Šta je klip a šta cilindar na motoru automobila?

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

Opet ona sa matematikom gnjavi…

Cilindar je, kao što mu i samo ime govori, deo motora okruglog preseka (odsečak cevi) koji je definisan sledećim dimenzijama: promerom i dužinom. U osnovi, cilindar je zapravo „okrugla rupa“ u bloku našeg motora, unutar koje se kreće klip. Promer cilindra, koji nazivamo prečnik klipa je vrednost 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). Ta dužina se naziva hod klipa.

Malo matematike koje se, eventualno, sećamo iz osnovne škole: dakle, naš cilindar u stvari možemo predočiti kao geometrijsko telo koje se naziva valjkom (da budemo baš sitničavo precizni, reč je o „uspravnom valjku“). E, sad… Zapremina valjka (o) jednak je umnošku površine baze valjka i njegove visine. Površina baze, pak, računa se kao kvadrat radijusa (r) pomnožen sa Pi, pa onda to sve lepo pomnožimo sa visinom (v) i dobijemo zapreminu (volumen).

Pri tome ne bi bilo loše ne pomešati jedinice. Dakle, kod računanja zapremine 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 vrednost iznosi 3,14159 26535 89793 i bla, bla, bla. U praksi se koristi vrednost od 3,14.

Srećom, evo i praktične primene naučenog

Čitate li tehničke podatke nekog automobila često ćete naići na podatak o prečniku i hodu klipa izražen kao prečnik x hod. Pa tako, za primer možemo uzeti motor Range Rovera Evoque 2.2 SD4 čiji prečnik i hod iznose 85,0 x 96,0 mm (ovo su lepe okrugle brojke koje će nam olakšati računanje!). Poznavajući tako podatak o prečniku i hodu klipa Evoqueovog motora možemo izračunati zapreminu pojedinog cilindra. Dakle, u konkretnom slučaju naš jedinična zapremina iznosi 544,75 cm3 (kubnih centimetara), odn. 0,54475 l (litara) – sve vrednosti su radi praktičnosti zaokružene na dve decimale. A, kako je reč o 4-cilindričnom motoru, ukupnu zapreminu ovog motora dobićemo tako da dobijenu (jediničnu) zapreminu svakog cilindra pomnožimo sa 4. Dakle, takvo računanje dalo bi vrednost od 2179,00 cm3, odn 2,179 litara što je, dakako, tačan podatak.

Recimo i to da se u praksi, radi komercijalno / marketinški / pojednostavljujućih razloga vrednosti zapremina motora zaokružuju kako bi tako lepo oblikovane poslužile u označavanju nekog modela automobila. Naš Evoque, tako, nosi oznaku motora 2.2 SD4 jer kada zaokružimo zapreminu koji smo upravo izračunali, možemo reći da se radi o približno 2,2 litre. Najčešće, zapremina se u litrama označava sa jednim decimalnim mestom, ali u novije vreme susrećemo i oznake motora kao što su 1.25 gde je, konkretno, reč o motoru zapremine od 1242 cm3 (strogo matematički gledano, Ford je ovde uzeo malo previše slobode u zaokruživanju, no…).

Svakako, postoje motori i sa više, ali i manje cilindara. Najčešći rasporedi cilindara u motoru su sledeći: redni motori imaju cilindre u nizu (u pravilu rezervisano za motore manje zapremine), V motori u obliku slova „v“ čime se štedi na ukupnoj dužini motora, a boxer motori imaju cilindre postavljene jedan nasuprot drugog (ravnomeran raspored sila i niska silueta motora).

