Motori - i Deo 01.10(1)

VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA KRAGUJEVAC 2013 GODINA

OSNOVNE STRUKOVNE STUDIJE DRUMSKI SAOBRAĆAJ

MOTORI

dr DUŠAN B. NESTOROVIĆ, NESTOROVIĆ prof prof.. str. str st st..

I USLOVI KOJE STUDENT TREBA DA ISPUNI I.USLOVI da bi stekao uslov da izađe na ispit:

Da prisustvuje minimalno 60% predavanjima i 80% vežbama ……………………….................... …10 poena (2X5 poena). Da položi dva kolokvijuma (koji se rade pismeno) ………..……………………. 20 poena (2X10 poena).

(minimalno 50% po kolokvijumu)

Da uradi i odbrani seminarski rad …………………20 poena. (minimalno 50%)

Minimalan broj poena za izlazak na ispit je ....................30 poena. Ispit se polaže pismeno bez korišćenja literature i traje 2 h (tri pitanja i moraju se znati odgovori na sva tri za pozitivnu ocenu - minimalno 50% svako od pitanja). Odgovori moraju biti obavezno praćeni odgovarajućim skicama.

II NEDELJNI FOND ČASOVA II. 3 (predavanja)+3 (vežbe) III.LITERATURA: M. Tomić, S. Petrović;MOTORI SUS, Mašinski fakultet u Beogradu, 2004. godine R. Pešić, S. Petković, S. Veinović; Motorna vozila i motori OPREMA, Mašinski fakultet Banja Luka-Kragujevac, 2008 S. Veinović, R. Pešić, S. Petković; POGONSKI MATERIJALI MOTORNIH VOZILA, Banja Luka-Kragujevac, 2000.g. N Ćućuz; N. Ć ć AUTOMOBILSKI MOTORI, Saobraćajni S b ć j i fakultet f k lt t u Beogradu, B d 1997g. D.Nestorović; MOTORI, Skripta sa predavanja, Visoka tehnička škola strukovnih studija u Kragujevcu 2013

1. UVODNA RAZMATRANJA Prvi pokušaji ostvarenja motora SUS datiraju jos iz XVII. veka. Prvi motor SUS koji je bio namenjen za vršenje rada u industriji pronašao je 1678. 1678 godine Hautefeuille. Hautefeuille Prvi model električnog vozila napravioje Mađar Anjoš Edlik 1828 godine Prve gorive ćelije razvio je Velški fizičar Vilijem Grou (William Grove) 1839. godine. Tek u toku XIX veka pojavio se čitav niz patenata motora SUS. Neki od bitnijih datuma: 1. Oto Nikolaus 1876. godine realizuje prvi četvorotaktni motor sa električne varnice, 2. Clerk 1882. paljenjem pomoću godine realizuje prvi dvotaktni motor, 3 D 3. Daimler i l i Benz B su 1887 1887. iskoristili i k i tili klipni kli i motor t za pokretanje k t j putničkog t ičk automobila, 4. Rudolf Dizel 1892. godine realizuje prvi dizel motor sa ubrizgavanjem goriva u cilindar i samo paljenjem putem sopstvene energije, energije 5. Feliks Vankel 1956. godine realizuje prvi rotacioni motor. 1

Još neki od važnijih datuma za razvoj motora SUS i automobila: - nafta otkrivena 1859. - prvi pneumatik napravljen 1888 (Dunlop)

izgled jednog od prvih automobila sa motorom SUS 2

izgled jednog od prvih automobila na električni pogon

3

Izgled jednog savremenog modela automobila

4

Aktuelni koncepti pogona vozila 5

PITANJE : 1 NABROJATI AKTUELNE KONCEPTE POGONA VOZILA I 1. OBJASNITI .

6

2. DEFINICIJE I VRSTE MOTORA Pod pojmom motor podrazumeva se pogonska mašina koja neki vid energije pretvara u mehanički rad. Zavisno, od toga, koji se vid energije pretvara u mehanički rad razlikuju se sledeći motori: U pogledu načina korišćenja energije, motori koji se koriste kao pogonski agregati vozila dele se u dve osnovne grupe: - motori koji vrše transformaciju neke vrste energije u mehanički rad i - motori koji koriste akumuliranu energiju.

7

Uzimajući u obzir koji se motori danas koriste za pogon vozila i trendove koji ukazuju na buduća kretanja u ovoj oblasti, pogonski agregati mogu se razvrstati u sledeće grupe:

Stirling motor (STIRLING MOTOR)

Podela i vrste pogonskih mašina 8

2 1 POGON VOZILA ELEKTRO MOTORIMA 2.1. Vozila na električni pogon (EV) su se pojavila uporedo ili čak pre vozila il sa motorima t i sa unutrašnjim t š ji sagorevanjem j (SUS) (SUS). U to vreme pogonski sistem EV sačinjavali su: - olovni akumulatori i - motor jednosmerne struje čija je brzina regulisana posredstvom otpornika. otpornika Primat SUS motora nad električnim pogonom osiguran je oko 1915. godine. Tada su stepen g p i brzina razvoja j SUS motora u odnosu na električni pogon bili takvi da su zadovoljavali težnju ljudi za sve bržim i snažnijim vozilima. Posledica svih nepovoljnih uslova za razvoj EV dovela je do gotovo potpunog prestanka razvoja i proizvodnje električnih vozila oko 1920. godine. 9

Renesansa EV nastupa šezdesetih godina sa željom da se ekološki problemi, nastali zbog korišćenja vozila svedu na što je moguće manju meru. Energetska kriza sedamdesetih dodatno je ubrzala istraživanja na polju razvoja EV . ( Jedan od osnovnih nedostataka EV u odnosu na klasična vozila (sa SUS motorom) leži u činjenici da je radijus ovakvih vozila znatno manji. Kao kompromisno rešenje pojavljuju se Hibridna električna vozila, koja kombinuju dva različita pogona, od kojih je jedan električni.

10

2 1 1 BATERIJSKI ELEKTRO POGON 2.1.1. Vozila sa ovom vrstom pogona poznata su po skraćenici BEV (battery electric vehicle). ) Regulisanje napona i uključivanja elektromotora obezbeđeno jje kontrolerom. Elektromotor, koji se napaja baterijama predaje moment i obrtno kretanje točkovima preko transmisije. Pogonske baterije se pune iz eksterne električne mreže preko ispravljača. Šematski prikaz baterijskog elektropogona

11

Masovnija upotreba BEV zavisi od napretka u tehnologiji baterija. Aktuelna ciljna kategorija baterija u razvoju jeste litijum jonska (Li-ion). Ova baterija obezbeđuje najbolje performanse vozila (ubrzanje, radijus kretanja). Punjenje i pražnjenje je brže nego kod olovnih (Pb) i nikl metal hidridnih (NiMH) baterija. Manje su zapremine (tipično 40%) i težine (50%) od NiMH. Ek l ški su podobnije Ekološki d b ij u odnosu d na baterije b t ij bazirane b i na niklu ikl i olovu. l Sadrže do tri puta više energije po jedinici težine i zapremine od konvencionalnih olovnih i nikl metal hidridnih baterija. Prednosti BEVa su: - nulta emisija izduvnih gasova,

g u s t i n a

Nedostaci BEV-a: - skuplja k lj su od d vozila il sa motorima SUS, - autonomija kretanja limitirana i trenutno se kreće do 150 km km.

e n e r g i j e godina

Razvoj baterija za elektro-automobile

12

Primer varijante primene BEV na automobilu 13

Primer varijante primene BEV na automobilu 14

2 1 2 ELEKTROMOTORI SA GORIVIM ĆELIJAMA 2.1.2. Primena gorivih ćelija u pogonskom agregatu podrazumeva vodonik kao gorivo. g Prve gorive ćelije razvio je Velški fizičar Vilijem Grou (William Grove) 1839. godine. Gorive ćelije su galvanske ćelije koje proizvode električnu energiju iz energije koja se oslobađa hemijskom reakcijom goriva koje se kontinualno dovodi sa oksidacionim sredstvom. Obično se pod ovim pojmom podrazumevaju vodonično-kiseonične gorive ćelije. G i ć Gorive ćelije lij su h hemijski ij ki iizvorii električne l kt ič energije. ij One O se ne moraju prethodno puniti već se reagensi, iz rezervoara, uvode u ćeliju. Najefikasnije gorive ćelije su one koje koriste vodonik. Gorive ćelije električnu energiju proizvode neposredno i stoga bi trebalo da budu efikasnije, jednostavnije i pouzdanije. Za sada, njihovu upotrebu sprečavaju tehničke prepreke.

