Tłoki 2T i 4T: dlaczego wysokość płaszcza mówi więcej niż średnica
Postaw obok siebie tłok z dwusuwu i z czterosuwu, a różnicę zobaczysz, zanim sięgniesz po suwmiarkę. Jeden jest wysoki, z długim płaszczem i dużymi wycięciami po bokach. Drugi przypomina niski krążek z wgłębieniami wyfrezowanymi na denku. To nie kwestia mody ani producenta. Te dwa tłoki wykonują zupełnie inną pracę, a z tego wynika już wszystko dalej: liczba pierścieni, obciążenie cieplne, zalecany luz i to, co ile godzin trzeba je wymieniać.
Ten sam kawałek aluminium, dwie różne role
W czterosuwie tłok robi dokładnie to, czego się po nim spodziewamy. Spręża mieszankę, przyjmuje uderzenie spalania i przekazuje siłę na korbowód. Nic ponadto, bo wymianą ładunku zajmują się zawory sterowane wałkiem rozrządu.
W dwusuwie ten sam element ma etat na drugą zmianę. Poza pracą mechaniczną steruje jeszcze przepływem mieszanki i spalin, bo dwusuw zaworów nie ma w ogóle. Ta jedna różnica pociąga za sobą wszystkie pozostałe, więc warto ją dobrze zrozumieć, zanim zaczniemy porównywać wymiary.
Dwusuw: tłok, który zastępuje zawory
Ściana cylindra dwusuwowego jest podziurawiona. Ma okna dolotowe, przepłukujące i wylotowe, a otwiera je i zamyka sam tłok, przesuwając się w górę i w dół. Kiedy płaszcz zakrywa okno, kanał jest zamknięty. Kiedy je odsłania, kanał pracuje. Innymi słowy, wysokość płaszcza i kształt jego krawędzi pełnią tę samą funkcję, co profil krzywki w czterosuwie.
Stąd bierze się charakterystyczna sylwetka. Tłok musi być wysoki, żeby zakrywał okna w skrajnych położeniach. Ma duże wycięcia w płaszczu przepuszczające mieszankę i często dodatkowe okienko przy sworzniu. Każdy z tych elementów wpływa na moment otwarcia kanałów, a więc na charakter silnika.
Praktyczny wniosek jest bezlitosny: przy dwusuwie nie ma czegoś takiego jak tłok „podobny”. Element o właściwej średnicy, ale innej wysokości płaszcza, zmieni fazy rozrządu i silnik nie pojedzie tak, jak powinien. W najlepszym razie straci moc, w gorszym zacznie się przegrzewać.
Czterosuw: niski krążek i migdały na denku
Skoro w czterosuwie tłok nie musi niczego otwierać, konstruktorzy mogą go skrócić i odchudzić. Im mniejsza masa, tym mniejsze siły bezwładności przy wysokich obrotach, a to przekłada się wprost na trwałość korbowodu i łożysk. Nowoczesne tłoki mają płaszcz ograniczony w zasadzie do dwóch powierzchni nośnych po bokach, reszta materiału zniknęła.
Cała robota przeniosła się na denko. Widać tam owalne wgłębienia przypominające migdały, czyli wybrania na grzybki zaworów. To nie ozdoba ani sama polisa na wypadek awarii rozrządu, tylko miejsce potrzebne zaworom w codziennej pracy. Na przekryciu, kiedy wydechowy dopiero się domyka, a dolotowy już się uchyla, grzybki schodzą nisko, a tłok stoi wtedy przy samej górze cylindra. Im ostrzejszy wałek i wyższe wzniosy, tym głębsze muszą być kieszenie.
Konstruktor robi je przy tym możliwie płytkie, bo każde wybranie psuje kształt komory spalania. Zapas między tłokiem a zaworem sprawdza się zresztą przy składaniu mocniej strojonych jednostek kawałkiem plasteliny przyklejonym do denka. Samo denko bywa wypukłe albo profilowane, bo współtworzy komorę i wpływa na stopień sprężania. Ładnie widać to na tłokach Vertex i ProX do jednostek terenowych, gdzie profil denka potrafi się różnić między rocznikami tego samego modelu.
Pierścienie: dlaczego dwusuw ma kołek, a czterosuw go nie potrzebuje
Dwusuw dostaje olej razem z mieszanką albo z osobnego dozownika. Nie krąży on w obiegu, więc nie ma czego zgarniać ze ściany cylindra. Wystarczą dwa cienkie pierścienie uszczelniające, zwykle o grubości około milimetra, a w silnikach wyczynowych często zostaje tylko jeden, bo każdy dodatkowy to tarcie.
Jest za to rozwiązanie, którego w czterosuwie nie spotkasz. W rowku tłoka dwusuwowego siedzi mały kołek ustalający, który blokuje pierścień przed obracaniem się. Powód jest oczywisty, kiedy przypomnimy sobie o oknach w cylindrze. Swobodnie obracający się pierścień prędzej czy później ustawiłby zamek naprzeciwko otworu, wskoczył w niego i wyłamał się w ułamku sekundy. Dlatego kołek osadzony jest w takim punkcie obwodu, żeby końcówki pierścienia nigdy nie przejeżdżały nad oknami. Zależnie od konstrukcji siedzi bliżej denka albo niżej, wciśnięty pionowo w dno rowka albo poziomo w jego ściankę. Przy montażu zamek musi go objąć, co oznacza, że pierścień wchodzi tylko w jednym położeniu.
