пропадати при зовсім незначному зменшенні подачі палива (газу). Така ледь помітна детонація свідчить про правильно відрегульований вугілля випередження запалення, але буває і так, що детонаційні стуки з'являються відразу ж при натисканні на педаль газу, що, звичайно ж, неприпустимо, і продовжувати рух у такому режимі рівносильно розбиванню молотком нутрощів двигуна.
Дизельні двигуни не настільки чутливі до зміни складу дизельного палива, хоча і в них трапляються неприємності, що ведуть до підвищеного зношування деталей кривошипно-шатунної групи. Це, перш за все, перегрів двигуна і пов'язане з ним зменшення в'язкості олії, особливо якщо воно невисокої якості. Підвищене зношування може бути наслідком і неправильного регулювання насоса високого тиску, і погіршення розпилення палива в камерах згоряння через порушення роботи форсунок. І, звичайно ж, багато залежить від самого водія.
Отже, з усього сказаного вище можна зробити такі узагальнені висновки. Довговічність вашого автомобіля, а так само як і всього транспортного засобу в цілому, залежить від двох факторів: від якості виготовлення, за яке відповідальна фірма-виробник, і від рівня технічної експлуатації, за який, зрештою, відповідальний водій. Про це потрібно пам'ятати як при покупці автомобіля, так і під час підготовки та навчання водіїв.