15

Vodonik prolazi kroz komoru sa kanalima sa strane anode, dok kiseonik, iz vazduha, struji j kroz komoru sa kanalima na strani katode. Anoda je j izrađena od platine i izaziva reakciju kojom se atomi vodonika dele na pozitivne jone (protone) i negativne (elektrone). Obe vrste jona privlači katoda. Između anode i katode se nalazi polimerna elekrolitska membrana (PEM – Polzmer Electrolyte Membrane) koja propušta samo pozitivno naelektrisane jone da prođu đ k kroz nju j d do katode. k t d Zbog Zb toga su elektroni „primorani“ da se kreću spoljnim krugovima, stvarajući tako električnu struju. struju Elektroni i pozitivni joni vodonika sa kiseonikom na katodi formiraju vodu koja izlazi iz ćelije vodu, ćelije. Princip rada gorive ćelije

Konverzija j vodonika u električnu energiju g j u gorivoj g j ćeliji j teoretski je j moguća maksimalno od 50-60%, dok je u praksi taj procenat znatno manji i kreće se od 25 - 30%. 16

Ne postoje tehnička rešenja primene gorivih ćelija koja bi udovoljavala svim i zahtevima ht i k ji se postavljaju koji t lj j pred d savremenim i pogonskim ki agregatima, zato još uvek prednost, u primeni, imaju motori SUS. Glavni razlozi primene gorivih ćelija u budućnosti temelji se na : -velikom stepenu iskorišćenja i -malom negativnom uticaju na okolinu. Stepen iskorišćenja znatno je veći nego u svim do sada upotrebljavanim termičkim procesima za proizvodnju elektrićne energije. Količina otpadne toplote iz gorivih ćelija manja je nego iz konvencionalnih t j j a produkti d kti sagorevanja j ne sadrže d ž štetne št t sastojke. t jk postrojenja, Pre masovnije primene gorivih ćelija treba rešiti dva ključna problema: p - zamena plemenitih metala kao materijala elektroda, s drugim, jeftinijim i pristupačnijim materijalima i -produžiti trajnost i pouzdanost gorivih ćelija. 17

Moguća napajanja gorive ćelije vodonikom TEČ NO GORIVO: METANOL BENZIN DIZEL GORIVO

REFORMER

pogon vozila gorivom ćelijom direktnim stvaranjem vodonika razlaganjem tečnog goriva

GORIVA Ć ELIJA

POGONSKI SKLOP

ELEKTRO MOTOR

REGULACIJA SNAGE

REZERVOAR VODONIKA (SABIJENI ILI TEČNI)

OPCIONA BATERIJA (HIBRIDNI POGON)

GORIVA Ć ELIJA

POGONSKI SKLOP

pogon vozila gorivom ćelijom napajanjem vodonikom iz rezervoara

ELEKTRO MOTOR

REGULACIJA SNAGE

OPCIONA BATERIJA (HIBRIDNI POGON) 18

Primer varijante primene gorivih ćelija na biciklu

19

Primer varijante primene gorivih ćelija na automobilu

20

Primer varijante primene gorivih ćelija na autobusu

21

2.2. HIBRIDNI POGONI Hibridni pogon se koristi, se pre svega kod drumskih i železničkih vozila. Objedinjuje prednosti pogonskih sistema koji ga sačinjavaju, tako što pri različitim režimima vožnje, koristi prednosti različitih sistema pogona. Hibridni pogon podrazumeva pokretanje vozila pomoću nekoliko različitih izvora energije. Najčešći koncept hibridnog pogona predstavlja jedno vozilo sa dva motora (različitih pogona). Svaki od motora radi prema potrebi odnosno zavisno od uslova vožnje u kojem se nalazi vozilo, dok postoje periodi kada su oba motora u funkciji. Ovakav koncept omogućava uštedu energije uz značajno manje zagađenje životne sredine. Vozilo na hibridni pogon može da radi samo u elektro modu, i u tom slućaju vozilo ima nultu emisiju. To je naročito važno kod gradske vožnje. ž 22

U opciji su sledeće vrste hibridnog pogona: - SUS motor + elektromotor + akumulator (preovlađujuće) - SUS motor + elektromotor + spoljašnji izvor električne energije (trola) - SUS motor + zamajac - Gasna turbina + generator + akumulator + elektromotor

Prednosti hibridnog g pogona p g su: - nizak nivo buke, - mala emisija izduvnih gasova i - veliki stepen korisnosti. Glavni nedostaci su: - velika cena vozila, - velika lik masa vozila il (odnosu ( d na ista i sa klasičnim kl ič i pogonima) i )i - manji prtljažni, odnosno tovarni prostor Sto se tiče bezbednosti, bezbednosti hibridni automobili su jednako bezbedni kao i automobili sa klasičnim pogonima. 23

2.2.1. HIBRIDNO ELEKTRIČNO VOZILO (HEV) Hibridna električna vozila (HEV- Hybrid Electric Vehicle) najčešće imaju kombinaciju pogona sa elektro motorom i motorom SUS. j se izvodi u dve verzije: j Najčešće - Vozilo sa serijskim hibridnim pogonom i - Vozilo sa paralelnim hibridnim pogonom. Vozilo sa serijskim hibridnim pogonom u gradskoj vožnj i pri vožnji konstantnom brzinom pokreće se elektromotorom, koji se električnom energijom snabdeva iz baterija. Vučni moment pogonski točkovi dobijaju od elektromotora i u ovojj varijanti j motor PRIKLJUČAK ZA REZERVOAR EL. MREŽU SUS nije aktivan (njegova spojnica je isključena). Za to vreme motor MOTOR SUS BATERIJA SUS pokreće generator, koji napaja električnom energijom elektromotor, a GENERATOR viškom električne energije pune se ELEKTROMOTOR baterije. Serijski hibridni pogon 24

Kod paralelnog hibridnog pogona vučni moment obezbeđuje SUS motor ili elektromotor. Istovremeno motor SUS pokreće generator koji električnom energijom napaja j elektromotor, l kt t a viškom išk se pune baterije. b t ij REZERVOAR

MOTOR SUS

PRIKLJUČAK ZA EL MREŽU EL.

BATERIJA

GENERATOR ELEKTROMOTOR

Paralelni hibrid koristi se, dakle, motorom SUS kao glavnim pogonskim agregatom, dok elektromotor samo asistira kada je potrebna veća snaga pri ubrzavanju vozila ili savladavanju uspona. U slučaju većeg opterećenja ili pri vožnji na većim distancama pogon daje motor SUS. Tada se preko generatora dopunjuju baterije.

