Klip i cilindar

18. ožujka 2013.
Škola - Klip i cilindar
autor: AUTONET.HR 

Osnove, osnove, osnove...

Srećom, današnji je nastavak doista jednostavan. Malo odmora za vas, ali i našu profesoricu tijekom četrnaestog sata Škole. Ovoga se puta vraćamo samim osnovama priče o automobilskom motoru i još jednom upoznajemo s njegovim temeljnim dijelovima
Položaj, provrt i hod klipa u cilindru motora s unutarnjim izgaranjemPoložaj, provrt i hod klipa u cilindru motora s unutarnjim izgaranjem
Možda je priča o klipovima, klipnim prstenima i cilindrima trebala doći na red na samom početku Škole automobilske tehnike, no, naši nastavnici su rekli da mora ovako. Pa dobro. Dakako, riječ je o poglavlju koje spada u same osnove našeg upoznavanja s konstrukcijom automobila jer brojem cilindara i pripadajućih klipova, njihovim rasporedom i još ponekim parametrom stvaramo temeljnu razliku između pojedinih pogonskih strojeva.

Cilindar je, vjerojatno, osnova svega. On određuje jediničnu zapremninu motora (ukupna zapremnina motora = jedinična x broj cilindara), ali i buku koju ćete proizvesti škripajući gumama na semaforu. U pravilu, oni koji pod poklopcem motora imaju više cilindara, glasnije škripe... No, šalu na stranu!

Položaj klipa u cilindru motora (BMW AG)Položaj klipa u cilindru motora (BMW AG)
Opet ona s matematikom gnjavi...

Cilindar je, kao što mu i samo ime govori, dio motora okruglog presjeka (odsječak cijevi) koji je definiran sljedećim dimenzijama: promjerom i dužinom. U osnovi, cilindar je zapravo "okrugla rupa" u bloku našeg motora, unutar koje se giba klip (o bloku motora bit će riječi uskoro). Promjer cilindra, koji nazivamo provrt klipa je vrijednost razumljiva sama prema sebi, dok je dužina koja nas kod cilindra zanima, u stvari razmak između GMT (gornje mrtve točke - najvišeg položaja čela klipa) i DMT (donje mrtve točke). Tu dužinu naziva hod klipa.

Obujam uspravnog valjkaObujam uspravnog valjka
Malo matematike koje se, eventualno, sjećamo iz osnovne škole: dakle, naš cilindar u stvari možemo predočiti kao geometrijsko tijelo koje se naziva valjkom (da budemo baš sitničavo precizni, riječ je o "uspravnom valjku"). E, sad... Obujam valjka (o) jednak je umnošku površine baze valjka i njegove visine. Površina baze, pak, računa se kao kvadrat radijusa (r) pomnožen s Pi, pa onda to sve lijepo pomnožimo s visinom (v) i dobijemo obujam (volumen).

Pri tome ne bi bilo loše ne pomiješati jedinice. Dakle, kod računanja obujma nekog cilindra uzmite u obzir da su vam sve dimenzije izražene u npr. mm ili cm. I, molimo vas dragi učenici, nemojte sada pitati što je to Pi, jer, znate dobro da je to Arhimedova konstanta ili Ludolfov broj čija numerička vrijednost iznosi 3,14159 26535 89793 i bla, bla, bla. U praksi se koristi vrijednost od 3,14.

Raspored cilindara određuje motor: lijevo je 4-cilindrični redni, u sredini V6, a desno 4-cilindrični boxerRaspored cilindara određuje motor: lijevo je 4-cilindrični redni, u sredini V6, a desno 4-cilindrični boxer
Srećom, evo i praktične primjene naučenog

Čitate li tehničke podatke nekog automobila često ćete naići na podatak o provrt i hodu klipa izražen kao provrt x hod. Pa tako, za primjer možemo uzeti motor Range Rovera Evoque 2.2 SD4 čiji provrt i hod iznose 85,0 x 96,0 mm (ovo su lijepe okrugle brojke koje će nam olakšati računanje!). Poznavajući tako podatak o provrtu i hodu klipa Evoqueovog motora možemo izračunati obujam pojedinog cilindra. Dakle, u konkretnom slučaju naš jedinični obujam iznosi 544,75 cm3 (kubičnih centimetara), odn. 0,54475 l (litara) - sve vrijednosti su radi praktičnosti zaokružene na dvije decimale. A, kako je riječ o 4-cilindričnom motoru, ukupan obujam ovog pogonskog stroja dobit ćemo tako da dobiveni (jedinični) obujam svakog cilindra pomnožimo s 4. Dakle, takvo računanje dalo bi vrijednost od 2179,00 cm3, odn 2,179 litara što je, dakako, točan podatak.

