Silindirin iç kısmı

Bir otomobil motorunun tek bir işi vardır: yakıtın yanmasından oluşan ısıyı bir milin dönme hareketine dönüştürmek. Benzinli ve dizel otomobillerin neredeyse hepsi bunu birkaç silindirde tekrarlanan aynı yöntemle yapar: bir tüpün içinde aşağı yukarı kayan bir piston ve bu doğrusal hareketi dönme hareketine çeviren bir mekanizma.

Bir silindirin yukarıdan aşağıya temel parçaları:

• Silindir ve silindir kapağı. Pistonun içinde kaydığı tüp, üst kısmı kapakla kapatılmıştır. Piston ile kapak arasındaki boşluk yanma odasıdır.
• Supaplar. Kapaktaki iki veya daha fazla küçük kapak: emme supapları temiz havanın (ve birçok motorda yakıtın) içeri girmesini sağlar; egzoz supapları yanmış gazı dışarı çıkarır. Dönen bir eksantrik mili bunları doğru zamanda açar.
• Buji (benzinli motorlar). Yakıtı ve havayı tutuşturan bir kıvılcım oluşturur.
• Piston. İtici parça. Çevresindeki segmanlar, silindir duvarıyla arasındaki boşluğu sızdırmaz.
• Biyel kolu. Pistonu krank miline bağlayan sağlam bir çubuktur. Hareket ederken sallanır.
• Krank mili. Krank kolu adı verilen, merkezden kaymış bir bölümü olan mildir. Piston kolu ittiğinde, kol da krank kolunu bir çember üzerinde döndürür; tıpkı bir ayağın bisiklet pedalını döndürmesi gibi.
• Volan. Krank milinin ucundaki, dönme enerjisini depolayan ağır disktir.

Strok, pistonun en yüksek noktası olan üst ölü merkez (TDC) ile en alçak noktası olan alt ölü merkez (BDC) arasında aldığı uzaklıktır. Krank kolu, mil merkezinden r uzaklıkta bulunur. Bu nedenle piston, yarım turda r kadar yukarı ve r kadar aşağı hareket eder: strok = 2r.

Pistonun yüksekliği, krankın ve biyel kolunun geometrisinden bulunur. Krank açısı θ, ÜÖN'den ölçülürse ve biyel kolunun uzunluğu l ise, mil merkezinden piston pimlerine olan uzaklık x(θ) = r cos θ + √(l² − r² sin² θ) olur. Bununla hesap yapmana gerek yok; ama ne anlattığına dikkat et: pistonun her konumu krank açısıyla belirlenir. Krankı çevirince bütün motor hareket eder; hiçbir parça zamanlamadan çıkamaz.

Piston dönmez. Düz bir çizgide kayar; biyel kolu bir yandan diğer yana sallanır; yalnızca krank mili döner. Piston aslında üstte ve altta, yön değiştirdiği anda kısa bir süreliğine durur ve her strokun ortalarında en yüksek sürate ulaşır.

Bir motoru iki ölçü tanımlar. Bir silindirin süpürülen hacmi (silindir hacmi), pistonun alanı ile strokun çarpımına eşittir: V = (π/4) × bore² × stroke. Bore ve strokun her biri 86 mm olduğunda V = (π/4) × 0.086² × 0,086 ≈ 0,0005 m³ = 0,5 litre olur. Bu silindirlerden dört tanesi 2,0 litrelik bir motor oluşturur.

Sıkıştırma oranı, gazın sahip olduğu en büyük ve en küçük hacimleri karşılaştırır: CR = (V_swept + V_clearance) / V_clearance. Boşluk hacmi, ÜÖN'de pistonun üzerinde kalan hacimdir. Bir silindir 500 cm³ hacim süpürüyor ve üstte 50 cm³ kalıyorsa CR = 550 / 50 = 11 : 1 olur.

Piston ne kadar hızlı hareket eder? Ortalama sürati, 2 × strok × (saniyedeki devir sayısı) kadardır. 6 000 rpm (100 rev/s) ve 86 mm strok için bu değer 2 × 0,086 × 100 ≈ 17 m/s olur; bu da yaklaşık 62 km/h demektir. Piston saniyede yüzlerce kez yukarı ve aşağı hareket eder. Motorların güvenli bir şekilde ne kadar hızlı dönebileceğine bir limit getirilmesinin nedenlerinden biri budur.