Tłok ICE. Urządzenie i cel

Mieszanka paliwowa spalająca się w cylindrze silnika uwalnia energię cieplną. Następnie zamienia się w działanie mechaniczne, które powoduje obrót wału korbowego. Kluczowym elementem tego procesu jest tłok.

Ten szczegół nie jest tak prymitywny, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Byłoby wielkim błędem uważać go za zwykłego popychacza.

Tłok znajduje się w cylindrze, gdzie porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym.

Gdy tłok porusza się w kierunku górnego martwego punktu (GMP), tłok ściska mieszankę paliwową. W benzynowym silniku spalinowym zapala się w momencie bliskim maksymalnego ciśnienia. W silniku wysokoprężnym zapłon następuje bezpośrednio z powodu wysokiego sprężania.

Zwiększone ciśnienie gazów powstających podczas spalania popycha tłok w przeciwnym kierunku. Wraz z tłokiem porusza się przegubowo z nim korbowód, co powoduje jego obrót. Tak więc energia sprężonych gazów jest zamieniana na moment obrotowy, przenoszony przez przekładnię na koła samochodu.

Podczas spalania temperatura gazów sięga 2 tysięcy stopni. Ponieważ spalanie jest wybuchowe, tłok jest poddawany silnym obciążeniom udarowym.

Ekstremalne obciążenia i prawie ekstremalne warunki pracy wymagają specjalnych wymagań dotyczących konstrukcji i materiałów użytych do jej produkcji.

Podczas projektowania tłoków należy wziąć pod uwagę kilka ważnych punktów:

• potrzeba zapewnienia długiej żywotności, a tym samym zminimalizowania zużycia części;
• zapobiegać wypaleniu tłoka podczas pracy w wysokiej temperaturze;
• zapewnić maksymalne uszczelnienie, aby zapobiec przebiciu gazu;
• zminimalizować straty spowodowane tarciem;
• zapewniają wydajne chłodzenie.

Materiał tłoka musi mieć szereg specyficznych właściwości:

• znaczna siła;
• maksymalna możliwa przewodność cieplna;
• odporność na ciepło i zdolność do wytrzymywania nagłych zmian temperatury;
• współczynnik rozszerzalności cieplnej powinien być mały i jak najbardziej zbliżony do odpowiedniego współczynnika butli, aby zapewnić dobre uszczelnienie;
• odporność na korozję;
• właściwości przeciwcierne;
• niska gęstość, aby część nie była zbyt ciężka.

Ponieważ nie powstał jeszcze materiał idealnie spełniający wszystkie te wymagania, trzeba skorzystać z kompromisowych opcji. Tłoki do silników spalinowych wykonane są z żeliwa szarego oraz stopów aluminium z krzemem (siluminem). W tłokach kompozytowych do silników wysokoprężnych zdarza się, że głowica wykonana jest ze stali.

Żeliwo jest dość mocne i odporne na zużycie, dobrze toleruje silne ciepło, ma właściwości przeciwcierne i małą rozszerzalność cieplną. Ale ze względu na niską przewodność cieplną tłok żeliwny może nagrzewać się do 400°C. W silniku benzynowym jest to niedopuszczalne, ponieważ może spowodować przedwczesny zapłon.

Dlatego w większości przypadków tłoki do samochodowych silników spalinowych wykonuje się metodą tłoczenia lub odlewania z siluminu zawierającego co najmniej 13% krzemu. Czyste aluminium nie jest odpowiednie, ponieważ rozszerza się zbyt mocno po podgrzaniu, co prowadzi do zwiększonego tarcia i zacierania. Mogą to być podróbki, na które można natknąć się przy zakupie części zamiennych w wątpliwych miejscach. Aby temu zapobiec, skontaktuj się z wiarygodnymi.

Tłok ze stopu aluminium jest lekki i dobrze przewodzi ciepło, dzięki czemu jego nagrzewanie nie przekracza 250°C. Jest to całkiem odpowiednie dla silników spalinowych napędzanych benzyną. Właściwości przeciwcierne siluminu są również całkiem dobre.

Jednocześnie ten materiał nie jest pozbawiony wad. Wraz ze wzrostem temperatury staje się mniej trwały. A ze względu na znaczną rozszerzalność liniową po podgrzaniu, należy podjąć dodatkowe środki, aby zachować uszczelnienie na obwodzie głowicy i nie zmniejszyć ściskania.

Ta część ma kształt szkła i składa się z głowicy oraz części prowadzącej (spódnicy). W głowicy z kolei można wyróżnić część dolną i uszczelniającą.

