Reklama
www.mkn-moto.pl/ceed-c-2309_866_5503.html
Sprawdź szeroką ofertę dywanów samochodowych, na każdy sezon na motohobby.pl - sklep producenta.
A A A

Tłoki

Tłok ma kształt zbliżony do walca zamkniętego z jednej strony denkiem (rys. 2.3). Podczas pracy silnika największym obciążeniom cieplnym podlega denko tłoka. Najbardziej nagrzewa się środek den­ka, następnie temperatura obniża się w kierunku jego krawędzi i do dołu, wzdłuż bocznej krawędzi tłoka. W związku z nierównomiernym nagrzewaniem się tłoka, a zatem i nierównomiernym rozszerzaniem się, w stanie zimnym nie może on mieć kształtu regularnego walca. Dlatego też podczas obróbki tłokom nadaje się dość skomplikowany kształt, który zapewnia im, po nagrzaniu się w pracującym silniku, osiągnięcie kształtu możliwie najbardziej zbliżonego do walca. Denka tłoków są zwykle płaskie lub nieco wypukłe. Poruszając się ruchem posuwisto-zwrotnym w cylindrze czterosuwowego silnika tłok wykonuje następujące czynności: uszczelnia przestrzeń roboczą cylindra, wytwarza podciśnienie i w związku z tym umożliwia napływ świeżego ładunku do cylindra, przyjmuje i przekazuje na korbowód ciśnienie gazów, uszczelnia przestrzeń roboczą cylindra. W związku z zadaniem, jakie spełnia tłok w cylindrze pracującego silnika, jego konstrukcja powinna spełniać następujące warunki: zapewniać dobre odprowadzanie ciepła od denka tłoka do cylin­dra kadłuba, nie dopuszczać do dużej różnicy temperatur na powierzchni tłoka, odznaczać się odpornością na działanie wysokiej temperatury, zapewniać szczelne zamknięcie komory spalania, uniemożliwiać przechylanie się tłoka w cylindrze, odznaczać się małym współczynnikiem tarcia i małym współczyn- nikiem rozszerzalności cieplnej, , odznaczać się odpornością na korozję i ścieranie, mieć jak najmniejszy ciężar. W rzeczywistości nie istnieje taki idealny materiał, który spełniał­by wszystkie wymienione wymagania. Dlatego też obecnie tłoki wy­konuje się z różnych stopów, których własności możliwie najbardziej zbliżone są do materiału idealnego. Dawniej tłoki były wykonywane z żeliwa zwykłego lub stopowego. Wadą żeliwa jest jednak dość duży ciężar właściwy i stosunkowo nie­wielkie przewodnictwo cieplne. Obecnie tłoki wykonuje się ze stopów aluminium o różnym składzie. Stopy aluminium w porównaniu z żeli­wem mają takie wady, jak: większy współczynnik rozszerzalności cieplnej, mniejsza wytrzymałość w wysokiej temperaturze, mniejsza twardość i mniejsza odporność na ścieranie. Niewątpliwe jednak za­lety, jak mały ciężar właściwy i dobre przewodnictwo cieplne, zade­cydowały o powszechnym zastosowaniu stopów aluminium jako ma­teriału na tłoki. Istnieje kilka metod zapobiegania zbytniemu rozszerzaniu się tło­ków wskutek wysokiej temperatury w pracującym silniku. Jedną z takich metod jest ochrona dolnej części tłoka przed nadmiarem ciep­ła. W tym celu stosuje się przecięcia całkowite lub częściowe bocznej powierzchni tłoka poniżej części uszczelniającej (rys. 2.4). Przecięcia poziome zmniejszają przekrój przewodzący ciepło, a przecięcie piono­we umożliwia rozszerzanie się tłoka bez zwiększania jego średnicy. Tłoki o przeciętej całkowicie części prowadzącej (rys. 2.4a) obecnie stosowane są rzadko ze względu na znaczne ich osłabienie wskutek tego przecięcia. W bardzo wysilonych czterosuwowych silnikach o za­płonie elektrycznym są stosowane tłoki nierozcinane. Inna metoda ograniczenia przepływu ciepła do płaszcza tłoka oraz do pierwszego pierścienia uszczelniającego, który pracuje w najtrud­niejszych warunkach, polega na wykonaniu tzw. rowka cieplnego. Rowek cieplny o szerokości od 1,5 do 2,0 mm nacina się powyżej pierwszego pierścienia (patrz p. 8 na rys. 2.3). Dzięki temu zmniejsza się przekrój materiału, przez który ciepło przepływa do części pro­wadzącej, wskutek czego ma ona niższą temperaturę i mniej się roz­szerza. Najnowszą metodą zmniejszenia rozszerzania się