Još jednom, tri osnovne konfiguracije klipnog motora s unutarnjim izgaranjemJoš jednom, tri osnovne konfiguracije klipnog motora s unutarnjim izgaranjem
Recimo i to da se u praksi, radi komercijalno / marketinško / pojednostavnjujućih razloga vrijednosti obujma motora zaokružuju kako bi tako lijepo oblikovane poslužile u označavanju nekog modela automobila. Naš Evoque, tako, nosi oznaku motora 2.2 SD4 jer kada zaokružimo obujam koji smo upravo izračunali, možemo reći da se radi o približno 2,2 litre. Najčešće, obujam se u litrama označava s jednim decimalnim mjestom, no u novije vrijeme susrećemo i oznake motora kao što su 1.25 gdje je, konkretno, riječ o motoru obujma od 1242 cm3 (strogo matematički gledano, Ford si je ovdje uzeo malo previše slobode u zaokruživanju, no...).

I konačno, ako u svom tom preračunavanju i određivanju obujma motora "zalutate" u npr. američku literaturu, potsjetite se poglavlja o Načelu rada motora i tamo navedene formule za preračunavanje obujma iz cm3 u cu-in te obratno.

Cilindar bez (lijevo) i s košuljcom (Daimler AG)Cilindar bez (lijevo) i s košuljcom (Daimler AG)
Cilindri određuju motor

Dakako, postoje motori i s više, ali i manje cilindara. Najčešći rasporedi cilindara u motoru su sljedeći: redni motori imaju cilindre u nizu (u pravilu rezervirano za motore manjeg obujma), V motori u obliku slova "v" čime se štedi na ukupnoj dužini motora, a boxer motori imaju cilindre postavljene jedan nasuprot drugog (ravnomjeran raspored sila i niska silueta motora).

Za kraj priče o cilindrima treba spomenuti i njihove izvedbe. Naime, klasično rješenje svakako su cilindri s "košuljicom". Takvi cilindri unutar svog promjera imaju još jednu "cijev" od drugog materijala otpornog na trošenje. Motori napravljeni od kvalitetnih legura nemaju košuljice te je klip u izravnom kontaktu sa stijenkama cilindra koje su ujedno i dio bloka motora. Posebno rješenje su tzv. "mokre" košuljice česte kod motora visokih performansi. Takav motor ima košuljice koje nisu usađene u cilindrični dio bloka, već stoje (gotovo) samostalno kako bi se tekućina za hlađenje lakše do njih došla.

Osnovni dijelovi klipa i još ponešto...Osnovni dijelovi klipa i još ponešto...
Napokon, klip!

Klip je ono što u cilindru "trči" od jedne krajnje pozicije (mrtve točke) do druge. Riječ je o metalnom dijelu koji ima otprilike oblik čaše okrugla presjeka, okrenute naopako. Njegov je zadatak da na sebe (na čelo klipa) preuzmu potisak sile koja se u cilindru stvara izgaranjem smjese goriva i zraka. Klipovi su klipnjačama spojeni na koljenasto vratilo gdje se njihovo pravocrtno gibanje prevodi u kružno (o koljenastom vratilu bit će više riječi u sljedećem nastavku Škole).

No, kako bi se omogućilo gibanje klipa, njegov je promjer nešto manji od unutarnjeg promjera cilindra (odn. košuljice cilindra). Da bi se ipak omogućilo brtvljenje, tj. da prilikom izgaranja plinovi ne bi prolazili pokraj klipa u donji dio motora, klipovi su opremljeni s nekoliko prstenova. Najčešće, riječ je o tri prstena od kojih su dva kompresijska, a jedan uljni. Kompresijski prstenovi zaduženi su za brtvljenje između klipa i stijenke cilindra, dok uljni prsten ima "zadatak" ostaviti tanki sloj ulja na stijenkama cilindra (nekoliko mikrometara) dok se klip giba prema DMT. Zato se u sredini ovog klipnog prstena nalazi dovod ulja. Također, svojim vanjskim rubom uljni prsten treba "pobrisati" višak ulja sa stijenke cilindra.