Dół

Jest to główna powierzchnia robocza tłoka, to ona odbiera ciśnienie rozprężających się gazów. Jego powierzchnia zależy od rodzaju jednostki, rozmieszczenia dysz, świec, zaworów i konkretnego urządzenia CPG. W przypadku ICE na benzynę jest on płaski lub wklęsły z dodatkowymi wycięciami, aby uniknąć wad zaworów. Wypukłe dno daje zwiększoną wytrzymałość, ale zwiększa przenoszenie ciepła, dlatego jest rzadko używane. Wklęsłe pozwala zorganizować małą komorę spalania i zapewnić wysoki stopień sprężania, co jest szczególnie ważne w jednostkach wysokoprężnych.

Część uszczelniająca

To jest strona głowy. Na całym obwodzie wykonane są w nim rowki pod pierścienie tłokowe.

Pierścienie dociskowe pełnią rolę uszczelnienia, zapobiegając wyciekowi sprężonych gazów, a skrobaki do oleju usuwają smar ze ścianki, zapobiegając przedostawaniu się go do komory spalania. Olej przepływa pod tłokiem przez otwory w rowku, a następnie wraca do miski olejowej.

Odcinek bocznej strony między krawędzią dna a górnym pierścieniem nazywany jest strefą ognia lub ciepła. To on doświadcza maksymalnego efektu termicznego. Aby zapobiec wypaleniu się tłoka, pas ten jest wystarczająco szeroki.

Część przewodnika

Nie pozwala na wypaczenie tłoka podczas ruchu posuwisto-zwrotnego.

Aby skompensować rozszerzalność cieplną, spódnicę wykonuje się krzywoliniowo lub w kształcie stożka. Z boku zwykle nakładana jest powłoka zapobiegająca tarciu.

Wewnątrz znajdują się zgrubienia - dwa dopływy z otworami na sworzeń tłokowy, na który zakłada się głowicę.

Po bokach w obszarze występów wykonane są małe wgłębienia, aby zapobiec odkształceniom termicznym i występowaniu zadrapań.

Ponieważ reżim temperaturowy tłoka jest bardzo stresujący, kwestia jego chłodzenia jest bardzo ważna.

Pierścienie tłokowe są głównym sposobem odprowadzania ciepła. Za ich pośrednictwem usuwana jest co najmniej połowa nadmiaru energii cieplnej, która jest przekazywana na ściankę cylindra, a następnie na płaszcz chłodzący.

Innym ważnym kanałem radiatora jest smarowanie. Stosuje się mgłę olejową w cylindrze, smarowanie przez otwór w korbowodzie, wymuszone natryskiwanie dyszą olejową i inne metody. Ponad jedną trzecią ciepła można usunąć poprzez cyrkulację oleju.

Ponadto część energii cieplnej jest zużywana na podgrzanie świeżej części mieszanki palnej, która dostała się do cylindra.

Pierścienie utrzymują pożądaną kompresję w cylindrach i usuwają lwią część ciepła. I odpowiadają za około jedną czwartą wszystkich strat tarcia w silniku spalinowym. Dlatego trudno przecenić znaczenie jakości i stanu pierścieni tłokowych dla stabilnej pracy silnika spalinowego.

Zwykle są trzy pierścienie - dwa pierścienie dociskowe na górze i jeden zgarniacz oleju na dole. Ale są opcje z inną liczbą dzwonków - od dwóch do sześciu.

Rowek górnego pierścienia wykonany z siluminu Zdarza się, że wykonano go za pomocą stalowej wkładki zwiększającej odporność na zużycie.

Pierścienie wykonane są ze specjalnych gatunków żeliwa. Takie pierścienie charakteryzują się dużą wytrzymałością, elastycznością, odpornością na zużycie, niskim współczynnikiem tarcia oraz długo zachowują swoje właściwości. Dodatki molibdenu, wolframu i niektórych innych metali zapewniają pierścieniom tłokowym dodatkową odporność na ciepło.

Nowe wymagają szlifowania. Jeżeli wymieniłeś pierścienie pamiętaj o pozostawieniu silnika spalinowego na jakiś czas, unikając intensywnych warunków pracy. W przeciwnym razie niezachodzące pierścienie mogą się przegrzać i stracić elastyczność, a w niektórych przypadkach nawet pęknąć. Skutkiem może być awaria uszczelnienia, utrata mocy, przedostanie się smaru do komory spalania, przegrzanie i przepalenie tłoka.