W silnikach Diesla tłoki są narażone podczas zapłonu na ciśnienia dochodzące do 200 barów. Aluminium i jego stopy jako materiał, z którego te silniki są wykonane, pracują na granicy swojej wytrzymałości. W pojazdach ciężarowych z wysoko doładowanymi silnikami tłoki stalowe już teraz znajdują zastosowanie. A rynek pojazdów osobowych dopiero zaczyna nadrabiać zaległości na tym polu.
W 2014 r. KS Kolbenschmidt i Mahle planują rozpocząć produkcję seryjną tłoków stalowych. To, że stal jest w stanie wytrzymać większe obciążenia temperaturowe oraz ciśnieniowe niż aluminium, to wiemy. Ale ciężko jest już zrozumieć, że stosując ją przy budowie silnika, można sporo zaoszczędzić na jego wadze.
W jaki więc sposób osiąga się mniejszą wagę, stosując cięższy metal do produkcji? Rozwiązaniem jest znacznie wyższa wytrzymałość stali, pozwalająca wyprodukować bardziej filigranową konstrukcję o takich samych lub lepszych charakterystykach wytrzymałościowych jak aluminium. Dzięki zastosowaniu stali stopowych możliwe stało się lepsze przeniesienie sił wewnątrz tłoka, a przez to zmniejszenie jego wysokości mierzonej od środka sworznia do denka. Pozwoliła ona też zmniejszyć grubość ścianek płaszcza tłoka. Dzięki lepszemu przenoszeniu sił i zwiększeniu wytrzymałości na naciski zmniejszona została średnica sworznia, a on sam uległ skróceniu. W tłokach aluminiowych koniecznie trzeba uzyskać większą średnicę sworznia, aby utrzymać jego nacisk na loże w tłoku na odpowiednim poziomie. W przypadku tłoków stalowych ten nacisk może być większy, więc możliwe jest jednocześnie zmniejszenie wagi sworzni.
Jeśli stosowane są tłoki stalowe w produkowanym już silniku, to koniecznie trzeba wykorzystać przedłużone korbowody, ponieważ tłok jest niższy. Dłuższe korbowody w tym przypadku mają tę zaletę, że odchylają się w mniejszym stopniu podczas obrotów wału korbowego - a dzięki temu zmniejszają się siły boczne działające na silnik. Ma to duże znaczenie podczas suwu pracy, kiedy gazy spalinowe pchają tłok, wprawiając w obrót wał korbowy. Przez odchylanie się korbowodów siła gazów zaczyna mieć znaczenie na dociskaniu tłoka do cylindra w większym stopniu po stronie przeciwnej do odchylenia korbowodu. Im większe jest odchylenie, tym większe naciski tłok wywiera na ścianę cylindra. W przypadku dłuższych korbowodów ten niepożądany efekt jest po prostu redukowany.
[...]
Jan Rosenow
Więcej informacji o tłokach stalowych w najnowszym „autoEXPERCIE" 4/2012.