Przedmioty:
- Zarys ogólny
- Dno tłoka
- Materiały
- Pierścienie tłokowe
- Luz końcowy pierścieni tłokowych
- Sworzeń tłokowy
- Odsaksowanie sworznia tłokowego
- Zniekształcenie tłoka
- Przechylny tłok
- Chłodzenie
Ogólne:
Tłoki wykonują ruchy w cylindrze w górę i w dół. Cylinder utknął w bloku silnika i nie porusza się. Tłok w cylindrze stale przemieszcza się z ODP (dolnego martwego punktu) do TDC (górnego martwego punktu). Spalanie odbywa się w górnej części tłoka (zwanej dolną częścią tłoka). Ponieważ zawory dolotowe otwierają się, a tłok przesuwa się w kierunku, w sekcji dolotowej wytwarza się podciśnienie. Podciśnienie to zasysa powietrze (lub mieszankę paliwową) do cylindra. W silniku doładowanym (za pomocą turbosprężarki lub sprężarki) powietrze dolotowe jest wtłaczane do cylindra pod pewnym nadciśnieniem.
De zawory dolotowe zamyka się i tłok przesuwa się w górę. Powietrze (lub mieszanka paliwowa) jest następnie sprężana (sprężana) w temperaturze a silnik benzynowy z zgłębnik i na jednym silnik wysokoprężny zapalić się po dodaniu oleju napędowego.
Ponieważ mieszanina zapala się, tłok jest dociskany z dużą siłą. A później zawory wydechowe otwiera się, a tłok wypycha spalone gazy do wydechu podczas suwu w górę.
Tłoki muszą spełniać następujące właściwości:
- Najniższa możliwa masa, aby utrzymać możliwie najniższe siły masowe w GMP i ODP. Małe siły masowe powodują mniejsze obciążenie łożysk i umożliwiają wyższe częstotliwości obrotowe.
- Dobre przewodzenie ciepła; temperatura dna tłoka może przekroczyć 400 stopni Celsjusza. Aby zapobiec zbyt wysokiemu wzrostowi temperatury podstawy tłoka, jest on stale chłodzony strumieniem oleju skierowanym do spodu. Niższe obciążenie termiczne powoduje mniejsze zużycie i mniejsze zużycie oleju.
- Wystarczająca odporność mechaniczna.
- Niski współczynnik tarcia.
Dno tłoka:
Górna część tłoka nazywana jest „koroną” lub „dnem tłoka”. Wgłębienia na zawory są często szlifowane w dnie tłoka.
W silnikach wysokoprężnych z wtryskiem bezpośrednim dno tłoka często nadal stanowi część przestrzeni spalania. Następnie w tłoku mielona jest specjalna wnęka, która służy do zawirowania powietrza. Powietrze w tej przestrzeni będzie wykonywało ruch wirowy, dzięki czemu olej napędowy natychmiast dobrze wymiesza się z tym powietrzem podczas wtrysku.
Na zdjęciu silnik wysokoprężny z bezpośrednim wtryskiem paliwa, z komorą wirową wstępną w tłoku. Silnik wysokoprężny z wtryskiem pośrednim ma oddzielną komorę zawirowania wstępnego w głowicy cylindrów. W dnie tłoka nie ma wówczas przestrzeni spalania.
Materiały:
Tłoki są zwykle wykonane ze stopów aluminium lub magnezu. Czasami stosuje się tłoki z kutego aluminium z chromowanymi podstawami tłoków. Są bardzo mocne i mają niską wagę. Zaletą jest to, że ze względu na niewielką masę charakteryzują się również mniejszym obciążeniem mechanicznym ścianek cylindrów (a co za tym idzie mniejszym zużyciem), a ponadto można je stosować w silnikach o dużej mocy. Ze względu na specjalistyczną produkcję cena jest znacznie wyższa niż w przypadku zwykłych tłoków aluminiowych.
Małe rowki wykonano również z boku tłoka, porównywalne z rowkami honującymi w ściance cylindra. Służą one do „przenoszenia” oleju podczas poruszania się w górę i w dół. Gdyby nie zapewniono małych rowków, olej mógłby po prostu przejść obok nich i trafić do komory spalania.
Pierścienie tłokowe:
Pierścienie tłokowe muszą zapewniać możliwie najlepsze uszczelnienie gazowe pomiędzy tłokiem w cylindrze. Nieszczelności wzdłuż pierścieni tłokowych powodują m.in.:
- Strata kompresji (a tym samym utrata mocy).
- Utrata oleju przez komorę spalania.