Paralelni hibridni pogon 25

Da bi se povećao radijus kretanja EV i smanjila potrošnja HEV uvodi se regenerativno ili rekuperativno kočenje. kočenje Pri ovakvom usporavanju vozila elekro motor prelazi u generatorski režim rada, pri čemu se vrši Zahtev za regeneracijom se automatski dopunjavanje baterija. sprovodi zahvaljujući kontrolnoj elektronici koja obezbeđuje odgovarajuće upravljačke MOTOR SUS signale za energetski pretvarač. Na ovajj način p povećanje j radijusa j kretanja j REGENERATIVNO KOČENJE može da iznosi od 5-10%. Osim povećanja radijusa kretanja ovakvo kočenje omogućava uštedu na održavanju ELEKTROMOTOR kočnih obloga. Korišćenjem regeneracije utiče se i na BATERIJA lakoću i udobnost upravljanja vozilom. P št j Puštanjem pedale d l regulacionog l i organa praktično se dobija vozilo sa jednom pedalom. GORIVO Potreba za mehaničkim kočnicama javlja se samo u izuzetno ekstremnim uslovima Regenerativno kočenje vožnje(maximalnim i minimalnim). 26

2.3. PLUG-IN HIBRIDNO ELEKTRIČNO VOZILO (PHEV) Plug-in hibridna električna vozila (PHEV) koriste baterije koje se pune spoljnim izvorom električne energije (na normalnu električnu utičnicu). Ostale komponente su iste kao kod drugih električnih pogona. Danas se PHEV najviše koriste kao putnički automobili, ali ima i komercijalnih vozila i kombija, komunalnih kamiona, autobusa, motocikala, skutera i vojnih vozila.

Raspored karakterističnih agregata kod PHEV 27

Uporedni pregled opreme vozila na eletro i hibridni pogon

Motor SUS

BEV

Regenerativno kočenje Elekxxtxxxxxxxxxxxx xromotor

Regenerativno kočenje

BEV Baterijsko BEVB t ij k električno l kt ič vozilo il Elektromotorr

1. 2.

Nema motor SUS Ograničeno tehnologijom baterija -Ograničen radijus -Znatna Znatna cena baterija -Dugo vreme punjenja

Elekxxtxxxxxxxxxxxx xromotor

Elektromotor Baterije j

Elekxxtromotor

Elekxxtromotor

Baterije

Plug- In Hibrid PHEV – Plug-In Pl I Hibrid Hib id Koristi električni motor, baterije i motor SUS kao podršku. Baterije mogu da se pune upotrebom standardne električne mreže.

Gorivo

Hibrid Motor SUS Regenerativno kočenje Elekxxtxxxxxxxxxxxxromotor

El kt Elektromotor t

Baterije

Elekxxtromotor

Gorivo

HEV – hibridno električno vozilo

Koristi motor SUS u kombinaciji sa elektromotorom/generatorom i baterijama Serijski j hibrid: Motor SUS pokreće generator, koji napaja strujom elektromotor, a koji pogoni točkove. Višak struje puni baterije Paralelni hibrid: Točkovi vozila mogu biti pogonjeni simultano motorom SUS i elektromotorom koga napajaju baterije

Regenerativno kočenje

Gorive ćelije

Elekxxtxxxxxxxxxxxx xromotor

Elektromotor

Baterije

Elekxxtromotor

Elekxxtromotor Gorive ćelije

Vodonik

FCEV – Električno vozilo sa gorivim ćelijama Ne koristi motor SUS. Radi kao serijski hibrid, s tim što ulogu motora SUS preuzimaju gorive ćelije koje obezbeđuju napajanje električnog motora za pogon vozila i održavanje napunjenosti baterija 28

2.4. TOPLOTNI MOTORI

Toplotni motori spadaju u grupu pogonskih mašina kod kojih se toplotna energija razvijena sagorevanjem goriva koristi za mehanički rad. Zavisno od mesta oslobađanja j toplote p i dobijanja j j mehaničkog g rada razlikujemo dve vrste toplotnih motora i to: - motori sa spoljnim sagorevanjem (motori SSS) i - motori sa unutrašnjim sagorevanjem (motori SUS)

29

2 4 1 TOPLOTNI MOTORI SA SPOLAŠNJIM SAGOREVANJEM (SSS) 2.4.1. Kod motora SSS sagorevanje g j se odvija j u posebnim p sistemima,, gde g se radnom fluidu menja energetski potencijal, dok se razvijanje mehaničkog rada ostvaruje u posebnom sistemu (klipnoj mašini i turbini). U zavisnosti od toga šta se koristi kao radni fluid razlikujemo: - Parnu mašinu i - Stirling motor. 2.4.1.1. PARNA MAŠINA Kod parnih mašina sagorevanje se odvija u posebnim ložištima, gde se radnom fluidu, najčešće voda, diže energetski potencijal na veći nivo (vodena para), dok se razvijanje mehaničkog rada ostvaruje u posebnom b sistemu i t . 30

I – parna klipna mašina (parna turbina) II – postrojenje t j j parnog kotla k tl III – kondenzaciono postrojenje II

I

III

1.ložište, 2 produkti sagorevanja 2.produkti 3.pregrejač pare, 4.rezerv. napojne vode, 5.napojna pumpa, 6.parovod, 7 7.parni i motor, t 8.pumpa za rash. vodu, 9.kondenzator, 10.vakum pumpa.

Šematski prikaz parne mašine

Nedostaci ovih motora su:

Pogodnosti ovih motora su:

- mali li stepen t k korisnosti i ti (10 -15%), 15%) - veliki gabariti, - velika masa, - mala specifična snaga i dr dr.

- jednostavnost konstrukcije, - jednostavnost rukovanja i odžavanja, - mogućnost ć tk korišćenja išć j goriva i širokog spektra kvaliteta i dr. 31

2.4.1.2. STIRLING MOTOR Stirling motor je klipni motor sa spoljnim sagorevanjem i zagrevanjem zidova cilindra. Radni medijum u cilindrima može biti vazduh ili neki drugi gas. Na jednoj strani se radni medijum zagrevanjem širi dok se na drugoj strani ohlađen skuplja. Zbog razlike u pritiscima klipovi se naizmenično približavaju i udaljuju. Klipovi su spojeni kolenastim vratilom koji njihovo jih kretanje k t j pretvara t u rotaciju. t ij Na N ovajj način či toplotna t l t energija ij se pretvara u mehanički rad. Radni ciklus Stirling motora sastoji se od: -zagrejavanja gasa, - ekspanzije p j vrućeg g gasa g - kompresije hladnog gasa i - hlađenja radnog gasa.

