Μάθε τα πάντα για τα έμβολα

Το έμβολο δέχεται όλη την πίεση που αναπτύσσεται στο εσωτερικό του κυλίνδρου κατά την καύση του μείγματος και την μετατρέπει σε κίνηση σπρώχνοντας την μπιέλα. Όλη αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές μέσα σε ένα δευτερόλεπτο με το έμβολο να επιταχύνει και να επιβραδύνει συνεχώς ανάμεσα στα δύο Νεκρά Σημεία (Ανω Ν.Σ. και Κάτω Ν.Σ.).



Γίνεται λοιπόν φανερό ότι ένα έμβολο καλείται να διαχειριστεί τρομερές δυνάμεις και μάλιστα μέσα σε ένα ακραίο περιβάλλον. Πρέπει να αντέχει στις τεράστιες πιέσεις που δέχεται από τα καυσαέρια, 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 μοτοσυκλετών, τα έμβολα είναι κυρίως αλουμινένια. Τα πλεονεκτήματα του αλουμινίου είναι η μεγάλη αντοχή και το χαμηλό βάρος, καθιστώντας το ιδανικό για την περίπτωση. Ταυτόχρονα, έχει τη δυνατότητα να 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 (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 μικρύνει. 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. Επίσης, η μάζα του εμβόλου στη διάμετρο που βρίσκεται ο πίρος, είναι μεγαλύτερη από την κάθετή της, οπότε εκεί το έμβολο διαστέλλεται περισσότερο. Έτσι, σε θερμοκρασία λειτουργίας το έμβολο αποκτά κυκλική διατομή.