Πώς λειτουργεί: Έμβολα

• Διαβάστηκε από 8590 αναγνώστες
• Ημερομηνία δημοσίευσης: 29/10/2012

Τα έμβολα ή πιστόνια, συγκαταλέγονται οπωσδήποτε ανάμεσα στα σημαντικότερα εξαρτήματα του κινητήρα. Δε θα απείχαμε πολύ από την πραγματικότητα, αν τον παρομοιάζαμε με την καρδιά ενός ζωντανού οργανισμού.

Tweet

Με τον ίδιο τρόπο, ένα έμβολο μπορεί να έχει τις δικές του καρδιοπάθειες ή να περιγράφεται από το ανάλογο καρδιογράφημα…

Ο χαρακτηρισμός «καρδιά» είναι μάλλον ο ακριβέστερος που μπορεί να δοθεί για την καρδιά του εμβόλου. Το έμβολο είναι αυτό που έρχεται σε άμεση επαφή με τον κύλινδρο, δέχεται ολόκληρη την πίεση που αναπτύσσεται εκεί και τη μετατρέπει σε κίνηση, σπρώχνοντας το διωστήρα. Όλη αυτή τη διαδικασία την επαναλαμβάνει πολλές φορές μέσα σε ένα δευτερόλεπτο, επιταχύνοντας και επιβραδύνοντας συνεχώς ανάμεσα στα δύο Νεκρά Σημεία (Άνω Ν.Σ. και Κάτω Ν.Σ.).

Από τα παραπάνω, γίνονται φανερές οι μηχανικές απαιτήσεις που πρέπει να πληροί ένα έμβολο: 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 και ελαφρύ, ώστε οι τελευταίες να είναι όσο το δυνατόν μικρότερες και να εμφανίζονται όσο γίνεται χαμηλότερες απώλειες ισχύος από την αδράνεια των μηχανικών μερών. Η λύση στο πρόβλημα εύρεσης κατάλληλου για αυτή τη δουλειά υλικού, βρέθηκε στο αλουμίνιο. Ειδικά στους σύγχρονους κινητήρες μοτοσικλετών και αυτοκινήτων, τα έμβολα είναι αποκλειστικά αλουμινένια. Τα πλεονεκτήματα του αλουμινίου είναι, η μεγάλη του αντοχή και το χαμηλό του βάρος (είναι, δηλαδή, ιδανικό για την περίπτωση). Ταυτόχρονα, αποβάλλει πολύ γρήγορα τη θερμότητα, οπότε καταπονείται πολύ λίγο θερμικά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα έμβολα των σύγχρονων κινητήρων αντέχουν για εκατοντάδες χιλιόμετρα, παρά το γεγονός ότι οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος στο οποίο λειτουργούν είναι κοντά στο σημείο τήξης τους!

Το αλουμίνιο έχει, όμως, κι ένα βασικό μειονέκτημα: έχει μεγάλο συντελεστή διαστολής. Ή, αλλιώς, με την αύξηση θερμοκρασίας μεγαλώνουν πολύ οι διαστάσεις του. Για αυτό το λόγο, η ανοχή («τζόγος») ανάμεσα σε αυτό και στον κύλινδρο είναι αρκετά μεγάλη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, ώστε, με την αύξηση θερμοκρασίας, όταν ο κινητήρας αρχίζει να λειτουργεί, να μικραίνει. Αυτός είναι ο βασικότερος λόγος για τον οποίο οι κινητήρες χρειάζονται προθέρμανση, δηλαδή λειτουργία με χαμηλό φορτίο και στροφές, μέχρι να φτάσει ο κινητήρας σε κανονική θερμοκρασία λειτουργίας. Σε αντίθετη περίπτωση, όταν δηλαδή ο κινητήρας δεχθεί μεγάλο φορτίο ή πολλές στροφές όσο είναι κρύος, τα έμβολα κινούνται έκκεντρα μέσα στον κύλινδρο, αυξάνοντας κατακόρυφα 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, τα έμβολα έχουν στην πραγματικότητα τέτοια μορφή. Η διάμετρος στην κεφαλή του εμβόλου είναι μικρότερη από αυτή στην ποδιά. 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 σχήμα γίνεται κυλινδρικό. Κατ’ ανάλογο τρόπο, η διατομή είναι ελλειψοειδής και όχι στρογγυλή. Η μάζα του εμβόλου στη διάμετρο όπου βρίσκεται ο πίρος, είναι μεγαλύτερη από την κάθετή της, οπότε σε αυτή τη διάμετρο, το έμβολο διαστέλλεται περισσότερο. Κατασκευάζοντας αυτή τη διάμετρο μικρότερη από την κάθετή της (έλλειψη), σε θερμοκρασία λειτουργίας, το έμβολο αποκτά κυκλική διατομή.