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 колінчастого валу 5000 хв⁻¹ і ході поршня, скажімо, 75 мм сумарний шлях, що долається поршнем за хвилину, становить 375 м. За годину роботи двигуна ця відстань становитиме 2 км 250 м, а за місяць експлуатації по 8 год на день, крім вихідних (що, звичайно, малоймовірно для середнього автомобіля), поршень подолає відстань 460 км. При інтенсивній експлуатації автомобіля за 5 років (а саме таку тривалість експлуатації автомобіля до капітального ремонту підтверджує статистика) поршень покриє відстань 24000 км!
Отже, знос поршня і деталей, що з ним сполучаються (циліндра двигуна) неминучий. Однак значення зносу поршневої групи (поршні-поршневі кільця) до капітального ремонту для двигунів різних фірм дуже відрізняються один від одного. Так, граничне зношування поршнів і поршневих кілець двигунів Mercedes-Benz, Volkswagen, BMW, Більшість 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).
Увага! У чому причина? І як залежить довговічність цих деталей умов експлуатації? Для відповіді на ці питання розглянемо дві типові конструкції поршневих груп бензинового двигуна та дизеля. Нагадаємо насамперед, що тиск газів усередині циліндрів цих двигунів на початку робочого ходу відрізняється приблизно вдвічі. У бензиновому двигуні - карбюраторному або з безпосереднім упорскуванням палива воно становить 40-55 кг/см2, в дизелі - 70-80 кг/см2. Тому і поршні бензинового та дизельного двигунів відрізняються один від одного, хоча головні конструктивні рішення у них однакові.
Типовий поршень бензинового двигуна відлитий з алюмінієвого сплаву та покритий зовні шаром олова для покращення приробітку до дзеркала циліндра. Діаметр його верхньої частини – головки – на 0,1 мм менший, ніж внутрішній діаметр циліндра. Це зроблено для запобігання заклинювання головки поршня в циліндрі під час розігріву до робочої температури. У кільцевих канавках поршня розміщені два компресійні кільця і одне маслознімне. Нижня частина поршня - спідниця - у поперечному перерізі овальна, а по висоті конічної форми: у верхній частині діаметр менше, ніж у нижній. Крім того, усередині бобишок поршня з отворами під поршневий палець є дві сталеві терморегулюючі вставки. Все це зроблено для запобігання збільшенню тертя між спідницею та дзеркалом циліндра при нагріванні поршня. При меншому, 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 поршня 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 зменшення бічної складової сили тиску газів, притискає поршень до однієї зі сторін циліндра під час робочого ходу.
Шатун також має бути правильно орієнтований у двигуні. На його передній стороні виконані отвори для подачі струменя олії на навантажену сторону дзеркала циліндра (у деяких двигунах ці отвори відсутні). Вкладиші та кришка нижньої головки шатуна також забезпечені відповідними мітками для правильного збирання. Від точності виготовлення поршня та правильного підбору його до отвору циліндра істотно залежить його подальша працездатність та довговічність. Провідні моторобудівні фірми застосовують сьогодні систему, відповідно до якої поршні по зовнішньому діаметру розбиті зазвичай п'ять чи шість класів з кроком 0,01 мм. Крім того, вони розділені на три або чотири категорії з кроком 0,004 мм відповідно до діаметра отвору під поршневий палець. Циліндри двигуна також мають подібний поділ на п'ять класів. Така система дозволяє точніше підібрати поршень до будь-якого, навіть зношеного циліндра, а поршневий палець потрібної категорії - до отвору в бобишках і шатуна. Для капітального ремонту двигунів, що зазвичай полягає в розточуванні (збільшенні діаметрів) циліндрів, виробники запасних частин випускають звані ремонтні поршні збільшених розмірів.