Princip rada Stirling-ovog motora tip „MM-1 Coffe Cup“

32

Princip rada Stirling-ovog motora tip „Two Piston“ zagravanje

hlađenje

Faze rada Stirling-ovog motora 33

1 širenje

Hladan cilindar

2 transfer

Topao cilindar

3 skupljanje

4 transfer

Faze rada Stirling-ovog motora

1. Veći deo gasa je u toplom cilindru, zagreva se i širenjem gura oba klipa ka kolenastom vratilu. 2. Gas se širi do tri puta. Još 2/3 gasa se nalazi u toplom cilindru. Zamajac pokreće radilice za sledećih 90 stepeni prebacujući b j ći najveći j ći deo d gasa do hladnog cilindra. 3. Najveći deo gasa se nalazi u hladnom cilindru. Tu se hladi, skuplja dovodeći oba klipa ka spolja. 4 Sk 4. Skupljeni lj i gas se još j š nalazi l iu hladnom cilindru. Zamajac pokreće radilicu sledećih 90 stepeni I pebacuje hladan gas u topao cilindar. Ovim je ciklus završen. 34

Kod ovih motora sagorevanje se obavlja izvan cilindara, tako da, usled sagorevanja, nema udara u cilindrima i njihov rad je potpuno tih. Kada se govori o prednostima i manama ovih motora, poređenje se obično vrši sa motorima SUS. Glavne prednosti ovog motora su: - tih rad, - nema štetne emisije izduvnih gasova u atmosferu iz radnih cilindara, - mogućnost g korišćenja j različitih " čistih " g goriva, za zagrevanje, g j - jednostavni su za održavanje i - velika im je ekonomičnost. O Osnovni nedostaci Stirlingovog S motora su: - velika cena, - velikih su gabarita te nisu primenljivi za pogon vozila i dr. dr 35

2.4.2. TOPLOTNI MOTORI SA UNUTRAŠNJIM SAGOREVANJEM (SUS MOTORI) Kod motora SUS sagorevanje goriva se obavlja u samim cilindrima motora. motora Motori SUS su toplotni motori kod kojih produkti sagorevanja, višeg su energetskog potencijala stvorenog nakon oslobađanja toplote, svojim direktnim dejstvom j ostvaruju j mehanički rad. Od svog nastanka pa do danas, ovi motori, se stalno usavršavaju, kako po opremi i konstrukciji tako i po karakteristikama. Danas, serijski proizvedeni motori,, imaju p j stepen p korisnosti od 35 do 45 % (zavisno ( od vrste i veličine motora), dobre efektivne karakteristike, malu potrošnju goriva i dobre upotrebne karakteristike. Zavisno od načina č pretvaranja energije produkata sagorevanja u mehanički rad motori SUS se mogu podeliti u dve grupe: „strujni“ j motori i 1. tzv „ 2. motori promenljive zapremine radnog prostora. 36

2.4.2.1. STRUJNI MOTORI Strujni motori se mogu podeliti u dve grupe: - Gasna turbina i - Mlazni i raketni motori. Osnovna karakteristika, ovih motora, je da se rad ostvaruje na račun kinetičke energije produkata sagorevanja. 2.4.2.1.1. 2 4 2 1 1 GASNA TURBINA Gasna turbina, spada u grupu toplotnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Kod gasne turbine rad se ostvaruje pomoću sagorelih gasova. Ima I sve procese rada d kao k i klasičan kl ič SUS motor, t samo što št se svi procesi odvijaju jednovremeno, ali na 1 - 2 adijabatsko sabijanje, 2 - 3 iizobarsko b k d dovođenje đ j različitim ličiti mestima. ti toplote, Rad gasnih turbina se 3 - 4 adijabatsko širenje i 4 - 1 izobarsko odvođenje zasniva na toplote p termodinamičkom Džulovom (Joule) ciklusu. 37

Gasna turbina jje rotacijski j uređajj koji j pretvara p energiju g j sagorevanja g j gasova u koristan rad. Na ulazu se nalazi kompresor, koji povećava pritisak ulaznih . gasova, dok im smanjuje zapreminu, komore za sagorevanje i turbine, gdje se vrući gas usmerava preko statorskih lopatica na turbinske lopatice, te ih okreće

Princip rada gasne turbine

U komori za sagorevanje ulazi vazduh, koji se miješa j sa gorivom g i zatim pali, p čime se stvara energija. U komori za sagorevanje, u kojoj je veliki pritisak, sagorevanje goriva stvara i velike temperature. Proizvodi sagorevanja prisilno ulaze u turbinu, sa velikom brzinom i protokom, gdje se preko mlaznica usmjeruje na lopatice, koje se okreću a izduvni gasovi izlaze sa okreću, smanjenom temperaturom i pritiskom.

Dobijena energija može se prenijeti preko vratila, komprimiranog zraka ili potiska, zavisno o tome primjenjuje li se za avione, vozove, brodove, električne generatore ili čak za tenkove. 38

.

Poprečni presek gasne turbine

39

U primeni su gasne turbine sa jednim vratilom i sa dva vratila. Kod turbinskih motora gorivo kontinualno sagoreva u komori za sagorevanje u koju se dovodi sabijeni vazduh iz radijalnih kompresora. Sagorevanje se odvija uvek sa viškom vazduha, tako da izduvni gasovi imaju znatno manje j štetnih izduvnih komponenati p od klasičnih klipnih p motora SUS.

Gasna turbina sa jednim vratilom

Gasna turbina sa dva vratila

Kod jednoosovinske turbine, turbinsko i kompresorsko kolo su spregnuti ti i nalaze l se na jednom j d vratilu. til Kod K d dvoosovinskog d i k gasno turbinskog motora, radno i kompresorsko vratilo su razdvojeni i imaju svoja turbinska kola. Gasna turbina se koristi kod većih termoenergetskih postrojenja i za veće brodske pogonske mašine, kao i za turbo-elisne avio motore. 40

Vozilo sa gasnom turbinom (Jaguar C C-X75) X75)

41

Kamion sa gasnom turbinom (Volvo ECT)

42

2.4.2.1.2. MLAZNI I RAKETNI MOTORI Osnovna karakteristika, ovih motora, je da se rad ostvaruje na račun kinetičke energije produkata sagorevanja, koji ekspandiraju iz gorionika u vidu mlaza. mlaza Ova energija se koristi za stvaranje pogonskog potiska. Ovi motori su našli p primenu u domenu većih eksploatacionih p snaga, g tako da u avio saobraćaju dominira mlazni pogon.

43

Osnovne prednosti strujnih motora su: - jednostavnost, - mali broj delova, - mala masa i gabariti, - visoka specifična p snaga g i dr. Mane ovih motora su: - Nedovoljno visok stepen korisnosti ( kao posledica kontinualnog sagorevanja koje zahteva niže maksimalne temperature p sagorevanja g j u cilju j manjih j termičkih opterećenja) p j )i - manja ukupna ekonomičnost (jer imaju niže maksimalne temperature a stepen korisnosti kružnog termodinamičkog ciklusa proporcionalan je odnosu maksimalne i minimalne temperature ciklusa). 44

2.4.2.2. MOTORI PROMENLJIVE ZAPREMINE RADNOG PROSTORA Promenljivost radne zapremine postiže se primenom klipnog mehanizma tako da se u istom prostoru obavlja i izmena radne materije i sago sagorevanje e a je i e ekspanzija. spa ja Pri o ovome o ep proces oces sago sagorevanja, e a ja, sa visokim so temperaturama, traje manji deo radnog ciklusa tako da je moguće raditi sa visokom maksimalnom temperaturom procesa. Ovo omogućuje realizaciju znatnog temperaturskog pada između maksimalne i minimalne temperature ciklusa čime se postiže dobro iskorišćenje transformacije energije a time i dobra ukupna ekonomičnost motora.

45

Kod K d motora t promenljive lji zapremine i mehanički h ički rad d se dobiva d bi korišćenjem potencijalne energije produkata sagorevanja na račun njihove ekspanzije u promenljivoj zapremini radnog prostora. prostora Mehanički rad kod ovih motora jednak je: ∆W = p · ∆V gde je: ∆W - mehanički h ički rad, d p - pritisak i ∆V - gradijent promene zapremine. Motori promenljive radne zapremine se mogu podeliti u dve grupe: - motori sa oscilujućim klipovima (klipni motori) i - rotacioni motori 46

2 4 2 2 1 MOTORI SA OSCILIUJUĆIM KLIPOVIMA (ili klipni 2.4.2.2.1 kli i motori) t i) Kod svih klipnih motora osnovna konstruktivna koncepcija je ista. Kod svih se promenljivost zapremine postiže pomoću naizmemično promenljivog pravolinijskog kretanja klipa. Klip je cilindričnog oblika i kreće se u radnom prostoru u obliku cilindra prinudno oscilujući pod d dejstvom d j t klipnog kli mehanizma. h i Klip Kli se kreće k ć u radnom d prostoru t omeđenom spoljnom (SMT) i unutrašnjom (UMT) mrtvom tačkom.

