Основните части на двигателя са особено податливи на износване: бутала с бутални пръстени, мотовилки и цилиндри. Работата на буталата на двигателя е най-впечатляваща. В крайна сметка, движейки се напред-назад между горната и долната мъртва точка, те изминават огромно разстояние. Така че, при скорост на коляновия вал от 5000 мин⁻¹ и ход на буталото, да речем, 75 мм, общото разстояние, изминато от буталото в минута, е 375 м. За един час работа на двигателя това разстояние ще бъде 2 км 250 м, а за месец работа от 8 часа на ден, с изключение на почивните дни (което, разбира се, е малко вероятно за средностатистически автомобил), буталото ще измине разстояние от 460 км. При интензивно използване на автомобила след 5 години (това е продължителността на експлоатация на превозното средство преди основен ремонт на двигателя, която статистиката потвърждава) буталото ще измине разстояние от 24 000 км!
И така, износване на буталото и неговите свързващи части (цилиндър на двигателя) неизбежно. Въпреки това, стойностите на износване на буталната група (бутала-бутални пръстени) преди основен ремонт за двигатели на различни компании се различават значително един от друг. И така, максималното износване на буталата и буталните пръстени на двигателите Mercedes-Benz, Volkswagen, BMW, за повечето американски и японски компании това се случва след пробег от около 300 000 км.
В същото време, двигателите на други, да речем, по-малко усъвършенствани модели, изискват подмяна на буталата и буталните пръстени само след 50 000 км пробег (почти 10 пъти по-малко).
Внимание! Каква е причината за това? И как дълготрайността на тези части зависи от условията на работа? За да отговорим на тези въпроси, нека разгледаме две типични конструкции на бутални групи за бензинови и дизелови двигатели. Нека първо си спомним, че налягането на газа вътре в цилиндрите на тези двигатели в началото на работния ход се различава приблизително два пъти. В бензинов двигател – карбураторен или с директно впръскване на гориво – то е 40–55 кг/см², докато в дизеловия двигател е 70–80 кг/см². Следователно, буталата на бензиновите и дизеловите двигатели се различават едно от друго, въпреки че основните им конструктивни решения са едни и същи.
Типичното бутало на бензинов двигател е отлято от алуминиева сплав и е покрито отвън със слой калай, за да се подобри сработването му в отвора на цилиндъра. Диаметърът на горната му част – главата – е с 0,1 мм по-малък от вътрешния диаметър на цилиндъра. Това се прави, за да се предотврати заклинването на буталната глава в цилиндъра при нагряване до работна температура. Пръстеновидните канали на буталото съдържат два компресионни пръстена и един пръстен за скрепване на масло. Долната част на буталото – полата – е с овално напречно сечение и конична височина: диаметърът в горната част е по-малък, отколкото в долната. Освен това, вътре в буталните глави има две стоманени вложки за регулиране на температурата с отвори за буталния болт. Всичко това се прави, за да се предотврати увеличеното триене между полата и стената на цилиндъра, когато буталото се нагрее. С по-нисък коефициент на термично разширение от алуминия, тези вложки затягат полата в посока, перпендикулярна на оста на буталния болт.
Отворът за буталния болт в съвременните двигатели обикновено е изместен от оста на симетрия на буталото към дясната страна на двигателя. За да сглобите правилно буталото с мотовилката и да ги монтирате в цилиндъра на двигателя, има маркировка близо до отвора за главината, която трябва да е обърната към предната част на двигателя. Това отместване се прави, за да се намали страничният компонент на силата на газовото налягане, която притиска буталото към едната страна на цилиндъра по време на работния ход.
