Nro. 2671
MIKSI SYLINTEREIÄ?

by John H. Lienhard

Kuinka monta sylinteriä nykyään? Houstonin yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu esittelee tämän sarjan koneista, jotka saavat sivilisaatiomme toimimaan, ja ihmisistä, joiden kekseliäisyys loi ne.

Miten monta sylinteriä auton moottorissa pitäisi olla? Useimmissa autoissamme on joko neljä sylinteriä peräkkäin tai sylinterit V-muotoisesti – kaksi tai kolme sylinteriä kummallakin puolella. Miksi siis kaikki tämä hienostelu? Miksei vain yhtä suurta sylinteriä?

No, ajatellaanpa mäntää, joka liikkuu edestakaisin sylinterissä ja saa kampiakselin pyörimään. Se ajaa lyhyesti akselia kerran kahdessa kierrossa. Automoottorimme toimivat nelitahtisykleissä. Sytytys tapahtuu ja mäntä työntyy alaspäin. Sitten se tyhjentää pakokaasun mennessään takaisin ylös. Seuraavaksi se vetää sisään uutta ilman ja bensiinin seosta matkalla alaspäin. Lopuksi se nousee ylöspäin ja puristaa seoksen. Sitten tapahtuu uusi sytytys, ja sykli toistuu.

Yksisylinterinen moottori kiihtyy ensimmäisellä tahdilla; sitten se hidastuu nelitahtisen syklin kahden kierroksen aikana. Tämä aiheuttaisi tällaisen moottorin tärinän ja värinän.

Tarvitaan siis iso vauhtipyörä pitämään se liikkeessä sytytysten välillä. Kun sylintereitä ja mäntiä on enemmän, voimme kiinnittää jokaisen männän yhdystangon eri kulmapaikkaan kampiakselilla — sitten ajoitamme räjäytykset niin, että jokainen potkaisee pyörimistä eteenpäin kahden kierroksen aikana. Ja vauhtipyörä voi olla paljon pienempi.

Karl Benz käytti yksisylinteristä moottoria ensimmäisessä autossaan vuonna 1885. Fordin ensimmäisessä T-mallin moottorissa oli neljä sylinteriä peräkkäin. Joissakin 1920-luvun luksusautoissa oli jopa kahdeksansylinterisiä rivimoottoreita. Moottoreita, joissa on jopa 12 tai enemmän sylinteriä peräkkäin, on käytetty, mutta lähinnä suurissa laivamoottoreissa ja kiinteissä moottoreissa.

Tietysti tasainen käynti on vain yksi tavoite. Enemmän sylintereitä antaa vähemmän vauhtipyörän painoa, mutta ne merkitsevät myös suurempia valmistus- ja ylläpitokustannuksia. Sitten on vielä kompaktius. Duesenbergin 8-suora oli 20-luvulla rikkaiden filmitähtien suosikki. Sen akseliväli oli kuitenkin 12 jalkaa. Kuvittele, miten sen voi pysäköidä rinnakkain.

Vastaus oli V-8-moottori – kaksi nelosriviä, jotka muodostavat V:n. Jopa Karl Benz kokeili V-2-moottoria rakennettuaan yksisylinterisen moottorinsa. V-asettelun avulla kaksi sylinteriä voi jopa antaa kahden sylinterin ajaa yhteistä kampiakselia työntäen sitä eri kulma-asennoissa. Tällöin monimutkaisuus lisääntyy: Insinöörit ovat luoneet kaikenlaisia nokkelia kampiakselimalleja, joita voidaan käyttää kaikenlaisissa asennoissa olevien sylintereiden kanssa — V-4:t, V-6:t, litteät 4:t, litteät 6:t.

Lentokoneet asettivat erilaisia suunnittelurajoituksia. Rivimoottori tarjoaa vain vähän etuvastusta. Wrightin veljekset käyttivät suoran nelosmoottoria, mutta melko painavalla vauhtipyörällä. Sitten varhaiset rakentajat siirtyivät yhdeksänsylinterisiin moottoreihin, jotka lähtevät säteittäisesti keskusnavasta. Männät pyörivät akselin ympärillä, eivätkä ne tarvinneet vauhtipyörää eivätkä jäähdytysjärjestelmiä.

Monet uudet teknologiat vakiintuvat yhteen parhaaseen muotoon. Mutta jotkut löytävät useamman kuin yhden hyvän vaihtoehdon ja jatkavat sitten kilpailemista kilpailijoiden kesken. Ajattele vain PC:tä vs. Macia, klassista vs. kantrimusiikkia – ajattele vain sylintereitä niiden näennäisesti loputtomissa järjestelyissä.

Olen John Lienhard Houstonin yliopistosta, jossa olemme kiinnostuneita siitä, miten kekseliäät mielet työskentelevät.

(Teemamusiikki)
Katsokaa Wikipedian merkinnät kaikista asiaankuuluvista aiheista. Hae hakusanoilla kuten automotive engines, straight-4, flat-6, V-8, 4-tahtimoottori jne. Google lähettää sinut myös monille yksinkertaisille ja selkeille sivustoille, kuten tälle.

Kaikki kuvat ovat J. Lienhardin. Toyota-moottorit kohteliaisuudesta Mike Calvert Toyota,Houston, TX.

Vanhin säilynyt Wrightin moottori (New England Air Museum). Tämä on suora nelosmoottori. Huomaa, että ulommat männän yhdystangot on kiinnitetty kampiakseliin 180 astetta vaiheesta poiketen kahden sisemmän kanssa. Huomaa myös raskas vauhtipyörä kuvan oikealla puolella.

Suoran nelosmoottorin Toyota Camryn moottori asennettuna sivuttain.

The Engines of Our Ingenuity is Copyright © 1988-2010 by John H. Lienhard.