47

.

IIgled l d i delovi d l ič četvorocilindričnog t ili d ič klipnog motora 48

Skica glavnog motornog mehanizma klipnog motora

1.klip 2. klipnjača 3.kolenasto vratilo

4. cilindar 5. cilindarska glava 6. korito motora

7. blok cilindra donji deo 8. usisni ventil 9. izdivni ventil 49

Radni prostor formiran je od cilindra (4), koji je sa jedne strane zatvoren cilindarskom glavom (5) a sa druge strane promenljivim klipom (1). Potiskivanjem klipa gasovii savlađuju l đ j spoljni lj i otpor t i vrše mehanički rad. Posredstvom klipnjače (2), koja je zglobno vezana sa klipom i kolenastim vratilom il (3) pravolinijsko (3), li ij k oscilatorno il k kretanje j klipa kli preobražava b ž se u obrtno kretanje kolenastog vratila. Na ovaj način se mehanički rad, koji gasovi vrše potiskujući klip, predaje korisniku preko kolenastog vratila. Postoje dva karakteristična položaja klipa u kojima se vrši promena smera kretanja klipa (UMT i SMT). Brzina klipa, u tim tačkama, jednaka je nuli. Ti položaji nazivaju se mrtvim tačkama. Kada je klip u UMT zapremina iznad klipa ima maksimalnu vrednost (Vmax) i naziva se ukupna zapremina cilindra. Krajnji spoljni položaj naziva se spoljna mrtva tačka (SMT). U ovom položaju klipa zapremina iznad njega je minimalna (Vmin) i naziva se kompresiona zapremina (Vc). ) Pomeranje klipa od jedne do druge mrtve tačke naziva se hod klipa (S). 50

Pri pomeranju klipa prečnika (D), od jedne do druge mrtve tačke, čelo klipa opisuje radnu zapreminu cilindra (Vh):

Ukupna (max) zapremina radnog prostora jednaka je:

Vmax = Vu = Vh + Vc Stepen kompresije (ε) je definisan:

Vmax Vu Vh + Vc Vh =1 + ε= = = Vmin Vc Vc Vc Stepen kompresije pokazuje u kom je odnosu izvršeno sabijanje radne materije, tj. za motor poznate radne zapremine definiše veličinu kompresione zapremine, odnosno zapreminu prostora sagorevanja. 51

U radnom prostoru motora odvija se proces energetske transformacije, koji se sastoji iz više faza; izmena radne materije (pražnjenje i punjenje radnog prostora), sabijanje sveže radne materije, paljenje i sagorevanje kao i širenje produkata sagorevanja uz razvijanje mehaničkog rada. Za vreme procesa sagorevanja dostižu se veoma visoke temperature produkata sagorevanja koji zagrevaju delove motora , te se moraju hladiti. Pored sistema hlađenja motor ima čitav niz drugih pomoćnih uređaja, koji obezbeđuju siguran i ekonomičan rad motora u raznim uslovima eksploatacije. k l t ij Taktnost motora označava broj hodova klipa potrebnih za izvršenje jednog radnog ciklusa u cilindru motora. Vidi se da jednom hodu klipa odgovara jedan poluobrt kolenastog vratila, tj. svakom obrtaju kolenastog vratila odgovaraju dva hoda klipa. 52

2.4.2.2.1 ROTACIONI MOTORI (motori sa obrtnim klpovima) Uprkos mnogim patentima, patentima od svih rotacionih motora motora, jedini praktičnu realizaciju našao je tzv Vankel motor.

Skica motora sa obrtnim klipovima (Vankelov motor)

1.Cil. košuljica(trihoidni o.) 2 kli 2.klip 3.kolenasto vratilo 4.ekscentar kolen vratila

5.nepokretni zupčanik 9. izduvni kanal 6 6.zupč. č sa unutr. t ozublj blj 10.udubljenje 10 d blj j na klipu kli 7.svećica 8. usisni kanal 53

U cilindarskoj košuljici (1) specijalnog oblka (oblik trohoide) kreće se klip (2) trouglastog oblika. Vrhovi klipa u svakom momentu su u dodiru preko zaptivnih prstenova, dodiru, prstenova sa površinom cilindra. cilindra Na klipu je pričvršćen zupčanik (6) sa unutrašnjim ozubljenjem. Ovaj zupčanik je uzubljen sa nepokretnim zupčanikom (5), po kome se kotrlja. S druge strane klip je oslonjen preko kliznog ležišta (4) na ekcentar kolenastog vratila. Okrećući se, klip (2) povlači sa sobom ekscentar, izazivajući tako okretanje vratila (3), koji predaje snagu motora. Time jje ostvareno p planetarno kretanje, j , jjer se klip p okreće oko svoje j ose koja je istovremeno osa ekscentra , a sama osa ekscentra se okreće oko ose vratila . 54

a

b

Bo

Na slici (a) položaj klipa označava usisavanje i punjenje površine B0. Kada ivica A1 pređe usisni kanal (8) završeno je punjenje komore smešom. Daljim kretanjem klipa zapremina se smanjuje, tj. vrši se k kompresija ij (slika ( lik b). b) Kada K d klip kli dođe d đ u tačku t čk A3 završava š se faza f kompresije. Preko udubljenja (10), koje i izrađeno na klipu, sabijena smeša prestrujava prema drugoj polovini cilindra, pali se smeša varnicom na svećici (7) i sagoreva. sagoreva Pri daljem kretanju ivice prema položaju C2 zapremina komore se povećava a to odgovara procesu ekspanzije produkata sagorevanja. Daljim kretanjem klipa počinje smanjivanje leve komore i izbacivanje produkata sagorevanja kroz izduvni kanal (9). Vidi se da svaka od triju stranica klipa pri jednom punom obrtaju klipa obavi četvorotaktni cikluc. 55

Usisava nje

4. izduvavanje

. Kompresi ja

3. Sagorevanj e Faze rada Vankel motora 56

Faze rada Vankel motora 57

Delovi Vankel motora

58

Mazda RX-8, sportski automobil sa Vankelovim motorom

59

Prednosti rotacionih motora u odnosu na klipne su sledeće: - manji broj delova (pre svega zbog nepostojanja ventilskog razvoda i klasičnog klipnog mehanizma), - manja težina i gabariti, - odsustvo vibracija, zbog nepostojanja oscilujućeg klipa i relativno malih neuravnoteženih inercijalnih masa, - mogućnost rada sa visokim brojem obrtaja (zbog manjih i inercijalnih ij l ih sila) il ) i - visoka specifična snaga (odnos snage prema masi motora) N j ći nedostaci Najveći d t i ovog motora t su: - manji vek motora, zbog kritičnog zaptivanja vrhova obrtnog klipa i znatnog istrošenja cilindra i klipnih prstenova, - veće termičko opterećenje, jer vreli gasovi se uvek nalaze na istoj stani cilindra, - lošija ekonomičnost zbog nekompaktnog (izduženog) oblika k komore za sagorevanje j u klipu kli i -nepovoljna izduvna emisija (pre svega HC), zbog razvučenog oblika komore za sagorevanje

60

Da bi se sagledale prednosti i mane motora SUS u odnosu na motore SSS obično se vrši poređenje klipnog motora SUS i klipne parne mašine. Osnovne prednosti motora SUS su: 1. dobra ekonomičnost goriva (optimalni stepen korisnosti zavisno od motora I kreće se od 0,25 , do 0,50), , ), 2. dobra specifična snaga (razvijena snaga iz jedinice mase motora), 3. dobra kompaktnost pogonskog agregata, 4. koriste gorivo visoke energetske sabijenosti što omogućuje dobar radijus kretanja, 5. brza spremnost za rad po startovanju i 6. troše gorivo samo dok rade. Nedostaci motora SUS su: 1. velika zavisnost od kvaliteta goriva, 2. loše ekološke karakteristike, 3 nesamostalan 3. l početak č k rada, d 4. komplikovanost konstrukcije i izrade, 5. zahteva stručno rukovanje i održavanje, 6 velika cena proizvodnje motora i 6. 7. velika cena i deficitarnost fosilnog goriva. 61

PITANJA: 1. 2.