Мотовилката също трябва да бъде правилно ориентирана в двигателя. От предната му страна има отвори за подаване на струя масло към натоварената страна на огледалото на цилиндъра (в някои двигатели тези отвори липсват). Лагерните черупки и капакът на биещия край също са снабдени със съответните маркировки за правилен монтаж. Бъдещата производителност и издръжливост на буталото зависят значително от прецизността на неговото производство и правилния му избор за отвора на цилиндъра. Водещите производители на двигатели днес използват система, според която буталата обикновено се разделят на пет или шест класа по външен диаметър, с стъпка от 0,01 мм. Те също така се разделят на три или четири категории, с стъпка от 0,004 мм, въз основа на диаметъра на отвора на буталния болт. Цилиндрите на двигателя също имат подобно разделение на пет класа. Тази система позволява по-прецизен избор на бутало за всеки цилиндър, дори износен, и бутален болт от необходимата категория за отвора в буталните главини и мотовилката. За основни ремонти на двигатели, които обикновено включват пробиване (увеличаване на диаметрите) цилиндри, производителите на резервни части произвеждат така наречените ремонтни бутала с увеличен размер.
Буталото на съвременния дизелов двигател е проектирано да издържа на по-високо налягане, така че дебелината на дъното и издатините му е по-голяма. Освен това, дизайнът на дизеловото бутало е малко по-различен от обсъдения по-горе. Основната разлика е разположението на горивната камера директно в главата на буталото. Тъй като горенето на гориво-въздушната смес се случва, когато буталото е близо до горната мъртва точка, горещите газове нагряват главата на буталото по-силно, а стените на горната част на цилиндъра се нагряват малко по-малко, отколкото при бензиновите двигатели. За да се осигури надеждно уплътняване на буталото в цилиндъра, на външната му повърхност са направени пет канала за монтиране на бутални пръстени. Компресионните пръстени са монтирани в трите горни канала. В долните канали са разположени два пръстена за скрепване на масло. Много компании произвеждат правоъгълни компресионни пръстени, които практически не се различават от пръстените, използвани в бензиновите двигатели. По-прогресивен, макар и по-скъп, дизайн обаче е този с конична горна работна повърхност на пръстена. Ъгълът на конуса на тези пръстени обикновено е 10°. Използването на конични пръстени осигурява известно увеличение на тяхната издръжливост, тъй като по време на работния ход, компонентът на силата на газовото налягане върху коничната повърхност на пръстена допълнително го притиска към отвора на цилиндъра. Особеност при обслужването и ремонта на бутала с конични компресионни пръстени е необходимостта от прецизен контрол на хлабината. Пролуките между канала и пръстените за скрепер за масло се контролират по същия начин, както при бензиновите двигатели.
Силите на триене между повърхностите на полата на буталото и стената на цилиндъра са по-високи при дизеловите двигатели, отколкото при бензиновите двигатели. За да се увеличи издръжливостта, върху повърхността на буталната пола се нанася слой от специално колоидно графитно покритие. Това значително подобрява прилягането на буталото към цилиндъра и увеличава експлоатационния му живот преди основни ремонти. Подобна обработка на триещите се повърхности на буталата се използва днес в бензиновите двигатели.
В допълнение към износването на повърхностите на полата, износват се и каналите на компресионните пръстени на буталото. Освен това, каналът на пръстена на маслоскрепера също се износва, въпреки че това износване обикновено е много по-малко. С износването на каналите, буталните пръстени започват да се движат все по-интензивно нагоре и надолу по височината на канала и така нареченото помпено действие на пръстените става все по-забележимо. Този ефект се проявява във все по-голямата консумация на моторно масло от двигателя. Когато маслото попадне в горивната камера, то гори там, образувайки син дим, който излиза от ауспуха на автомобила. Ако каналите са значително износени, подмяната на пръстените с нови няма да подобри много ситуацията. Съществува обективна необходимост от подмяна на цялата бутална група и е силно желателно цилиндрите да се пробият до ремонтния размер. Всички описани видове износване са естествен и, за съжаление, неизбежен процес.
Това естествено износване обаче може да се разпредели с течение на времето, като по този начин се удължава животът на двигателя. Няма нужда да откривате Америка тук. Просто е необходимо стриктно да спазвате изискванията на производителя за експлоатация на превозното средство, да използвате висококачествено моторно масло и маслени филтри и правилно да регулирате горивната система. Добри резултати се постигат чрез използване на висококачествени модификатори на масла и горива и препарати, които променят микроструктурата на повърхностните слоеве на триещите се повърхности на двигателя.
