Kako prečnik cilindra i hod klipa utiču na snagu motora?

U automobilskom svetu često se čuje izreka: „Nema zamene za zapreminu“. Ali šta to zapravo znači? Zapremina motora meri se ukupnim volumenom svih komora za sagorevanje, na primer, kod V6 motora to je zbir zapremina svih šest cilindara. U matematici, zapremina cilindra zavisi od dva glavna faktora: koliko je širok i koliko je visok. U svetu motora to su prečnik cilindra (bore) i hod klipa (stroke).

U najkraćem, prečnik cilindra predstavlja njegovu širinu, dok hod označava koliko daleko klip putuje gore-dole. Kombinacijom ta dva parametra dobija se zapremina jednog cilindra, a množenjem sa brojem cilindara i ukupna zapremina motora. Zvuči jednostavno, ali u praksi postoji velika razlika u tome kako ova dva faktora utiču na snagu motora.

Unutrašnjost motora je izuzetno složeno i „nasilno“ okruženje, gde sile sagorevanja velikim pritiskom deluju na klip. Time se stvara energija koja se prenosi na radilicu, pretvarajući translaciono kretanje u rotaciono i stvarajući snagu. Intuitivno je jasno da veći klip i duži hod znače veću snagu, ali fizika iza toga je složenija. Uopšteno, motor sa većim prečnikom cilindra razvija više snage (konjskih snaga), dok motor sa dužim hodom razvija više obrtnog momenta. Kako to funkcioniše?

Kako prečnik cilindra utiče na snagu?

Prečnik cilindra određuje koliko je prostor unutar cilindra širok. Širi cilindar omogućava ugradnju većih ventila, što znači da više vazduha može da uđe u komoru za sagorevanje, sagori i izađe kroz izduv. Motor kod kog je prečnik veći od hoda naziva se „oversquare“.

Po pravilu, ovakvi motori razvijaju više snage pri visokim obrtajima, ali manje obrtnog momenta pri niskim. To su motori koji se „vrte“ na visokim obrtajima, poput onih u trkačkim automobilima, sportskim motociklima ili Formuli 1. Jednostavno rečeno, obrtni moment određuje koliko lako se točak okreće, dok snaga određuje koliko brzo može da se okreće.

Razlog leži u principu poluge: kod kraćeg hoda klipa manja je poluga na radilici, pa je obrtni moment manji. Međutim, veći ventili omogućavaju bolji protok vazduha pri visokim obrtajima, pa motor može da razvije veću snagu.

Može se uporediti sa disanjem te široko otvorena usta omogućavaju veći protok vazduha nego uska slamka. Tako i ovi motori „dišu“ bolje pri visokim obrtajima, ali žrtvuju snagu pri niskim.

Kako hod klipa utiče na obrtni moment?

Suprotno tome, motor sa dužim hodom klipa naziva se „undersquare“. Njegove prednosti i mane su obrnute: razvija više obrtnog momenta pri niskim obrtajima, ali dostiže maksimalnu snagu ranije i slabiji je pri visokim obrtajima. Zato su ovakvi motori idealni za teške zadatke poput vuče i transporta pa su tipični kod kamiona i brodskih dizel motora.

Razlog za veći obrtni moment opet leži u principu poluge. Duži hod znači da klip prelazi veću udaljenost, pa deluje većom silom na radilicu. Takođe, pri istim obrtajima klip se kreće brže, što povećava brzinu usisa vazduha.

Međutim, zbog užeg cilindra ima manje mesta za ventile, pa je protok vazduha ograničen. Zbog toga ovi motori gube efikasnost pri visokim obrtajima, jer ne mogu dovoljno brzo da „udahnu“ vazduh za održavanje sagorevanja.

Dodatni problem je mehaničko opterećenje: što se klip brže kreće, to su sile veće. Velike mase koje se kreću velikom brzinom povećavaju rizik od oštećenja, pa ovakvi motori imaju niže maksimalne obrtaje. Zato ekstremni „oversquare“ motori, poput starih agregata Formule 1, mogu da se vrte i do 20.000 obrtaja u minuti, dok veliki brodski dizel motori rade na veoma niskim obrtajima, čak nižim od obrtaja prosečnog putničkog automobila na „leru“.

AutoRepublika

(235)