NABROJATI AKTUELNE KONCEPTE POGONA MOTORNIH VOZILA I OBJASNITI I IH. DEFINICIJE, PODELA I VRSTE MOTORA. NACRTATI ODGOVARAJUĆE SKICE I OBJASNITI POGON VOZILA ELEKTRO MOTORIMA

3.

DEFINICIJE, PODELA I VRSTE MOTORA. UZ ODGOVARAJUĆE SKICE OBJASNITI PLUG-IN HIBRIDNO ELEKTRIČNO VOZILO KAO I HIBRIDNI POGON VOZILA.

4 4.

DEFINICIJE, PODELA I VRSTE MOTORA. UZ ODGOVARAJUĆE SKICE OBJASNITI PRINCIP RADA TOPLOTNIH MOTORA SA SPOLJAŠNJIM SAGOREVANJEM (SSS)

62

5 5.

DEFINICIJE, PODELA I VRSTE MOTORA DEFINICIJE MOTORA. UZ ODGOVARAJUĆE SKICE OBJASNITI PRINCIP RADA TOPLOTNIH MOTORA SA UNUTRAŠNJIM SAGOREVANJEM(SUS) SA POSEBNIM OSVRTOM NA STRUJNE MOTORE

6.

DEFINICIJE, PODELA I VRSTE MOTORA. UZ ODGOVARAJUĆE SKICE OBJASNITI PRINCIP RADA TOPLOTNIH MOTORA SA UNUTRAŠNJIM Š SAGOREVANJEM(SUS)SA POSEBNIM OSVRTOM NA MOTORE PROMENLJIVE ZAPREMINE RADNOG PROSTORA

63

3. KONSTRUKTIVNO IZVOĐENJE KLIPNIH MOTORA SUS Sve delove klipnog motora SUS možemo podeliti na: - Nepokretne i - Pokretne. U nepokretne delove motora sus spadaju: 1. Donje kućište motora 1 motora, 2. Gornje kućište motora, 3. Cilindarski blok, 4 Cilindarska glava i 4. 5. Poklopac cilindarske glave. U pokretne delove motora sus spadaju: 1. Klipna grupa, 2. klipnjača i 3 kolenasto vratilo (radilica). 3. (radilica) 64

1. Poklopac cilindarske glave, 2. Cilindarska glava, 3 Zavrtnji za pričvršćivanje 3. pričvršćivanje, 4. Blok motora, 5. Zupčanik, 6. Donja polutka ležišta, k l kolenast. Vratila, V il 7. Korito motora, 8. Zaptivka bloka motora, 9 Klipna grupa, 9. grupa 10. klipnjača i 11. kolenasto vratilo (radilica).

D l i motora Delovi t SUS

65

3.1. OSNOVNI NEPOKRETNI DELOVI MOTORA SUS 5

1. Donje kućište motora, 2. Gornje kućište motora, 3. Cilindarski blok, 4. Cilindarska glava i 5. Poklopac cilindarske glave

4 3

2

1 Nepokretni delovi motora 66

3 3 1 DONJE KUĆIŠTE MOTORA 3.3.1. Zatvara motorski prostor (prostor kolenastog vratila) sa donje strane. Kod vozilskih motora najčešće mu je uloga da sakuplja ulje za podmazivanje motora. Uvek je postavljeno da strči ispod vozila kako bi se omogućilo hlađenje ulja za podmazivanje. U ovim situacijama kolenasto vratilo jje oslonjeno j (visi) ( ) u gornjem g j kućištu koje j nosi ceo motor.

1. - uljni rezervoar, 2. - zaptivka korita i 3 - merač nivoa ulja 3.

limeno

od lake legure

Donje kućište vozilskog motora (uljno korito) 67

3.1.2. GORNJE KUĆIŠTE MOTORA Gornje kućište motora zatvara motorski prostor vezujući cilindarski blok (sa gornje strane) sa donjim kućištem (sa donje strane. Kod većih brodskih motora ovaj deo se izrađuje posebno (livenjem ili varenjem ploča). Kod manjih motora izrađuje se izjedna sa cilindarskim blokom.

Gornje kućište motora

68

3.1.3. CILINDARSKI BLOK U cilindarskom ili d k bl bloku k su smešteni št i cilindri ili d i u kojima k ji klip kli motora t vrši ši naizmenično pravolinijsko kretanje. Konstrukcija cilindarskog bloka mora da zadovolji sledeće zahteve: 1 D 1. Da iima određenu d đ č čvrstoću, t ć 2. Da dobro odvodi toplotu, 3. Da bude pogodan za montažu, 4 Da bude servisibilan i 4. 5. Da ima male dimenzije i bude što jeftiniji.

Cilindarski blok Gornje kućište

fundament

Cilindarski blok automobilskog motora

Sklop cilindarskog bloka sa kućištem sporohodog dizel motora 69

3.1.3.1 CILINDAR MOTORA Cilindar motora je izložen: - mehaničkom opterećenju, - termičkom opterećenju i - habanju (najveće u zoni GMT) Cilindar motora se konstruktivno može izvoditi: - pojedinačno za svaki cilindar (obično kod vazdušnog hlađenja) i - u sklopu za ceo motor.

Cilindar motora hlađen vazduhom

70

Prednosti integralnog bloka su: - dobra kompaktnost p i krutost,, - prostija izrada (manji broj teh. operacija) - direktno hlađenje rashl. tečnošću Nedostaci integralnog bloka su: - ceo blok se mora raditi od kvalitetnog sivog liva, - smanjena j mogućnost g remonta Cilindri izrađeni integralno sa blokom motora (ograničen broj brušenja i - veća cena izrade (kvalitetan materijal) C da s b Cilindarski blok o se često lije je ta tako o da se kočuljice oču j ce c cilindra d a mogu ogu zamenjivati. a e j at One se izrađuju od kvalitetnijeg materijala; legiranog sivog liva ili čeličnog liva a (u ovim slučajevima) blok se može raditi od običnog sivog liva. Razlikujemo sledeće košuljice:

suva

mokra

- mokre i - suve. Cilindarske košuljice 71

3.1.3.2. CILILINDARSKA GLAVA Cilindarska glava zatvara radni prostor motora sa gornje strane strane. Jednim delom formira komoru za sagorevanje i utiče na radni proces u motoru. Cilindarska glava je osim mehaničkih izložena i termičkim opterećenjima, pa je bitno ravnomerno odvođenje toplote. 1. poklopac cil. glave, 2. zaptivka pokl. glave, 3. cilindarska glava , 4 zaptivka 4. ti k glave l i 5. cilindarski blok

3

Cilindarske glave hlađene vazduhom

Sklop cilindarske glave i bloka motora hlađenog vodom

72

1. Usisni kanal,, 2. izduvni kanal, 3. komora za sagorevanje, 4. otvor za vijak za pritezanje glave, 5. otvor ventila za startovanje, j , 6. rashladni prostor, 7. izvod rashladne tečnosti, 8. vođica usisnog ventila, 9. vođica izduvnog g ventila, 10. otvor brizgača i 11. dovod rashladne tečnosti

Horizontalni i vertikalni presek cilindarske glave vodom hlađenog motora 73

3.1.3.3. POKLOPAC CILILINDARSKE GLAVE Služi za zatvaranje cilindarske glave sa gornje strane.

Poklopac cilindarske glave

74

3.2. OSNOVNI POKRETNI DELOVI MOTORA SUS Pokretne delove motora SUS S S možemo ž svrstati u sledeće ć grupe: - klipna grupa, - klipnjača p j i - kolenasto vratilo (radilica).

