Tłok silnika: jak jest zbudowany i jak działa

Tłok jest jedną z najbardziej obciążonych i najważniejszych części silnika samochodowego. To dzięki niemu energia cieplna spalania paliwa zamieniana jest na ruch maszyny. Wielu kierowców nie ma jednak pojęcia, jak wygląda tłok silnika. Opowiadamy o budowie tłoka, a także o jego możliwych usterkach.

Jak działa tłok silnika w samochodzie

Tradycyjne silniki spalinowe są również nazywane silnikami tłokowymi. W ich korpusach (blokach) wykonane są cylindryczne wnęki lub po prostu cylindry. Każdy cylinder ma swój własny tłok. Przypomnijmy sobie zasadę działania silników spalinowych. Podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej gazy naciskają na tłok, który zaczyna się stopniowo poruszać. Za pomocą korbowodu i wału korbowego ten ruch translacyjny jest przekształcany w ruch obrotowy, a następnie przenoszony przez przekładnię na koła.

Sam tłok ma oczywiście również cylindryczny (a raczej prawie cylindryczny) kształt, aby ściśle przylegać do powierzchni cylindra w silniku. W rzeczywistości tłok (wraz z innymi komponentami) został zaprojektowany do przekształcania energii spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w energię kinetyczną.

Z jakich części składa się tłok

Jeśli przyjrzeć się bliżej wyglądowi tłoka silnika spalinowego, można zauważyć jego dwa ważne elementy: obudowę tłoka i część uszczelniającą. Obudowa tłoka z kolei składa się z denka i części prowadzącej.

Dno tłoka (lub głowica) to górna, końcowa część tłoka. Przejmuje ona ciśnienie gazu i większość obciążenia cieplnego, więc ma grubszy metal niż reszta obudowy.

Dno tłoka może mieć różny kształt: płaski, z wycięciem w celu stworzenia optymalnego kształtu komory spalania, z wycięciami na płytki zaworowe (jeśli nagle te części spotkają się, gdy pasek rozrządu pęknie lub łańcuch się zsunie). W silnikach wysokoprężnych i niskoprężnych silnikach benzynowych o wysokim stopniu sprężania tłok może mieć wklęsłe denko – w rzeczywistości znajduje się w nim większość komory spalania. W innych silnikach (silniki benzynowe o wysokim stopniu sprężania), denko tłoka może być wypukłe.

Część prowadząca (boczna) tłoka jest również nazywana płaszczem. Utrzymuje ona prawidłowe położenie tłoka względem cylindra. Płaszcz tłoka ślizga się wzdłuż ścianek tłoka. Z tego względu jest on zwykle pokryty materiałami przeciwciernymi.

Po wewnętrznej stronie płaszcza tłoka znajdują się zgrubienia (występy) z otworami na sworzeń tłokowy, który łączy tę część z korbowodem. Sworzeń jest mocowany albo przez ciasne pasowanie, albo przez pierścienie zatrzaskowe – są na nie rowki w płaszczu.

Część uszczelniająca jest bardzo ważnym elementem tłoka poruszającego się w cylindrze. Bez niej gazy z komory spalania przedostawałyby się do skrzyni korbowej, a olej ze skrzyni korbowej do komory spalania. Aby tego uniknąć, tłok posiada rowki do montażu specjalnych pierścieni ściskających i olejowych. Pierścienie tłokowe służą również do chłodzenia samego tłoka, usuwając nadmiar ciepła z dna tłoka do ścianek cylindra.

Przeznaczenie takich pierścieni jasno wynika z ich nazwy. Pierścienie kompresji – zwykle są dwa na tłok, górny i dolny – nie pozwalają gazom uciec do skrzyni korbowej, utrzymując ciśnienie robocze (kompresję) w cylindrze. I odpieniacze oleju – usuwają nadmiar oleju z powierzchni cylindra, gdy tłok porusza się w dół.

