Nr 2671
ILE CYLINDRÓW?

by John H. Lienhard

Dzisiaj, ile cylindrów? University of Houston’s College of Engineeringprezentuje tę serię o maszynach, które sprawiają, że nasza cywilizacja działa, oraz o ludziach, których pomysłowość je stworzyła.

Ile cylindrów powinien mieć silnik samochodowy? Większość naszych samochodów ma albo cztery cylindry w rzędzie, albo cylindry w układzie V – dwa lub trzy po obu stronach. Po co więc te wszystkie wymyślne rozwiązania? Dlaczego nie wystarczy jeden duży cylinder?

Cóż, pomyśl o tłoku, chodzącym tam i z powrotem w cylindrze, sprawiającym, że wał korbowy się obraca. To krótko napędza wał raz na dwa obroty. Nasze silniki samochodowe pracują w cyklach czterosuwowych. Następuje zapłon i tłok pcha się w dół. Następnie, wracając do góry, usuwa spaliny. Następnie wciąga nową mieszankę powietrza i benzyny w drodze na dół. Na koniec podnosi się, sprężając tę mieszankę. Potem kolejny zapłon i cykl się powtarza.

Silnik jednocylindrowy przyspiesza przy pierwszym suwie; następnie zwalnia podczas reszty dwóch obrotów w cyklu czterosuwowym. To spowoduje, że taki silnik będzie się trząsł i wibrował.

Więc potrzebujemy dużego koła zamachowego, aby utrzymać go w ruchu pomiędzy zapłonami. Mając więcej cylindrów i tłoków, możemy przypiąć korbowód każdego tłoka do innego położenia kątowego na wale korbowym – wtedy ustawiamy czas eksplozji tak, aby każda z nich napędzała obrót podczas dwóch obrotów. A koło zamachowe może być o wiele mniejsze.

Karl Benz użył jednocylindrowego silnika w swoim pierwszym samochodzie z 1885 roku. Pierwszy silnik Forda Model T miał cztery cylindry w rzędzie. Niektóre luksusowe samochody z lat 20. miały silniki rzędowe o nawet ośmiu cylindrach. Silniki z 12 lub więcej cylindrami w rzędzie były używane, ale głównie w dużych silnikach morskich i stacjonarnych.

Oczywiście płynna praca jest tylko jednym z celów. Większa liczba cylindrów to mniejsza masa koła zamachowego, ale także większe koszty produkcji i utrzymania. Do tego dochodzi jeszcze kompaktowość. Prosta ósemka Duesenberga była ulubionym modelem bogatych gwiazd filmowych w latach 20-tych. Ale miał rozstaw osi wynoszący 12 stóp. Wyobraź sobie parkowanie równoległe tej bestii.

Odpowiedzią był silnik V-8 – dwa rzędy po cztery sztuki tworzące literę V. Nawet Karl Benz eksperymentował z silnikiem V-2 po zbudowaniu swojego jednocylindrowego silnika. Układ V może nawet pozwolić dwóm cylindrom napędzać wspólny sworzeń korby, popychając go w różnych pozycjach kątowych. I tu pojawiają się kolejne komplikacje: Inżynierowie stworzyli wszystkie rodzaje sprytnych projektów wałów korbowych do użycia z cylindrami we wszystkich rodzajach pozycji — V-4s, V-6s, flat-4s, flat-6s.

Samoloty narzuciły inne ograniczenia projektowe. Silnik rzędowy zapewnia mały opór czołowy. Bracia Wright używali silnika prostego-4, ale z dość ciężkim kołem zamachowym. Następnie pierwsi konstruktorzy przeszli na silniki z dziewięcioma cylindrami, promieniście rozchodzącymi się od centralnej piasty. Tłoki obracały się wokół wału i nie potrzebowały ani koła zamachowego, ani systemów chłodzenia.

Wiele nowych technologii decyduje się na jedną najlepszą formę. Ale niektóre znaleźć więcej niż jedną dobrą opcję, a następnie zachować jockeying wśród konkurentów. Wystarczy pomyśleć o komputerach PC i Mac, o muzyce klasycznej i country – wystarczy pomyśleć o cylindrach w ich pozornie niekończących się układach.

Jestem John Lienhard z Uniwersytetu w Houston, gdzie interesujemy się sposobem, w jaki pracują wynalazcze umysły.

(Muzyka na motywach)
Zobacz hasła Wikipedii na wszystkie istotne tematy. Szukaj słów takich jak silniki samochodowe, straight-4, flat-6, V-8, 4-stroke engine, itp. Google prześle Cię również do wielu prostych i przejrzystych stron, takich jak ta.

Wszystkie zdjęcia autorstwa J. Lienhard. Toyota engines courtesy of Mike Calvert Toyota,Houston, TX.

Oldest surviving Wright engine (New England Air Museum). To jest prosta czwórka. Zauważ, że zewnętrzne korbowody tłokowe są przymocowane do wału korbowego o 180 stopni poza fazą z dwoma wewnętrznymi. Zauważ również ciężkie koło zamachowe na RHS zdjęcia.

Silnik prosty-4 Toyoty Camry zamontowany z boku.

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