Tłoki, czyli konstrukcja i działanie układu korbowego - część 1

Tłok jest jednym z najbardziej obciążonych cieplnie elementów w komorze spalania. Od jego konstrukcji zależy szereg właściwości charakteryzujących proces spalania.

Do głównych zadań, jakie muszą spełniać tłoki, należą:

• uszczelnienie cylindra
• przekazywanie siły nacisku pochodzącej od gazów do dalszych elementów układu korbowego
• prowadzenie korbowodu w górnej części
• wystarczająco sprawne odprowadzanie ciepła z powierzchni (denko tłoka) styku ze spalinami

Kształt tłoka wpływa także na odpowiednie warunki spalania w cylindrze, jak np. zawirowania mieszanki paliwowo-powietrznej. Tłok powinien być również lekki, ale zarazem wytrzymały i odporny na ścieranie. Właściwa rozszerzalność pod wpływem temperatury i korzystne warunki przewodzenia ciepła mogą być spełnione dzięki dobraniu odpowiedniego materiału.

Najczęściej stosowanym obecnie materiałem na tłoki są stopy aluminium z dodatkami krzemu, magnezu, miedzi, niklu. Zapewnia to im wystarczająco niewielką wagę i w efekcie cały układ korbowy jest mniej obciążony w wyniku mniejszych sił bezwładności.

W budowie tłoka możemy wyróżnić następujące elementy:

• DenkoKształt denka tłoka, zwłaszcza w silnikach o zapłonie samoczynnym, zależy od typu komory spalania. Dla przykładu, kiedy mamy do czynienia z wtryskiem bezpośrednim, to większa część mieszanki spala się właśnie w odpowiednio ukształtowanym denku. W przypadku dzielonej komory spalania (na komorę wirową i wstępną), używanej przeważnie w połączeniu z wtryskiem pośrednim, denka tłoków z reguły są płaskie lub lekko wypukłe dla zwiększenia ich wytrzymałości.
• Część pierścieniowąJak sama nazwa wskazuje, w tej części znajdują się pierścienie spełniające dwa główne zadania: uszczelnianie tłoka w cylindrze oraz odprowadzanie ciepła z tłoka do ścianek cylindra. Są one wykonywane z żeliwa szarego, żeliwa sferoidalnego lub stopowego z dodatkiem chromu, niklu, molibdenu.Pierścienie mają przecięcie na swoim obwodzie w celu umożliwienia ich montażu na tłoku (zwykle 2 lub 3) oraz zapewnienia im odpowiedniej sprężystości. Pierwsze pierścienie od góry służą do uszczelniania. Czasem środkowy pełni rolę zarówno uszczelniającego, jak i zgarniającego (kompresyjno-zgarniający). Pierścień umieszczony najdalej od denka tłoka jest pierścieniem zgarniającym nadmiar oleju ze ścianek cylindra, aby ten nie przedostał się do komory spalania.
• Część prowadzącąNazywana także płaszczem tłoka, prowadzi go w cylindrze oraz przenosi siły od niego pochodzące na ścianki cylindra. Ta część jest najbardziej narażona na ścieranie. Prawidłowa praca nie tylko części prowadzącej, ale i całego tłoka zależy w dużej mierze od jego rozszerzalności cieplnej oraz zachowanego luzu pomiędzy nim a cylindrem.Zbyt mały luz będzie oznaczał zakleszczenie się tłoka po jego nagrzaniu i rozszerzeniu, natomiast za duży luz spowoduje jego nieprawidłowe ustawienie w cylindrze oraz zmniejszy szczelność. W tłokach niektórych silników stosuje się specjalne wkładki wykonane z trudno rozszerzalnego materiału. Umożliwiają one ograniczenie oraz sterowanie rozszerzalnością cieplną płaszcza tłoka. Wadą jest jednak pogorszenie odprowadzania ciepła do dolnych części płaszcza.
• PiastyPiasty wewnątrz tłoka spełniają rolę podparcia dla stalowego sworznia, który łączy tłok z korbowodem. Zazwyczaj sworzeń ten może się obracać zarówno w piaście, jak i w korbowodzie, choć niekiedy w jednym z tych elementów może być osadzony nieruchomo. Przed wysunięciem z piasty zabezpieczają go zwykle pierścienie sprężyste.