Principalele piese ale motorului sunt deosebit de susceptibile la uzură: pistoanele cu segmenți de piston, bielele și cilindrii. Munca pistoanelor motorului este cea mai impresionantă. La urma urmei, deplasându-se înainte și înapoi între punctele moarte de sus și de jos, acestea acoperă o distanță uriașă. Deci, cu o turație a arborelui cotit de 5000 min⁻¹ și o cursă a pistonului de, să zicem, 75 mm, distanța totală parcursă de piston pe minut este de 375 m. Pe parcursul unei ore de funcționare a motorului, această distanță va fi de 2 km 250 m, iar pe parcursul unei luni de funcționare de 8 ore pe zi, excluzând weekendurile (ceea ce este, desigur, puțin probabil pentru o mașină obișnuită), pistonul va parcurge o distanță de 460 km. Cu o utilizare intensivă a mașinii în 5 ani (aceasta este durata de funcționare a vehiculului înainte de o revizie majoră a motorului, confirmată de statistici) pistonul va parcurge o distanță de 24.000 km!
Deci, uzura pistonului și a pieselor sale de cuplare (cilindrul motorului) inevitabil. Cu toate acestea, valorile de uzură ale grupului de piston (pistoane-segmente de piston) înainte de revizia majoră pentru motoarele diferitelor companii diferă foarte mult unele de altele. Deci, uzura maximă a pistoanelor și a segmenților de piston ai motoarelor Mercedes-Benz, Volkswagen, BMW, pentru majoritatea companiilor americane și japoneze, acest lucru se întâmplă după un kilometraj de aproximativ 300.000 km.
În același timp, motoarele altor modele, să zicem, mai puțin avansate, necesită înlocuirea pistoanelor și a segmenților de piston după doar 50.000 km parcurși (de aproape 10 ori mai puțin).
Atenție! Care este motivul pentru aceasta? Și cum depinde longevitatea acestor piese de condițiile de funcționare? Pentru a răspunde la aceste întrebări, să luăm în considerare două modele tipice de grupuri de pistoane pentru motoarele pe benzină și diesel. Să ne amintim mai întâi că presiunea gazului din interiorul cilindrilor acestor motoare la începutul cursei de lucru diferă de aproximativ două ori. Într-un motor pe benzină — fie cu carburator, fie cu injecție directă de combustibil — este de 40–55 kg/cm², în timp ce într-un motor diesel este de 70–80 kg/cm². Prin urmare, pistoanele motoarelor pe benzină și diesel diferă între ele, deși soluțiile lor fundamentale de proiectare sunt aceleași.
Un piston tipic pentru un motor pe benzină este turnat dintr-un aliaj de aluminiu și acoperit la exterior cu un strat de staniu pentru a îmbunătăți rodajul în alezajul cilindrului. Diametrul părții sale superioare – chiulasul – este cu 0,1 mm mai mic decât diametrul interior al cilindrului. Acest lucru se face pentru a preveni blocarea chiulasei pistonului în cilindru atunci când este încălzit la temperatura de funcționare. Canelurile inelare ale pistonului conțin două segmenți de compresie și un segment racleur de ulei. Partea inferioară a pistonului – fusta – are secțiune transversală ovală și înălțime conică: diametrul în partea superioară este mai mic decât în partea inferioară. În plus, în interiorul bosajelor pistonului există două inserții din oțel pentru reglarea temperaturii, cu găuri pentru bolțul pistonului. Toate acestea se fac pentru a preveni creșterea frecării dintre fustă și peretele cilindrului atunci când pistonul se încălzește. Cu un coeficient de dilatare termică mai mic decât aluminiul, aceste inserții strâng fusta într-o direcție perpendiculară pe axa bolțului pistonului.
Orificiul bolțului pistonului la motoarele moderne este de obicei deplasat de la axa de simetrie a pistonului spre partea dreaptă a motorului. Pentru a asambla corect pistonul cu biela și a le instala în cilindrul motorului, există un marcaj lângă orificiul bosajului, care ar trebui să fie orientat spre partea din față a motorului. Această decalare este realizată pentru a reduce componenta laterală a forței de presiune a gazului care apasă pistonul către o parte a cilindrului în timpul cursei de lucru.