Czterosuw pracuje z pełnym pakietem: dwa pierścienie kompresyjne plus zgarniający, często wieloelementowy, z rozprężaczem. Tam olej krąży w układzie i trzeba nim gospodarować z wyczuciem. Nadmiar na ściankach kończy się dymieniem i nagarem, niedobór najkrótszą drogą prowadzi do zatarcia. Szczegóły montażu, pomiar przerwy zamka i rozstawienie zamków opisałem w poradniku o pierścieniach tłokowych.
Goręcej, szybciej, krócej: temperatura i żywotność
Dwusuw wykonuje suw pracy przy każdym obrocie wału korbowego, czyli dwa razy częściej niż czterosuw. Przy tych samych obrotach oznacza to dwa razy więcej cykli spalania, a więc znacznie więcej ciepła do odprowadzenia w tej samej jednostce czasu. Tłok dwusuwowy żyje po prostu goręcej i najbardziej dostaje mu się od strony wydechu. Nieprzypadkowo właśnie tam najczęściej szuka się pierwszych śladów zacierania.
Producenci radzą sobie z tym na dwa sposoby. Sięgają po stopy aluminium o wysokiej zawartości krzemu, które lepiej znoszą temperaturę i mniej się rozszerzają, oraz przewidują większy luz montażowy. Przy porównywalnej średnicy cylindra luz dwusuwu bywa nawet dwukrotnie większy niż w czterosuwie, gdzie taka wartość skończyłaby się głośnym klekotem zimnego silnika. Skąd wziąć konkretną liczbę, opisałem przy okazji tekstu o luzie tłoka w cylindrze, ale zasada jest niezmienna: wartość pochodzi z karty konkretnego tłoka, nie z ogólnej tabeli.
Różnicę widać też w kalendarzu przeglądów. Tłok w dwusuwie wyczynowym wymienia się po kilkunastu, najwyżej kilkudziesięciu godzinach pracy, a zawodnicy robią to znacznie częściej niż przeciętny użytkownik. Czterosuw, lepiej smarowany i mniej obciążony cieplnie, wytrzymuje wyraźnie dłużej. Konkretne wartości podaje producent motocykla, a przy sportowej jeździe skraca się je z zapasem.
Na co uważać przy zamówieniu
Z tych wszystkich różnic wynikają trzy proste zasady. Po pierwsze, tłoków 2T i 4T nie stosuje się zamiennie, nawet jeśli średnica zgadza się co do setnej. Po drugie, przy dwusuwie liczy się dokładnie ten model i rocznik, bo wysokość płaszcza steruje pracą silnika. Po trzecie, kupujemy komplet, czyli tłok razem z pierścieniami, sworzniem i zabezpieczeniami, ponieważ te elementy są do siebie dopasowane wymiarowo.
Zestawy do obu typów silników znajdziesz w dziale tłoki i pierścienie. Jeśli dopiero zaczynasz kompletować części po rozbiórce silnika, całą kolejność postępowania rozpisałem w przewodniku, jak dobrać tłok.
Czego uczy warsztat
Typ silnika rozpoznaję po tłoku w sekundę, jeszcze zanim spojrzę na pudełko. Wysoki, z wyciętym płaszczem, to dwusuw. Niski, z migdałami na denku, to czterosuw. Brzmi to banalnie, a i tak regularnie trafiają do mnie zamówienia pomylone właśnie na tym poziomie. Zwykle dlatego, że ktoś wpisał w wyszukiwarkę samą średnicę i wybrał pierwszy pasujący wynik.
Druga sprawa dotyczy wyłącznie dwusuwów i bywa, że kosztuje cały silnik. Zakładając pierścień, sprawdzam dwa razy, czy zamek rzeczywiście objął kołek ustalający. Pierścień potrafi wskoczyć pozornie prawidłowo, siedzieć w rowku i wyglądać na zamontowany, a po odpaleniu zahaczyć o krawędź okna. Wtedy zwykle nie kończy się na samym pierścieniu, bo odłamek jedzie po ściance i potrafi zniszczyć powłokę cylindra.
Przy czterosuwie mam swój własny nawyk. Zanim wsunę tłok w cylinder, jeszcze raz patrzę na strzałkę na denku i przypominam sobie, w którą stronę jest przód silnika. Wybrania na zawory nie są symetryczne i tłok włożony odwrotnie może spotkać się z zaworem już przy pierwszym obrocie rozrusznikiem. To dwie sekundy sprawdzenia, a różnica w kosztach jest liczona w tysiącach.
Krótko na koniec
Jeśli z tego tekstu masz zapamiętać jedno zdanie, niech będzie takie: konstrukcja tłoka wynika z zadania, jakie dostał, a nie z widzimisię producenta. Dwusuwowy steruje oknami, więc jest wysoki, wycięty i nosi pierścień zablokowany kołkiem. Czterosuwowy może być niski i lekki, bo wymianę ładunku wzięły na siebie zawory, którym ustępuje miejsca wybraniami na denku. Dlatego zamawiając, wychodź od konkretnego modelu i rocznika silnika, nigdy od samej średnicy. A gdy coś się nie zgadza albo wyszukiwarka pokazuje dwa łudząco podobne wyniki, napisz do nas przed zakupem. Sprawdzenie zajmuje chwilę, odsyłanie tłoka trochę dłużej.