Наред с това, износването на двигателя, както и на цялото превозно средство, до голяма степен зависи от водача, неговата квалификация и техническа грамотност. Не е чудно, че колите от една и съща марка служат на някои шофьори дълго време и без повреди, докато други се нуждаят от ремонти почти всяка седмица. Опитен шофьор почти никога не позволява на двигателя да работи под претоварване, особено при детонация. Той постоянно слуша как работи двигателят на колата си и веднага реагира на всяко претоварване, обикновено съпроводено с нискочестотен бумтящ звук при ниски обороти на коляновия вал. Режимът на ускорение на автомобила също
(Статията е базирана на данни от уебсайта: «MAZBOOK.RU»)
съпроводено с повишено износване на двигателя. На ум ми идва аналогия с коня и ездач: грижовен стопанин няма да бие четириногия си приятел излишно, принуждавайки го да тича с пълна скорост, особено когато конят все още не е загрял. Разбира се, в критични ситуации водачът може да си позволи да ускори колата безразсъдно и изключително рязко. Но ако такъв стръмен стил на шофиране се превърне в навик, ремонтът на двигателя ще се извършва два пъти по-бързо, отколкото е предвидено в техническите условия.
Често се наблюдава друг вид износване, който не е предвиден в никакви инструкции. Това е аварийна повреда на елементите на свързващия прът и буталната група, и предимно на пръстените и мостовете на каналите на буталните пръстени. При бензиновите двигатели това се дължи предимно на детонация. Нека си припомним, че детонацията е експлозивно горене на гориво-въздушната смес в цилиндъра, съпроводено с внезапно повишаване на налягането в горивната камера. Това е еквивалентно на рязък удар с чук върху неподвижно бутало и пръстени. Частите, естествено, не са проектирани за такова натоварване и могат да се счупят, като след това повредят огледалото на цилиндъра с фрагментите си. Има няколко причини за детонация. Основният обаче е работата на двигателя с бензин с октаново число по-ниско от посоченото в техническите спецификации, както и прегряването и работата с преобогатена горивна смес. Опитен шофьор трябва да може да чуе детонационни чукания, когато двигателят работи, и незабавно да намали подаването на гориво по време на ускорение, а след това да отстрани причините за детонацията. Звукът от детонация е високочестотен метален щракащ звук, който съответства на честотата на въртене на коляновия вал. Те могат да бъдат едва доловими на фона на други звуци на двигателя, особено при леко напреднал момент на запалване, и да изчезнат при много леко намаляване на подаването на гориво (газ). Такава едва забележима детонация показва правилно регулиран момент на запалване, но понякога детонационните чукания се появяват веднага след натискане на педала на газта, което, разбира се, е неприемливо. Продължаването на шофирането в този режим е равносилно на разбиване на вътрешността на двигателя с чук.
Дизеловите двигатели не са толкова чувствителни към промените в състава на горивото, въпреки че все още могат да изпитват проблеми, които водят до повишено износване на частите на коляновия механизъм. Това е предимно прегряване на двигателя и свързаното с това намаляване на вискозитета на маслото, особено ако качеството на маслото е ниско. Повишеното износване може да е следствие и от неправилно регулиране на горивната помпа за високо налягане и влошаване на разпръскването на гориво в горивните камери поради неизправност на инжекторите. И, разбира се, много зависи от самия шофьор.
И така, от всичко казано, могат да се направят следните заключения. Дълголетието на двигателя на вашия автомобил, както и на цялото превозно средство, зависи от два фактора: качеството на изработка, за което производителят е отговорен, и нивото на техническа поддръжка, за което в крайна сметка е отговорен водачът. Това трябва да се има предвид както при закупуването на автомобил, така и при подготовката и обучението на шофьори.