Tarcie pod (baczną) kontrolą

Nie tylko temperatura                                                                                                                        

Aby w pełni uzmysłowić sobie jakie warunki panują w silniku, wystarczy podać wartości w obiegu silnika iskrowego sięgające 2.800 K (ok. 2.527 st. C.) oraz diesla (2.300 K – ok. 2.027 st. C). Wysoka temperatura wpływa na rozszerzalność termiczną elementów tzw. grupy tłokowo-cylindrowej, w skład której wchodzą tłoki, pierścienie tłokowe i cylindry. Te ostatnie odkształcają się również na skutek tarcia. Niezbędne jest zatem skuteczne odprowadzanie ciepła do układu chłodzenia, a także zapewnienie odpowiedniej wytrzymałości tzw. filmu olejowego pomiędzy tłokami pracującymi w poszczególnych cylindrach.

Najważniejsza jest szczelność    

Śródtytuł ten najlepiej oddaje istotę funkcjonowania wspomnianej już wyżej grupy tłokowo-cylindrowej. Dość powiedzieć, iż tłok i pierścienie tłokowe poruszają się po gładzi cylindrów z prędkością dochodzącą do 15 m/s! Nic zatem dziwnego, iż aż tak duża uwaga jest przykładana do zapewnienia szczelności przestrzeni roboczej cylindrów. Dlaczego to takie istotne? Każda nieszczelność całego układu, przekłada się bowiem bezpośrednio na obniżenie sprawności mechanicznej silnika. Wzrost luzu pomiędzy tłokami a cylindrami, wpływa również na pogorszenie warunków smarowania – w tym kwestii najważniejszej, czyli odpowiedniej warstwy filmu olejowego. Aby zredukować do minimum niekorzystne tarcie (wraz z przegrzewaniem się poszczególnych elementów), stosuje się elementy o podwyższonej trwałości. Jedną ze stosowanych Obecnie innowacyjnych metod, jest zmniejszenie masy samych tłoków pracujących w cylindrach nowoczesnych jednostek napędowych.                                                   

NanoSlide – czyli stal z aluminium                                           

Jak zatem wspomniany powyżej cel zrealizować w praktyce? Mercedes stosuje np. technologię NanoSlide, która wykorzystuje stalowe tłoki, zamiast powszechnie stosowanych z tzw. aluminium zbrojonym. Tłoki stalowe będąc lżejszymi (są niższe o ponad 13 mm od aluminiowych), umożliwiają m.in. redukcję masy przeciwciężarów wału korbowego oraz przyczyniają się do poprawy trwałości łożysk korbowych oraz łożyskowania sworznia samego tłoka. Rozwiązanie takie zaczyna być obecnie coraz powszechniej stosowane zarówno w silnikach z zapłonem iskrowym, jak i samoczynnym. Jakie praktyczne korzyści daje technologia NanoSlide? Zacznijmy od początku: rozwiązanie zaproponowane przez Mercedesa zakłada połączenie stalowych tłoków z aluminiowymi kadłubami (cylindrami). Pamiętajmy, iż podczas normalnej pracy silnika, temperatura robocza tłoka jest znacznie wyższa od gładzi cylindra. Ponadto współczynnik rozszerzalności liniowej stopów aluminium jest blisko dwukrotnie większy, niż stopów żeliwa (z tych ostatnich wykonywana jest większość obecnie stosowanych cylindrów i tulei cylindrowych). Zastosowanie połączenia stalowe tłoki – aluminiowy kadłub, pozwala na znaczące zmniejszenie luzu montażowego tłoka umieszczonego w cylindrze. Technologia NanoSlide obejmuje również – jak sama nazwa wskazuje – napylanie tzw. nanokrystalicznej powłoki na gładź cylindra, co znacząco zmniejsza chropowatość jej powierzchni. Natomiast jeśli chodzi o same tłoki, to są one wykonane z kutej i wysoko wytrzymałej stali. Ze względu na to, iż są one niższe od swoich aluminiowych odpowiedników, charakteryzują się też mniejszą masą własną. Stalowe tłoki zapewniają lepszą szczelność przestrzeni roboczej cylindrów, co wpływa bezpośrednio na wzrost wydajności silnika poprzez możliwość podniesienia temperatury roboczej w jego komorze spalania. To z kolei przekłada się na lepszą jakość samego zapłonu i bardziej efektywnego spalania mieszanki paliwowo-powietrznej.