Z jakiego materiału wykonane są tłoki? Kiedyś odlewano je z ciężkiego i raczej kruchego żeliwa. Później na rynku pojawiły się stopy aluminium. Lepiej odprowadzają ciepło i ważą mniej, dzięki czemu mogą być stosowane w nowoczesnych silnikach o wyższych obrotach.

Oprócz tłoków aluminiowych, obecnie produkowane są również tłoki stalowe. Są one w stanie lepiej wytrzymać jeszcze wyższe temperatury i ciśnienia w cylindrze. A dzięki cieńszym ściankom i całkowitej wysokości przy tej samej średnicy cylindra, zazwyczaj mają niższą masę.

Jakie są przyczyny zużycia tłoków i jakie są tego konsekwencje

Podobnie jak inne części, tłok silnika spalinowego podlega naturalnemu zużyciu, zwłaszcza jego górna część, która znajduje się bliżej komory spalania. Przyjmuje ona główne obciążenie termiczne i fizyczne. Pierwszy pierścień tłokowy i jego rowek zużywają się jako pierwsze.

Istnieją czynniki, które skracają żywotność tłoka silnika, takie jak brak oleju lub jego niska jakość. Ponadto tłok może zacząć się psuć z powodu przegrzania lub pojawienia się detonacji – wybuchowego procesu spalania paliwa, któremu towarzyszą nagłe skoki ciśnienia i wzrost temperatury w cylindrach.

Objawy krytycznego zużycia tłoka są zazwyczaj łatwo zauważalne:

• niestabilna praca silnika;
• stuki podczas pracy silnika;
• zmniejszona moc silnika;
• zwiększone zużycie oleju i niebieski dym z rury wydechowej;
• sadza na świecach zapłonowych;
• zwiększone zużycie paliwa.

W przypadku wykrycia któregokolwiek z powyższych problemów, nie należy zwlekać z ich rozwiązaniem – mogą one mieć poważne konsekwencje, aż do remontu silnika.

Ten tłok ma dobrze widoczne rysy (zadrapania) na płaszczu, które mogły powstać w wyniku przegrzania lub braku oleju.

Jak wybrać odpowiedni tłok zamienny

Dobre tłoki silnikowe to wysokiej jakości metal, wysoka dokładność wymiarowa i stała (z minimalnymi odchyleniami) waga. Mało znani producenci zazwyczaj mają problemy z każdym z tych punktów.

Dlatego, aby nie natknąć się na usterkę, lepiej wybierać tylko oryginalne części zamienne lub tłoki od znanych producentów. Na przykład uznanych firm, takich jak Mahle lub Kolbenschmidt.

Tłoki o tym kształcie są montowane w silnikach wysokoprężnych. Po lewej stronie znajduje się tłok aluminiowy, po prawej – stalowy. Zdjęcie: Mahle

Ważne jest, aby nie pomylić się z rozmiarem tłoka. Dla wielu modeli silników dostępne są części o rozmiarach naprawczych – mają one nieco (zwykle o ułamek milimetra) większą średnicę. Kompensuje to zużycie ścianek cylindra, które w procesie naprawy nawiercają się pod nowy rozmiar, jednocześnie przywracając ich powierzchnie.

W związku z tym rozmiar tłoka jest wybierany z uwzględnieniem produkcji cylindra (jeśli nie ma znaczenia, wystarczy kupić tłoki o nominalnym rozmiarze). Które części są potrzebne w każdym konkretnym przypadku, są określane przez mistrzów usług zgodnie z wynikami wad i pomiarów naprawionego silnika.

Więc, w skrócie

• Tłok porusza się w cylindrze silnika i przejmuje obciążenie od rozprężających się gazów podczas spalania mieszanki paliwowej.
• Głównymi częściami tłoka są obudowa (denko i płaszcz) oraz część uszczelniająca z pierścieniami.
• Tłoki zużywają się naturalnie, ale proces ten może przyspieszyć brak smarowania, detonacja i przegrzanie.
• Podczas wymiany tłoków konieczne jest prawidłowe dobranie ich rozmiaru, lepiej jest używać produktów znanych producentów.