Biela trebuie, de asemenea, să fie orientată corect în motor. Pe partea frontală există orificii pentru alimentarea cu un jet de ulei pe partea încărcată a oglinzii cilindrului (la unele motoare aceste găuri lipsesc). Carcasele lagărelor și capacul capătului de bie sunt, de asemenea, prevăzute cu marcaje corespunzătoare pentru asamblarea corectă. Performanța și durabilitatea viitoare a pistonului depind în mod semnificativ de precizia fabricației sale și de alegerea corectă a acestuia pentru alezajul cilindrului. Principalii producători de motoare folosesc astăzi un sistem conform căruia pistoanele sunt de obicei împărțite în cinci sau șase clase în funcție de diametrul exterior, în trepte de 0,01 mm. De asemenea, acestea sunt împărțite în trei sau patru categorii, în trepte de 0,004 mm, în funcție de diametrul alezajului bolțului pistonului. Cilindrii motorului au, de asemenea, o împărțire similară în cinci clase. Acest sistem permite o selecție mai precisă a unui piston pentru orice cilindru, chiar și unul uzat, și a unui bolț de piston din categoria necesară pentru alezajul din bosajele pistonului și biela. Pentru reparații majore ale motorului, care implică de obicei găurire (diametre crescătoare) cilindri, producătorii de piese de schimb produc așa-numiții pistoane de reparație supradimensionate.
Pistonul unui motor diesel modern este proiectat să reziste la presiuni mai mari, astfel încât grosimea fundului și a bosajelor sale este mai mare. În plus, designul pistonului diesel este oarecum diferit de cel discutat mai sus. Principala diferență constă în amplasarea camerei de ardere direct în chiulasul pistonului. Deoarece arderea amestecului combustibil-aer are loc atunci când pistonul se află aproape de punctul mort superior, gazele fierbinți încălzesc chiulasa pistonului mai puternic, iar pereții părții superioare a cilindrului se încălzesc ceva mai puțin decât la motoarele pe benzină. Pentru a asigura o etanșare fiabilă a pistonului în cilindru, pe suprafața sa exterioară sunt realizate cinci caneluri pentru instalarea segmenților de piston. Inelele de compresie sunt instalate în cele trei caneluri superioare. Două inele raclete de ulei sunt amplasate în canelurile inferioare. Multe companii produc inele de compresie dreptunghiulare care practic nu diferă de inelele utilizate în motoarele pe benzină. Totuși, un design mai progresiv, deși mai scump, este unul cu o suprafață de lucru superioară conică a inelului. Unghiul conic al acestor inele este de obicei stabilit la 10°. Utilizarea inelelor conice oferă o oarecare creștere a durabilității lor, deoarece în timpul cursei de alimentare, componenta forței de presiune a gazului de pe suprafața conică a inelei o presează suplimentar împotriva alezajului cilindrului. O caracteristică specială a întreținerii și reparării pistoanelor cu segmenți de compresie conici este necesitatea unui control precis al jocului. Spațiile dintre canelură și inelele racletoare de ulei sunt controlate în același mod ca la motoarele pe benzină.
Forțele de frecare dintre suprafețele fustei pistonului și peretele cilindrului sunt mai mari la motoarele diesel decât la motoarele pe benzină. Pentru a crește durabilitatea, pe suprafața fustei pistonului se aplică un strat de grafit coloidal special. Îmbunătățește semnificativ potrivirea pistonului pe cilindru și îi crește durata de viață înainte de reparații majore. Un tratament similar al suprafețelor de frecare ale pistoanelor este utilizat astăzi la motoarele pe benzină.
Pe lângă uzura suprafețelor fustei, se uzează și canelurile segmenților de compresie a pistonului. În plus, canelura inelului racleur de ulei se uzează și ea, deși o astfel de uzură este de obicei mult mai mică. Pe măsură ce canelurile se uzează, segmenții pistonului încep să se miște din ce în ce mai intens în sus și în jos pe înălțimea canelurii, iar așa-numita acțiune de pompare a segmenților devine din ce în ce mai vizibilă. Acest efect se manifestă prin consumul tot mai mare de ulei de motor al motorului. Când uleiul intră în camera de ardere, acesta arde acolo, formând fum albastru care iese din țeava de eșapament a mașinii. Dacă canelurile sunt uzate semnificativ, înlocuirea inelelor cu altele noi nu va îmbunătăți prea mult situația. Există o nevoie obiectivă de a înlocui întregul grup de pistoane și este foarte de dorit să se alezeze cilindrii la dimensiunea reparației. Toate tipurile de uzură descrise sunt un proces natural și, din păcate, inevitabil.