Поршень сучасного дизеля розрахований сприйняття вищих тисків, тому товщина його днища і бобишек більше. Крім того, конструкція поршня дизеля дещо відрізняється від розглянутої вище. Головна відмінність - це розміщення камери згоряння безпосередньо в головці поршня. Оскільки згоряння паливоповітряної суміші відбувається при знаходженні поршня поблизу верхньої мертвої точки, гарячі гази сильніше нагрівають головку поршня, а стінки верхньої частини циліндра нагріваються трохи менше, ніж у бензинових двигунах. Для надійного ущільнення поршня в циліндрі на зовнішній поверхні зроблено п'ять канавок для встановлення поршневих кілець. 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 більш дорогою, є конструкція з верховою конусною робочою поверхнею кільця. Кут нахилу утворює конуса у таких кілець роблять зазвичай рівним 10°. Застосування конусних кілець забезпечує деяке збільшення їхньої довговічності, оскільки під час робочого ходу складова сили тиску газів на конусну поверхню кільця додатково притискає його до дзеркала циліндра. Особливістю обслуговування та ремонту поршнів з конусними компресійними кільцями є необхідність точного контролю зазорів. Зазори між канавкою та маслознімними кільцями контролюють так само, як у 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 наносять шар спеціального колоїдно-графітового покриття. Воно набагато покращує продуктивність поршня до циліндра і збільшує 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 компресійних кілець поршнів. Крім того, зношується і канавка маслосьемного кільця, хоча такий знос зазвичай значно менший. При зношуванні канавок кільця поршня починають все більш інтенсивно переміщатися вниз і вгору по висоті канавки і все більш відчутною стає так звана насосна дія кілець. Ця дія проявляється у дедалі більшому витраті двигуном моторного масла. Потрапляючи в камеру згоряння, масло 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, причому дуже бажана розточування циліндрів до ремонтного розміру. Всі описані види зношування – це природний і, на жаль, невідворотний процес.
Проте це природне зношування можна розтягнути в часі, продовжуючи таким чином термін служби двигуна. Америку тут відкривати не треба. Просто слід точно виконувати вимоги виробника з експлуатації автомобіля, користуватися якісною моторною олією та масляними фільтрами, правильно регулювати паливну апаратуру. Хороші результати дає застосування якісних модифікаторів олії та палива, препаратів, що змінюють мікроструктуру поверхневих шарів поверхонь 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 навантаженням, а тим більше з детонацією. Він постійно слухає, як працює двигун його машини, і негайно реагує на будь-яке навантаження, що зазвичай супроводжується гучним звуком низького тону на зниженій частоті обертання колінчастого валу. Режим розгону автомобіля також
супроводжується підвищеним зносом 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 буде забезпечений вдвічі раніше, ніж передбачено технічними умовами.
Найчастіше спостерігається й інший, не передбачений жодними інструкціями, вид зносу. Це аварійна поломка елементів 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 паливоповітряної суміші в циліндрі, що супроводжується стрибкоподібним підвищенням тиску в камері згоряння. Це рівносильно різкому удару кувалдою по нерухомому поршню та кільцям. Деталі, звичайно, не розраховані на таке навантаження і можуть поламатися, пошкодивши потім своїми уламками дзеркало циліндра. Причин детонації кілька. Однак головна з них – ця робота двигуна на бензині з нижчим, ніж це передбачено технічними умовами, октановим числом, а також перегрів та робота на перезбагаченій 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 металеві клацання високого тону, що збігаються за частотою з частотою обертання колінчастого валу. Вони можуть бути ледь чутні на тлі інших звуків працюючого двигуна, особливо при злегка ранньому запалюванні, і пропадають при 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 при натисканні на педаль акселератора, що, звичайно ж, неприпустимо. Продовжувати рух у такому режимі рівносильно розбиванню молотком нутрощів двигуна.
Дизельні двигуни не настільки чутливі до зміни складу палива, хоча і в них трапляються неприємності, що ведуть до підвищеного зношування деталей кривошипно-шатунного механізму. Це насамперед перегрів двигуна і пов'язане з ним зменшення в'язкості олії, особливо якщо якість олії невисока. Підвищений зношування може бути також наслідком неправильного регулювання паливного насоса високого тиску та погіршення розпилення палива в камерах згоряння через порушення роботи форсунок. І, звичайно ж, багато залежить від самого водія.
Отже, зі всього сказаного можна зробити такі висновки. Довговічність двигуна вашого автомобіля, як і всього транспортного засобу в цілому, залежить від двох факторів: якості виготовлення, за яке відповідає фірма-виробник, та рівня технічної експлуатації, за який зрештою відповідає водій. Про це потрібно пам'ятати як при покупці автомобіля, так і під час підготовки та навчання водіїв.