Klipni prstenoviKlipni prstenovi
Klipni prstenovi izloženi su velikom trošenju te su posebno obrađeni kako bi im se povećala otpornost. U pravilu su napravljeni od čelika, a radi veće izdržljivosti mogu biti oslojeni kromom, posebnim keramičkim materijalom itd.

Ovi prstenovi (tzv. "karike") glavni su razlog zbog čega stari i istrošeni motori dime. Naime, vjerojatno ste već više puta čuli kako netko kaže da je taj i taj motor nekog automobila istrošen jer mu iz ispuha izlazi plavičasti dim. Radi se upravo o istrošenim klipnim prstenovima koji (prvenstveno uljni) propuštaju male količine ulja u prostor za izgaranje. Dakako, takva je pojava štetna, smanjuje snagu motora i uništava katalizator, a dugim zanemarivanjem može se dovesti i do potpunog uništenja klipnih prstenova, oštećenja košuljice cilindra i sl.

Čelo klipa rijetko kada je ravno. Ovakvi posebni oblici pomažu vrtloženju smjese čime se osigurava potpunije izgaranje (Federal Mogul Corporation)Čelo klipa rijetko kada je ravno. Ovakvi posebni oblici pomažu vrtloženju smjese čime se osigurava potpunije izgaranje (Federal Mogul Corporation)
Razlika promjera klipa i cilindra, odn. njegove košuljice (ovisno o konstrukciji), bitna je zbog činjenice da se svi materijali pa tako i onaj od kojeg je napravljen klip, šire uslijed zagrijavanja. Upravo stoga, našem je klipu potrebno osigurati dovoljno mjesta, a razliku u promjeru kompenziraju upravo klipni prstenovi.

Ovdje možemo napomenuti i da je, npr. prilikom konstruiranja nekog motora, posebni bitno uzeti u obzir njegovu radnu temperaturu. Upravo kada dostigne (predviđenu) radnu temperaturu, klip će se raširiti na predviđenu dimenziju, a sva brtvljenja i trenja bit će optimalna. To je još jedan razlog zbog čega ne smijemo jače opterećivati motor prije nego li dosegne radnu temperaturu. Možemo stoga zaključiti da tek nakon što uslijed zagrijavanja svi pokretni dijelovi motora dostignu predviđene dimenzije, pogonski stroj može raditi optimalno.

Različiti oblici čela klipa za različite namjene (Honda, Diamond Racing Pistons)Različiti oblici čela klipa za različite namjene (Honda, Diamond Racing Pistons)
Klipovi današnjih motora s unutarnjim izgaranjem u pravilu su napravljeni od aluminijskih legura (postupkom lijevanja). One osiguravaju uštedu na masi (manja inercija pokretnih dijelova) te ujedno i visoku razinu toplinske vodljivosti (koja je kod aluminija i njegovih legura 13 puta veća nego li kod nehrđajućeg čelika i 4 puta veća od one običnog čelika). Spomenimo i to da se kod motora vrlo visokih performansi (npr. iznad 500 KS) koriste kovani klipovi koji su čvršći, a izrađuju se od legura koje jamče manje promjene dimenzija uslijed zagrijavanja. Kod dieselskih motora, kod kojih se javljaju veća opterećenja tijekom ekspanzijskog takta, koriste se i čelični klipovi. Čelik osigurava manje promjene dimenzija uslijed zagrijavanja i još neke prednosti. No, izbor materijala i ovdje je stvar kompromisa.


Komentari

Izuzetno koristan i poučan članak. Ovo bi svatko trebao znati i pročitati, jer način rada motora i temeljnih autodijelova općenito, je izuzetno bitno za svaku osobu koja voli i koristi automobile.
Ivmaric12 | 11:05 | 11.11.2014.

Napiši komentar

Prijavite se



Prijava preko facebooka

Pogledaj sve komentare

Powered by AdminMax v6 © 2005-2018 by Internet Softver Design by WEB Marketing