- Przedwczesne starzenie się i zanieczyszczenie oleju; Ponieważ do oleju dostają się gazy wyciekające, mogą one mieszać się z olejem, powodując jego starzenie się.
Pomiędzy rowkami pierścieni tłokowych a pierścieniami tłokowymi zawsze znajduje się warstwa oleju (patrz ilustracja poniżej). Nie jest możliwe, aby same pierścienie tłokowe zapewniały uszczelnienie. Ważną rolę odgrywa w tym także olej. To idzie tak:
- Gdy tłok podnosi się, pierścienie tłokowe przesuwają się do dolnej części rowka pierścienia tłokowego. (patrz zdjęcie)
- Olej na ściance cylindra przenika pomiędzy pierścień tłokowy a rowek pierścienia tłokowego. Powoduje to dociśnięcie tłoka do ścianki cylindra.
Kiedy pierścienie zgarniające olej są zużyte, olej może przedostać się pomiędzy ściankę cylindra a pierścień zgarniający olej, powodując przedostanie się do komory spalania. Następnie olej ulega spaleniu, w wyniku czego z układu wydechowego wydobywa się niebieski lub czarny dym. Niebieski dym pochodzi z oleju silnikowego, który przedostaje się bezpośrednio do układu wydechowego, niespalony i odparowuje. W przypadku czarnego dymu olej bierze udział w procesie spalania, a pozostałości spalonego oleju opuszczają układ wydechowy w postaci (czarnej) sadzy.
Luz końcowy pierścieni tłokowych:
Luz szczelinowy to przestrzeń pomiędzy dwoma końcami pierścienia tłokowego. Jeśli luz blokujący jest zbyt mały, pierścień tłokowy nie ma miejsca na uformowanie się do mniejszej średnicy. Ścianka cylindra może zostać uszkodzona, a pierścień tłokowy może pęknąć. Jeśli luz zamka jest zbyt duży, pomiędzy końcami jest zbyt dużo miejsca; pierścienie tłokowe nie uszczelniają wystarczająco i mogą powodować utratę kompresji lub zwiększone zużycie oleju.
Luz zamkowy mierzy się za pomocą a szczelinomierz. Przy powyższym pomiarze luz zamka powinien wynosić od 0,35 do 0,55 mm. Szczelinomierz o grubości 0,5 mm można było przesunąć z pewnym oporem. Zatem ostateczne rozliczenie jest w porządku. Więcej informacji znajdziesz na stronie „pomiary pierścieni tłokowych" pod nagłówkiem Pomiar mechaniczny.
Sworzeń tłokowy:
Sworzeń tłokowy służy do obrotowego mocowania tłoka do korbowodu. Sworzeń tłokowy jest (teoretycznie) osadzony pośrodku tłoka i zabezpieczony pierścieniem zabezpieczającym. W rzeczywistości sworzeń tłokowy jest zamontowany mimośrodowo, co poprawia wydajność. Więcej informacji na ten temat znajdziesz poniżej w kolejnym rozdziale: Odosiowanie sworznia tłokowego.
Odaksowanie sworznia tłokowego:
Pozaosiowe położenie sworznia tłokowego oznacza, że sworzeń tłokowy nie jest całkowicie wycentrowany (jak pokazano na rysunku). Tłoki te muszą oczywiście być również zamontowane w określonym kierunku. Kierunek wskazuje strzałka zaznaczona na dnie tłoka. Ta strzałka wskazuje stronę dystrybucji.
Umieszczenie sworznia tłokowego poza środkiem służy ważnemu celowi; zmniejszyć zużycie ścianki cylindra i zmniejszyć hałas wytwarzany przez tłok podczas wymiany ścianek cylindra. Gdy tłok porusza się w górę, jest dociskany do lewej strony ścianki cylindra, a gdy tłok porusza się w dół, jest dociskany do prawej strony. Przy każdym suwie mocy tłok będzie uderzany z lewej strony w prawą z ogromną siłą.
Ponieważ sworzeń tłokowy jest umieszczony niecentrycznie, korbowód jest już ustawiony pionowo przed GMP. Tłok przesuwa się na prawą stronę cylindra przed suwem mocy. Kiedy teraz następuje skok mocy, tłok znajduje się już w prawidłowej pozycji i może teraz jednym ruchem opaść prosto w dół. Ze względu na niecentryczny sworzeń tłokowy, tłok nie uderza już w ściankę cylindra podczas suwu mocy, co zmniejsza hałas i zużycie.