Za kraj priče o cilindrima treba spomenuti i njihove verzije. Naime, klasično rešenje svakako su cilindri sa „košuljicom“. Takvi cilindri unutar svog prečnika imaju još jednu „cev“ od drugog materijala otpornog na trošenje. Motori napravljeni od kvalitetnih legura nemaju košuljice te je klip u direktnom kontaktu sa zidom cilindra koje su ujedno i deo bloka motora. Posebno rešenje su tzv. „mokre“ košuljice česte kod motora visokih performansi. Takav motor ima košuljice koje nisu usađene u cilindrični deo bloka, već stoje (gotovo) samostalno kako bi se tečnost za hlađenje lakše do njih došla.

Napokon, klip!

Klip je ono što u cilindru „trči“ od jedne krajnje pozicije (mrtve točke) do druge. Reč je o metalnom delu koji ima otprilike oblik čaše okrugla preseka, okrenute naopako. Njegov je zadatak da na sebe (na čelo klipa) preuzmu pritisak sile koja se u cilindru stvara sagorevanje smeše goriva i vazduha. Klipovi su klipnjačama spojeni na kolenasto vratilo gde se njihovo pravolinijsko kretanje prevodi u kružno.

No, kako bi se omogućilo kretanje klipa, njegov je prečnik nešto manji od unutrašnjeg prečnika cilindra (odn. košuljice cilindra). Da bi se ipak omogućilo zaptivanje, tj. da prilikom sagorevanja gasovi ne bi prolazili pokraj klipa u donji deo motora, klipovi su opremljeni sa nekoliko prstenova. Najčešće, reč je o tri prstena od kojih su dva kompresiona, a jedan uljni. Kompresioni prstenovi zaduženi su za zaptivanje između klipa i zida cilindra, dok uljni prsten ima „zadatak“ ostaviti tanki sloj ulja na zidu cilindra (nekoliko mikrometara) dok se klip kreće prema DMT. Zato se u sredini ovog klipnog prstena nalazi dovod ulja. Takođe, svojim spoljnim rubom uljni prsten treba „obrisati“ višak ulja sa zida cilindra.

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 presvučeni hromom, posebnim keramičkim materijalom itd.

Ovi prstenovi (tzv. „karike“) glavni su razlog zbog čega stari i istrošeni motori dime. Naime, verovatno ste već više puta čuli kako neko kaže da je taj i taj motor nekog automobila istrošen, jer mu iz auspuha izlazi plavičasti dim. Radi se upravo o istrošenim klipnim prstenovima koji (prvenstveno uljni) propuštaju male količine ulja u prostor za sagorevanje. Svakako, 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.

Razlika prečnika klipa i cilindra, odn. njegove košuljice (zavisno od konstrukcije), bitna je zbog činjenice da se svi materijali pa tako i onaj od kojeg je napravljen klip, šire usled zagrevanja. Upravo stoga, našem je klipu potrebno osigurati dovoljno mesta, a razliku u prečniku kompenzuju upravo klipni prstenovi.

Ovde možemo napomenuti i da je, npr. prilikom konstruisanja 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 zaptivanja i trenja biće optimalna. To je još jedan razlog zbog čega ne smemo jače opterećivati motor pre nego li dosegne radnu temperaturu. Možemo stoga zaključiti da tek nakon što usledi zagrevanje svih pokretnih delova motora, delovi dostignu predviđene dimenzije, motor može raditi optimalno.

Klipovi današnjih motora sa unutrašnjim sagorevanjem po pravilu su napravljeni od aluminijumskih legura (postupkom livenja). One osiguravaju uštedu na masi (manja inercija pokretnih delova) te ujedno i visok nivo toplotne provodljivosti (koja je kod aluminijuma i njegovih legura 13 puta veća nego li kod nerđajućeg čelika i 4 puta veća od one kod 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 garantuju manje promene dimenzija usled zagrevanja. Kod dizel motora, kod kojih se javljaju veća opterećenja tokom ekspanzijonog takta, koriste se i čelični klipovi. Čelik osigurava manje promene dimenzija usled zagrevanja i još neke prednosti. No, izbor materijala i ovde je stvar kompromisa.

Preuzeto sa: www.autonet.hr