Totuși, această uzură naturală se poate răspândi în timp, prelungind astfel durata de viață a motorului. Nu e nevoie să descoperi America aici. Trebuie doar să respectați cu strictețe cerințele producătorului pentru funcționarea vehiculului, să utilizați ulei de motor și filtre de ulei de înaltă calitate și să reglați corect sistemul de alimentare. Rezultate bune se obțin prin utilizarea modificatorilor și preparatelor de ulei și combustibil de înaltă calitate care modifică microstructura straturilor superficiale ale suprafețelor de frecare ale motorului.
Odată cu aceasta, uzura motorului, precum și cea a întregului vehicul, depinde în mare măsură de șofer, de calificările și cunoștințele tehnice ale acestuia. Nu este de mirare că mașinile aceleiași mărci servesc unii șoferi mult timp și fără defecțiuni, în timp ce alții au nevoie de reparații aproape în fiecare săptămână. Un șofer experimentat aproape niciodată nu permite motorului să funcționeze sub supraîncărcare, și mai ales cu detonare. El ascultă constant motorul mașinii sale pornind și reacționează imediat la orice supraîncărcare, de obicei însoțită de un sunet jos, bubuitor, la o turație mică a arborelui cotit. Modul de accelerare al mașinii, de asemenea,
însoțită de uzură crescută a motorului. Îmi vine în minte o analogie cu un cal și un călăreț: un proprietar grijuliu nu își va biciui prietenul patruped inutil, forțându-l să alerge cu viteză maximă, mai ales când calul nu este încă încălzit. Desigur, în situații critice, șoferul își poate permite să accelereze mașina în mod imprudent și extrem de brusc. Dar dacă un astfel de stil de condus abrupt devine un obicei, repararea motorului va fi asigurată de două ori mai repede decât este stipulat în condițiile tehnice.
Adesea, se observă un alt tip de uzură care nu este prevăzut de nicio instrucțiune. Aceasta este o defecțiune de urgență a elementelor grupului de biele și piston, și în principal a inelelor și punților canelurilor inelelor de piston. La motoarele pe benzină, acest lucru se datorează în principal detonării. Să ne amintim că detonarea este o ardere explozivă a amestecului combustibil-aer din cilindru, însoțită de o creștere bruscă a presiunii în camera de ardere. Aceasta este echivalentă cu o lovitură puternică cu un baros asupra unui piston și segmenților staționari. Piesele, în mod firesc, nu sunt proiectate pentru o astfel de sarcină și se pot rupe, deteriorând apoi oglinda cilindrului cu fragmentele lor. Există mai multe motive pentru detonare. Principala problemă este însă motorul care funcționează pe benzină cu o cifră octanică mai mică decât cea specificată în specificațiile tehnice, precum și supraîncălzirea și funcționarea cu un amestec de combustibil supraîmbogățit. Un șofer experimentat trebuie să poată auzi bătăile de detonare atunci când motorul funcționează și să reducă imediat alimentarea cu combustibil în timpul accelerării, apoi să elimine cauzele detonării. Sunetul detonării este un clic metalic înalt, care se potrivește cu frecvența de rotație a arborelui cotit. Acestea pot fi abia auzite pe fundalul altor sunete ale motorului, în special cu o sincronizare a aprinderii ușor avansată, și dispar odată cu o reducere foarte ușoară a debitului de combustibil (benzină). O astfel de detonație abia perceptibilă indică o sincronizare corectă a aprinderii, dar uneori bătăile de detonație apar imediat la apăsarea pedalei de accelerație, ceea ce este, desigur, inacceptabil. A continua să conduci în acest mod este echivalent cu a zdrobi interiorul motorului cu un ciocan.
Motoarele diesel nu sunt la fel de sensibile la modificările compoziției combustibilului, deși pot întâmpina totuși probleme care duc la o uzură crescută a pieselor mecanismului de manivelă. Aceasta este în principal supraîncălzirea motorului și scăderea asociată a vâscozității uleiului, mai ales dacă calitatea uleiului este scăzută. Uzura crescută poate fi, de asemenea, o consecință a reglării necorespunzătoare a pompei de combustibil de înaltă presiune și a deteriorării atomizării combustibilului în camerele de ardere din cauza injectoarelor defectuoase. Și, bineînțeles, multe depind de șoferul însuși.
Așadar, din toate cele spuse, se pot trage următoarele concluzii. Longevitatea motorului mașinii dumneavoastră, precum și a întregului vehicul, depinde de doi factori: calitatea manoperei, pentru care producătorul este responsabil, și nivelul de întreținere tehnică, pentru care șoferul este în cele din urmă responsabil. Acest lucru trebuie ținut cont atât la achiziționarea unei mașini, cât și la pregătirea și instruirea șoferilor.