Tłoki silnika: Jak działają?
Tłoki są podstawową częścią tłokowego silnika spalinowego. Tłoki silnika pośredniczą w przekazywaniu energii pomiędzy komorą spalania a połączonym z tłokami mechanizmem ruchu.
Ten artykuł rzuci światło na działanie tłoków, konstrukcję, materiał i siły, które muszą wytrzymać.
Treść
Funkcja tłoków silnika
Tłoki silników spalinowych są jednymi z najbardziej obciążonych elementów silnika. Muszą one znosić duże obciążenia spowodowane bardzo wysokimi temperaturami (ok. 2000°C) oraz dużymi ciśnieniami, które w silnikach wysokoprężnych są nawet wyższe niż w silnikach benzynowych. W ten sposób tłoki są obciążone głównie ciśnieniem i temperaturą.
Wał korbowy: Do czego służy i jakie siły musi wytrzymać?
Ponadto tłoki silnika spalinowego muszą obracać wał korbowy za pomocą korbowodów i wychwytywać ciśnienie rozprężania gazów swoją powierzchnią. Kolejnym zadaniem tłoków jest oddzielenie komory spalania od komory wału korbowego.
Tłoki muszą dobrze uszczelniać, ale nie za mocno, aby zachować szczelinę między płaszczem tłoka a ścianką cylindra. Tłoki muszą być mniejsze niż cylinder (setki milimetrów) - w przeciwnym razie mogą się zatrzeć lub pęknąć. Wynika to z rozszerzalności cieplnej materiałów.
Przyjrzyj się uważnie animacji ruchu tłoka powyżej i zauważ niewielką szczelinę między płaszczem tłoka a ścianą cylindra. Dwa rzędy na tłoku reprezentują pierścienie tłokowe, które są bliżej ścianki niż sam tłok.
Budowa tłoków silnika
Tłok silnika spalinowego składa się z kilku części:
Korona/głowica tłoka
Spódnica tłokowa
Sworzeń tłoka lub sworzeń tłoka
Pierścienie tłokowe
1. Korona tłoka
Dno tłoka, znane jako dekiel tłoka, to powierzchnia na górze tłoka. Musi wytrzymać bardzo wysokie temperatury i ciśnienie w komorze spalania.
2. Spódnica tłoka
Płaszcz tłoka jest cylindryczną ścianą tłoka i musi pozostać smarowany podczas pracy silnika, tj. gdy tłok porusza się w górę iw dół. Aby zachować smarowanie, powierzchnia płaszcza tłoka jest lekko chropowata.
3. Trzpień tłoka
Sworzeń tłoka jest to krótki, wydrążony pręt, zwykle wykonany z bardzo wytrzymałego i twardego stopu stali. Ten sworzeń łączy tłok z korbowodem, a także zapewnia łożysko korbowodu.
Korbowód: Jaka jest jego funkcja?
Konstrukcja sworznia tłokowego ma kluczowe znaczenie dla osiągów silnika, szczególnie w małych, wysokoobrotowych silnikach samochodowych. W tych silnikach sworzeń tłokowy musi wytrzymywać duże obciążenia i naprężenia podczas pracy z dużymi prędkościami.
4. Pierścienie tłokowe
Tłok jest wyposażony w pierścienie uszczelniające cylinder i zapobiegające utracie kompresji i wyciekom oleju. Pierścienie tłokowe są umieszczone w rowkach tłoka z pewnym luzem, aby zapewnić prawidłowe smarowanie płaszcza tłoka i ścianek cylindra.
Pierścienie tłokowe: Jaka jest ich funkcja i rodzaje?
Zwykle na jednym tłoku montowane są dwa do trzech pierścieni tłokowych. Istnieją dwa rodzaje pierścieni tłokowych:
Pierścień dociskowy - Dwa górne pierścienie (tylko jeden w przypadku, gdy tłok ma tylko dwa pierścienie) uszczelniają komorę spalania, dociskając do ścianki cylindra.
Pierścień zgarniający olej - Dolny pierścień, zwany pierścieniem zgarniającym olej, spełnia trzy funkcje: kontroluje dopływ oleju silnikowego do cylindra, smaruje osłonę tłoka i zapobiega przedostawaniu się nadmiaru oleju do komory spalania.
Rodzaje tłoków
Istnieją trzy rodzaje tłoków, każdy o innym kształcie i funkcji: płaski, kopułkowy i półmiskowy.
Płaskie tłoki
Płaskie tłoki mają płaską górną powierzchnię, co pozwala im wytworzyć największą siłę i zapewnić wydajne spalanie. Mogą jednak powodować zbyt dużą kompresję dla mniejszych komór spalania.
Tłoki kopułkowe
Zamiast płaskiej powierzchni tłoki w kształcie kopuły mają kopułę pośrodku korony. Ta konstrukcja zwiększa stopień sprężania, ale konstrukcja tłoka kopułkowego jest inna. Niektóre wypukłe tłoki cierpią z powodu powolnego spalania.
Tłoki miski
Tłoki miski są dokładnym przeciwieństwem tłoków kopułkowych i, jak sama nazwa wskazuje, mają górną część w kształcie miski lub naczynia z lekko zakręconymi zewnętrznymi krawędziami. Ta konstrukcja pomaga uniknąć detonacji, ponieważ zmniejsza stopień sprężania, dodając dodatkową objętość miski do komory. Tłoki te są zwykle stosowane w silnikach z turbodoładowaniem lub doładowaniem.
Różnica wysokości tłoków
Między innymi wysokość tłoka powoduje różne właściwości. Wysoki tłok jest cięższy niż niski. W silnikach szybkoobrotowych stosuje się znacznie krótsze tłoki niż w silnikach konwencjonalnych właśnie ze względu na ich mniejszą masę.
Silniki benzynowe na ogół mają tłoki o krótszym skoku niż silniki wysokoprężne. Dlatego tłok silnika benzynowego zwykle kończy swój skok w krótszym czasie niż tłok silnika wysokoprężnego. Jednak silniki benzynowe mają niższą sprawność niż silniki wysokoprężne ze względu na ich niższy stopień sprężania.
Wadą bardzo krótkich tłoków jest zwiększone zużycie oleju silnikowego, ponieważ taki tłok nie może idealnie uszczelnić komory spalania.
Klasyfikacja olejów silnikowych — Co warto o nich wiedzieć?
Materiał tłoków silnika
Tłoki są często wykonane ze stopów aluminium, krzemu, miedzi, niklu i magnezu, ale można również użyć innych materiałów. Tłoki używane w wyścigach są znacznie bardziej solidne niż tłoki do silników samochodów osobowych, a ich waga jest znacznie mniejsza, aby osiągnąć wysokie obroty silnika.