75

1. Osigurač 1 Osigurač, 2. Osovinica, 3. Klizni ležaj u maloj pesnici klipnjače, 4,5,6. Kompresioni klipni prstenovi, 7. Uljni Ulj i kli klipnii prstenovi, i 8. Klip, 9. Klipnjača, 10. Osigurač, 11. Zavrtanj, 12.Dvodelni klizni ležaj u velikoj pesnici, 13. Poklopac velike pesnice

Klipna grupa sa klipnjačom 76

3.2.1. KLIPNA GRUPA MOTORA Klipnu grupu motora sačinjavaju: - klip, - klipni prstenovi i - osovinica klipa.

77

Osnovni zadaci klipne grupe su: - prijem sile pritisaka gasova i prenos gasne sile na klipnjaču, klipnjaču - zaptivanje radnog prostora pomoću kompresionih klipnih prstenova, -p podmazivanje j kliznih površina p sopstvenog p g sklopa p sa cilindarskom košuljicom, - odvođenje toplote sa čela klipa na cilindarsku košuljicu, - učešće u formiranju komore sagorevanja, oblikom svoga čela. 78

3.2.1.1. KLIP Kod klipa razlikujemo sledeće funkcionalne celine: 1 čelo klipa, 1. klipa 2. deo koji zaptiva i 3. vodeći deo (plašt)

klip

79

2 3

1

2 3

4

5

4 5 Oto motora

Čelo klipa (1), prima gasnu silu i formira deo prostora za sagorevanje.

1

Dizel motora

Između čela klipa i dela klipa koji zaptiva nalazi se vatrena zona klipa (2). Služi za termičko rasterećenje klipnih prstenova. U ovoj zoni klip ima veći zazor kako bi se onemogućilo zaribavanje.

Poprečni presek klipa

Deo koji zaptiva (3), na njemu se nalaze žlebovi klipnih prstenova. Vodeći deo ili plašt (5), su površine ši preko k kojih k jih se ostvaruje kontakt sa cilindrom.

80

Klipovi se najčešće izrađuju legura aluminijuma (Al, Si, Cu, Ni). Osim legura aluminijuma mogu da se koriste i sivo liveno gvožđe i nodularni d l i sivi i i liv. li Obzirom na funkciju i zadatke klipa, kao i uslove rada od materijala za izradu klipa zahtevaju se sledeća svojstva: 1. Mala specifična masa kako bi se smanjile inercijalne sile pravolinijski oscilatornih masa. 2 d 2. dobra b statička t tičk i di dinamička ičk čvrstoća č t ć na povišenim iš i temperaturama, t t 3. mali koeficijent toplotne dilatacije radi smanjenja zazora, 4. dobra toplotna provodljivost radi smanjenja termičkog opterećenja, 5 dobra klizna svojstva i u uslovima nedovoljnog posmazivanja u fazi 5. starta motora, 6. da su dobro obradljivi itd.

81

3.2.1.2. KLIPNI PRSTENOVI Osnovni zadaci klipnih prstenova (karika) su: - zaptivanje prostora sagorevanja, - odvođenje d đ j toplote t l t sa klipa kli na cilindarsku ili d k košuljicu k š lji i - regulacija uljnog filma za mazanje

Postoje dve vrste klipnih prstenova: A B C

A

D A

- Kompresioni i - Uljni.

B C

B C

A-kompresioni, p B-strugač g ulja, j C-uljni prsten i D-nosač prvog prstena

Kompresionih ima 2-5. Zadnji kompresioni se izvodi kao strugač strugač. Uljnih ima jedan. Ukoliko se postavljaju dva onda je to ispod osovinice klipa.

82

3.2.1.3. OSOVINICA KLIPA

Osovinica klipa p vezuje j klip p sa klipnjačom. Izrađuje se od čelika velike čvrstoće zbog opterećenja kojem je izložena.

Vezivanje klipa i klipnjače pomoću osovinice

Profilisana osovinica klipa Izgled bočnih osigurača osovinice 83

3.2.1.3. KLIPNJAČA Zadatak klipnjače je da pretvori translatorno kretanje klipa u obrtno kretanje kolenastog vratila.

1. Poklopac velike pesnice, 2. zub za fiksiranje, 3. gornji deo velike pesnice, 4. ležišna e š a čaura čau a male a e pes pesnice, ce, 5. mala pesnica, 6. telo klipnjače, 7. vijak sa navrtkom i 8. ležišni umetak velike p pesnice

Klipnjača

84

Ravno sečena velika pesnica

Koso sečena velika pesnica

Konstruktivna izvođenja klipnjače

Preseci tela klipnjače 85

3.2.1.4. KOLENASTO VRATILO Kolenasto vratilo ima zadatak da primi sile od pojedinih klipnjača, klipnjača prenese ih i u vidu obrtnog momenta i preda potrošaču. Izrađuje se kovanjem ili livenjem (za male motore). Potpuno oslonjeno

Nepotpuno oslonjeno

Oslanjanje kolenastog vratila

86

3.3. SISTEM ZA IZMENU RADNE MATERIJE Sistem za izmenu radne materije služi za punjenje cilindra svežom radnom materijom i pražnjenje cilindra od produkata sagorevanja. Snaga i ekonomičnost motora u znatnoj meri zavise od pravilnog rada ovog sistema. j može da se ostvari sa: Izmena radne materije - ventilskim razvodom, - zasunskim razvodom , - kombinovani ventilsko-zasunski Ventilski razvod se primenjuje kod četvorotaktnih motora. Kod ovog sistema ventili su razvodni organi. Zasunski razvod se primenjuje kod dvotaktnih motora, stim što ulogu zasuna najčešće obavlja sam klip. Kombinovani sistem ima primenu kod dvotaktnih motora sa jednosmernim ispiranjem. Kod njega razvođenje sveže materije vrši klip a razvođenje produkata sagorevanja vrši izduvni ventil. 87

3.3.1. VENTILSKI RAZVOD RADNE MATERIJE Elementi El ti ventilskog til k sistema i t izmene radne materije

Varijante izvođenja ventilskog razvoda radne materije

b č i stojeći bočni t j ći ventili u bloku motora

viseći ventil, bregasta u bloku

viseći pod uglom, bregasta u glavi

1. ventilski sklop, 2. bregasto vratilo, 3. elementi pogona bregastog vratila, 4. elementi za pogon breg-ventil i 5. sistem za regulaciju zazora ventila

viseći, bregasta u glavi

viseći pod uglom, dve bregaste u glavi

1. bregasto vratilo, 1 vratilo 2. podizač, 3. šipka podizača i 4. klackalica 88

3.3.2. BREGASTO VRATILO

Profil brega

Bregasto vratilo upravlja otvaranjem i zatvaranjem ventila Bregasto vratilo

1. breg, 2. pogon pumpe za gorivo, 3. zupčanik a pogon razvoda, 4. oslonački rukavac

89

PITANJE:

1.

