Eμβολα ή πιστόνια. Και μόνο η έκφραση "τρύπησε πιστόνι", αρκεί για να δείξει το μέγεθος της καταστροφής, ακόμη και όταν αυτή δεν είναι μηχανική! Η ονομασία "εμβολοφόρος κινητήρας" δείχνει από μόνη της, τη σημασία που έχει το έμβολο στη λειτουργία ενός κινητήρα, ενώ δεν θα απέχουμε πολύ από την πραγματικότητα, αν το παρομοιάσουμε με την καρδιά ενός ζωντανού οργανισμού. Με τον ίδιο τρόπο, ένα έμβολο μπορεί να έχει τις δικές του καρδιοπάθειες ή να περιγράφεται από το ανάλογο καρδιογράφημα…
Οσο απίθανο και αν σας φαίνεται, το πιστόνι αυτό δεν είναι εντελώς κυλινδρικό! Θα γίνει όμως, μόλις η λειτουργία του κινητήρα φέρει το θάλαμο καύσης στην επιθυμητή θερμοκρασία.
Ο χαρακτηρισμός "καρδιά" είναι μάλλον ο ακριβέστερος που μπορεί να δοθεί για να δείξει τη δουλειά του εμβόλου. Το έμβολο είναι αυτό που έρχεται σε άμεση επαφή με τη φωτιά στον κύλινδρο, δέχεται ολόκληρη την πίεση που αναπτύσσεται εκεί, και την μετατρέπει σε κίνηση σπρώχνοντας τον διωστήρα (μπιέλα). Ολη αυτή τη διαδικασία, την επαναλαμβάνει πολλές φορές μέσα σε ένα δευτερόλεπτο, επιταχύνοντας και επιβραδύνοντας συνεχώς ανάμεσα στα δύο Νεκρά Σημεία (Ανω Ν.Σ. και Κάτω Ν.Σ.).
Από τα παραπάνω, γίνονται φανερές οι μηχανικές απαιτήσεις που πρέπει να έχει ένα έμβολο: Αρχικά, πρέπει να αντέχει στις τεράστιες πιέσεις που δέχεται από τα αέρια, αλλά και στις μεγάλες αδρανειακές δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά την παλινδρόμηση. Ταυτόχρονα, πρέπει να είναι ελαφρύ, ώστε οι τελευταίες να είναι όσο το δυνατόν μικρότερες, αλλά και για να εμφανίζονται όσο γίνεται χαμηλότερες απώλειες ισχύος από την αδράνεια των μηχανικών μερών. Η λύση στο πρόβλημα εύρεσης κατάλληλου υλικού γι' αυτή τη δουλειά, βρέθηκε στο αλουμίνιο. Ειδικά στους σύγχρονους κινητήρες μοτοσικλετών και αυτοκινήτων, τα έμβολα είναι αποκλειστικά αλουμινένια. Τα πλεονεκτήματα του αλουμινίου είναι η μεγάλη αντοχή και το χαμηλό βάρος, καθιστώντας το ιδανικό για την περίπτωση. Ταυτόχρονα, αποβάλλει πολύ γρήγορα τη θερμότητα, οπότε καταπονείται ελάχιστα θερμικά. Αυτός είναι και ο λόγος που τα έμβολα των σύγχρονων κινητήρων αντέχουν για εκατοντάδες χιλιόμετρα, παρά το γεγονός ότι οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος στις οποίες λειτουργούν, βρίσκονται κοντά στο σημείο τήξης τους!
Το αλουμίνιο όμως έχει κι ένα βασικό μειονέκτημα: μεγάλο συντελεστή διαστολής (μεγαλώνουν πολύ οι διαστάσεις του με την αύξηση της θερμοκρασίας). Γι' αυτό και η ανοχή (τζόγος, κενό) ανάμεσα σε αυτό και τον κύλινδρο είναι αρκετά μεγάλη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, ώστε με την αύξηση της θερμοκρασίας, όταν ο κινητήρας αρχίσει να λειτουργεί, αυτό το κενό να μικραίνει. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίον οι κινητήρες χρειάζονται προθέρμανση, δηλαδή λειτουργία με χαμηλό φορτίο και στροφές, μέχρι να φτάσουν σε κανονική θερμοκρασία λειτουργίας. Σε αντίθετη περίπτωση, δηλαδή όταν ο κινητήρας δεχθεί μεγάλο φορτίο ή πολλές στροφές όσο είναι κρύος, τα έμβολα κινούνται έκκεντρα μέσα στον κύλινδρο, αυξάνοντας τη φθορά στα τοιχώματα.
Η μεγάλη διαστολή του αλουμινίου υποχρεώνει τους κατασκευαστές να σχεδιάζουν τα έμβολα κωνικά και με ελλειψοειδή διατομή. Παρά το φαινομενικά κυλινδρικό σχήμα τους, λοιπόν, τα έμβολα έχουν στην πραγματικότητα τέτοια μορφή. Η διάμετρος στην κεφαλή του εμβόλου είναι μικρότερη από αυτήν στην ποδιά, δημιουργώντας έτσι ένα κωνικό σχήμα! Λόγω του ότι υπάρχει μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα σε αυτά τα δύο σημεία (η κεφαλή έρχεται σε άμεση επαφή με τη φλόγα, ενώ η ποδιά όχι), η κεφαλή διαστέλλεται περισσότερο από την ποδιά, οπότε σε θερμοκρασία λειτουργίας, το κωνικό γίνεται κυλινδρικό. Κατ' ανάλογο τρόπο, η διατομή είναι ελλειψοειδής και όχι στρογγυλή. Η μάζα του εμβόλου στη διάμετρο που βρίσκεται ο πίρος, είναι μεγαλύτερη από την κάθετή της, οπότε σε αυτή τη διάμετρο το έμβολο διαστέλλεται περισσότερο. Κάνοντας αυτή τη διάμετρο μικρότερη από την κάθετή της (έλλειψη), σε θερμοκρασία λειτουργίας το έμβολο αποκτά κυκλική διατομή.
ΕΚΤΥΠΩΣΗ