tłoka jest zalewa­nie płytek lub pierścieni z materiału o bardzo małym współczynniku rozszerzalności. Takim materiałem, najczęściej stosowanym, jest np. inwar. Na rysunku 2.5a, pokazano nowoczesne rozwiązanie konstruk- cyjne tłoka z wkładką pierścieniową, umieszczoną w górnej części pro­wadzącej, a na rysunku 2.5b tłok z dwiema wkładkami pionowymi, umieszczonymi w płaszczyźnie prostopadłej do osi sworznia tłoka. Na rysunku 2.6 pokazano typowe kształty wkładek tłoków. Przykładem nowoczesnej konstrukcji są tłoki samochodu Polski FIAT 125P. Stosowane są dwa typy tłoków — Autothermic lub DSM wg licencji Kolben Schmidt. Tłok Autothermic (rys. 2.7) jest odlewany ze stopu aluminium ze stalowymi wkładkami w piastach otworu na sworzeń tłoka, dzięki czemu część prowadząca nie jest przecięta. Tłok ma charakterystyczne wycięcia w swej dolnej części prowadzącej, a jego denko jest kulisto wypukłe i ma wgłębienie na zawór ssący. W części uszczelniającej na­cięte są trzy rowki na pierścienie tłokowe, z których pierwszy jest uszczelniający, drugi — uszczelniająco-zgarniający, a trzeci — zgar­niający. Tłok DSM (rys. 2.8) jest także odlewany ze stopu aluminium. W gór­nej części prowadzącej (nad piastą sworznia tłoka) zalany jest pozio­mo stalowy pierścień. Poza tym kształt i budowa tłoka DSM są bardzo podobne do tłoka Autothermic. Wkładki stosowane są też jeszcze i w innym celu w tzw. tłokach bimetalowych. Istota problemu polega na tym, że w aluminiowych tłokach szybkobieżnych silników często występuje przedwczesne zu­życie rowków pierścieni uszczelniających. Przeciwdziałać temu zja­wisku można przez zastosowanie tłoków bimetalowych z wzmacniają­cą wkładką pod górnym pierścieniem uszczelniającym (rys. 2.9). Wkładki tłoków wykonuje się z niskowęglowej stali, żeliwa szarego i żeliwa typu Niresist. Aby połączenie między wstawką a materiałem tłoka nie uległo zniszczeniu podczas cyklicznych zmian temperatury tłoka, wkładki powinny odkształcać się sprężyście podczas zmiany wy­miarów tłoka. Dlatego też najlepsze są wkładki typu sprężyn (rys. 2.9b, c, d). W przypadku stosowania pełnych wkładek (rys. 2.9a), ich materiał powinien mieć współczynnik rozszerzalności liniowej zbliżo­ny do współczynnika rozszerzalności materiału tłoka. Jak wykazały długotrwałe badania eksploatacyjne, tłoki bimetalowe są dwu-, a nawet trzykrotnie trwalsze od zwykłych tłoków bez wkła­dek. Metoda ta jednak obecnie nie jest jeszcze szeroko stosowana ze względu na skomplikowaną technologię produkcji. Na bocznej powierzchni części uszczelniającej znajdują się rowki pierścieni. W górnych rowkach mieszczą się pierścienie uszczelniające, a w dolnych zgarniające. W rowkach pierścieni zgarniających wierci się od 8 do 10 otworów symetrycznie na obwodzie. Przez otw">ry te olej z gładzi cylindra przedostaje się do wnętrza tłoka, a następnie ścieka do miski olejowej. Tłoki współczesnych czterosuwowych silników o zapłonie elektrycz­nym mają najczęściej dwa pierścienie uszczelniające i jeden pierścień zgarniający. Tłoki o średnicy powyżej 90 mm mają zwykle trzy pier­ścienie uszczelniające. Niekiedy w większych tłokach stosowane są dwa pierścienie zgarniające (patrz rys. 2.3). Są również rozwiązania (np. FIAT 125P), w których środkowy pierścień jest uszczelniająco--zgarniający. Prowadząca część tłoka ma nadlewy, w których osadzony jest swo-rzeń tłoka (patrz rys. 2.3). W celu zwiększenia sztywności nadlewów, są one zwykle związane z denkiem tłoka za pomocą żeber. Żebra wzmacniają tłok, a jednocześnie ułatwiają odpływ ciepła od jego gór­nej do dolnej części. Tłoki żeliwne mają w otworach piast wstawione tuleje z brązu, które spełniają zadanie łożysk sworznia. W niektórych rozwiązaniach piasty sworzni rozbudowane są w postaci szerokich nadlewów na zewnętrznej stronie prowadzącej i nie mają wówczas że­ber łączących je z denkiem. Piasty sworznia mogą mieć kształt kołowy lub eliptyczny.