Zniekształcenie tłoka:
Tłok przybiera inny kształt w ciepłym silniku niż w zimnym. Materiał rozszerza się pod wpływem ciepła. Tłok jest skonstruowany w taki sposób, że rozprężanie następuje tylko w jednym kierunku. W przeciwnym razie tłok mógłby utknąć w cylindrze.
Po lewej stronie rysunku widać tłok w normalnym stanie. Zdjęcie środkowe przedstawia tłok w cylindrze widziany z góry, gdy ma on temperaturę roboczą. Zatem silnik pracował przez jakiś czas, co spowodowało nagrzanie i rozszerzenie materiału tłoka. Zdjęcie po prawej przedstawia tłok w stanie zimnym. Teraz ma kształt owalny. Strzałki powyżej i poniżej wskazują różnicę w wielkości. Tłok na prawym zdjęciu został wzmocniony na szerokości i celowo skonstruowany na długości, tak aby miał miejsce na rozszerzanie się. Dzieje się tak dlatego, że każdy materiał rozszerza się pod wpływem ciepła. Tłok również musi mieć na to miejsce.
Strona, która nie rozszerza się, czyli lewa i prawa strona tłoka na rysunku, podczas suwu mocy dociskana jest do ścianki cylindra. Ta strona pochłania siłę ślizgową (patrz ilustracja w rozdziale poniżej „przechylanie tłoka”. Jest to oczywiście tak skonstruowane, ponieważ w przeciwnym razie przestrzeń pomiędzy tłokiem a ścianką cylindra byłaby zbyt duża przy tak ogromnej sile. Tłok wówczas staje się, silnik jest rzucany na ściankę cylindra i dlatego jego żywotność jest krótka.
Mimo to dźwięk może być inny, gdy silnik jest zimny, niż gdy silnik jest ciepły. Kiedy silnik jest zimny, luz pomiędzy tłokiem a cylindrem jest tak duży, że nadal słychać lekkie stukanie. Nie stanowi to żadnego problemu, o ile faza rozgrzewania silnika przebiega płynnie. Rozumiem przez to, że silnik należy rozgrzewać powoli (nie za duże prędkości i na pewno nie za dużo gazu przy niskich prędkościach). Jeśli tak się stanie, tłok nie jest jeszcze całkowicie rozciągnięty, a olej nie osiągnął jeszcze temperatury roboczej co najmniej 60 lub 80 stopni. Silnik będzie wtedy miał znacznie krótszą żywotność. Ścianka cylindra będzie zużywać się szybciej, podobnie jak bok tłoka, który będzie się intensywnie zużywał. Producent może również zmniejszyć hałas tłoka poprzez zastosowanie „odsaksowania”. (Patrz rozdział powyżej).
Tłok przechylny:
Podczas ruchu w górę i w dół tłok porusza się również nieznacznie w kierunku poprzecznym w ściance cylindra. Jeżeli na skutek nieprawidłowego użytkowania silnika dojdzie do zużycia ścianki cylindra (na przykład jazdy na wysokich obrotach, gdy silnik jest zimny), część ścianki cylindra (zaznaczona na czerwono na obrazku) może stać się pusta. Dużą rolę może mieć w tym przypadku także zły dobór materiałów przez producenta samochodu (przypomnijmy niektóre silniki 1.4 16v z grupy VAG).Oznacza to, że szerokość ścianki cylindra wzrasta, a co za tym idzie, tłok ma większą swobodę ruchu jako wyniku siły ślizgowej. W takim przypadku mówimy o „tłokach uchylnych”. Na zdjęciu widać, że tłok jest lekko skręcony w cylindrze. Trochę przesadzona sytuacja, ale koncepcja „uchylnego tłoka” jest wyraźnie widoczna.
W wyniku przechylania się tłoków silnik wytwarza wiele dźwięków tykania. Czasem można go niemal porównać do dźwięku wytwarzanego przez silnik Diesla. Dźwięk to po prostu uderzanie w ściankę cylindra ze względu na dodatkową przestrzeń, jaką tłok ma w cylindrze. W rezultacie często wzrasta zużycie oleju (z powodu złego uszczelnienia), a zużycie również często wzrasta. Jedyne co można z tym zrobić to remont silnika.
Chłodzenie:
Tłok jest chłodzony poprzez rozpylanie oleju silnikowego na dnie. Można to zrobić za pomocą rozpylacza oleju (patrz zdjęcie poniżej) lub przez otwór w korbowodzie. To, wraz z dodatkowymi informacjami na temat chłodzenia i smarowania, opisano na stronie system smarowania.