DATI PODELU, NABROJATI OSNOVNE DELOVE MOTORA I OBJASNITI NJIHOVU FUNKCIJU KAO I FUNKCIJU SISTEMA ZA IZMENU RADNE MATERIJE KOD MOTORA SUS. NACRTATI SKICE NEKIH OSNOVNIH DELOVA MOTORA.

90

4. PODELE MOTORA Široko polje primene motora SUS uslovilo je i veliki broj različitih tipova i konstrukcija motora. Prema nekim, od kriterijuma, može se izvršiti sledeća podela motora: - prema načinu obrazovanja smeše, - prema načinu izmene radne materije, - prema konstruktivnom k t kti iizvođenju, đ j - prema broju radnih klipova u cilindru, - prema načinu izvođenja klipnog mehanizma, - prema načinu dejstva, dejstva - prema brzohodosti motora, - prema nameni, - prema vrsti hlađenja, - prema vrsti korišćenog goriva, - prema odnosu hoda i prečnika klipa, - prema načinu punjenja, - prema načinu razvođenja radne materije itd. 91

4 1 PODELA MOTORA PO NAČINU OBRAZOVANJA SMEŠE 4.1. Prema načinu obrazovanja smeše, upaljenja smeše i odvijanju procesa sagorevanja, sagorevanja postojeći klipni motori dele se na: 1. oto motori i 2. dizel motori 4.1.1 OTO MOTORI Kod oto motora paljenje smeše vrši se stranom energijom. Danas je to isključivo električnom varnicom. Zbog toga se ovi motori često nazivaju i motori sa paljenjem varnicom ili benzinski motori, zbog najčešće korišćene vrste goriva. goriva Prema vrsti korišćenog goriva oto motori mogu biti: 1. benzinski i 2 gasni. 2. gasni

92

Osnovne karakteristike oto motora su: - rad sa homogenom tj. dobro izmešanom smešom koja ima isti sastav u pogledu goriva i vazduha u svakom delu komore za sagorevanje, što joj omogućuje brzo sagorevanje, - najčešće j spoljno p j obrazovanje j smeše (van ( cilindra), ), koje omogućuje dovoljno vremena za dobro mešanje i homogenizaciju smeše pre upaljenja izuzetak su motori sa direktnim ubrizgavanjem goriva, - upaljenje smeše stranom energijom, odnosno varnicom, jer se homogena smeša ne sme nalaziti u uslovima samopaljenja kako ne bi došlo do njene eksplozije tj. tj detonacije i - sagorevanje, odnosno oslobađanje toplote, je regulisano brzinom prostiranja plamena koji se kreće od mesta upaljenja nadalje kroz komoru sagorevanja motora. 93

Dobre osobine oto motora su: - velika razvijena snaga iz jedinice radne zapremine (zbog mogućnosti rada sa smešom teorijskog sastava), - dobro prihvatanje promenljivih režima rada (zbog povoljnih lj ih karakteristika k kt i tik motora) t )i - laka konstrukcija (zbog relativno malih pritisaka u cilindru). Najveća N j ć mana ovih ih motora t jje relativno l ti lošija l šij ekonomičnost k ič t ((zbog b nemogućnosti rada sa visokim stepenima sabijanja). Zbog svojih karakteristika oto motori se koriste tamo gde se traži laka konstrukcija i velika specifična snaga, na račun nešto veće potrošnje goriva a to su: - putnički p tnički automobili, a tomobili - motocikli, - mopedi, - laki brodski motori, motori - manji stacionarni agregati, - manji klipni aviomotori itd. 94

4.1.2 DIZEL MOTORI Dizel motori su klipni motori kod kojih se upaljenje goriva vrši na račun energije sabijenog vazduha.

Ubrizgavanjem goriva goriva, pod velikim pritiskom u visoko sabijeni a time i vreli vazduh, gorivo se raspršuje, isparava, termički se razlaže i pali bez stranog izvora energije.

95

Osnovne karakteristike dizel motora su: - rad sa heterogenom smešom, dobijenom ubrizgavanjem bi j goriva i u sabijeni bij i vazduh d h tako t k da d se u centru mlaza nalazi čisto gorivo dok se u pojedinim delovima komore nalazi čist vazduh, pri čemu se na periferiji mlaza formira upaljiva smeša koja se pali i sagoreva, - unutrašnje obrazovanje gorive smeše, koje se obavlja tokom samog sagorevanja kako bi se postiglo kontrolisano sagorevanje sa što je moguće manjim porastom pritiska, - upaljenje formirane smeše goriva i vazduha vrši se sopstvenom energijom sabijenog vazduha iznad temperature samopaljenja i - brzina procesa sagorevanja zavisi od brzine obrazovanja smeše nakon ubrizgavanja i isparavanja goriva u komori. 96

Prednosti dizel motora su: - najveća prednost je povoljna ekonomičnost potrošnje goriva. Mane dizel motora su: - razvijaju manju snagu iz jedinice zapremine. Ovo je direktna posledica načina sagorevanja, koje se obavlja sa većim viškovima vazduha i - masa delova motora je znatno veća, jer rade sa većim pritiscima u cilindru . Prednosti i mane preporučuju dizel motor za za sledeće primene: - teške t šk k kamione i i mehanizaciju, h i ij - srednje i veće brodske motore, - industrijsku i agregatnu primenu i - u novije vreme sve više u automobilskoj industriji. industriji

97

Oto motor

Dizel motor

Razlika u kvalitetu smeše između oto i dizel motora

98

4.2. PODELA MOTORA PO NAČINU IZMENE RADNE MATERIJE Prema načinu izmene radne materije (izvođenju procesa punjenja i pražnjenja cilindra) klipni motori dele se na: 1. četvorotaktne motore i 2. dvotaktne motore 4.2.1. ČETVOROTAKTNI MOTORI

.

Kod četvorotaktnih motora radni ciklus se obavi u toku četri hoda klipa tj. u četri takta, č čemu odgovaraju d j dva d obrtaja b t j kolenastog k l t vratila. Svakom hodu klipa odgovara jedna faza četvorotaktnog ciklusa, odnosno jedan takt takt. Ovi motori mogu biti i u OTO i DIZEL varijanti.

Princip rada četvorotaktnog motora

99

Postoje sledeći taktovi: - prvii takt k usisavanje, i j - drugi takt sabijanje, - treći takt širenje i - četvrti takt izduvavanje izduvavanje. usisni ventil SMT

Vc Vu

izduvni ventil

Vh

UMT

Princip rada četvorotaktnog motora 100

Promena pritiska u cilindru četvorotaktnog motora (p-V dijagram) (p j g )

101

Prednost četvorotaktnog motora ( u odnosu na dvotaktan) je: - dobar kvalitet izmene radne materije, što omogućava dobru ekonomičnost. M Mana č četvorotaktnog t t kt motora t jje:

.

- dobijena snaga je relativno ograničena, jer su potrebna čerti hoda klipa za izvršenje kompletnog ciklusa, ciklusa što dovodi do relativno malog broja radnih taktova za određeni broj obrtaja motora.

Ovi motori se i u OTO i DIZEL verziji (zbog svoje ekonomičnosti) široko koriste za motore malih, srednjih i velikih snaga.

102

4.2.2. DVOTAKTNI MOTORI Kod dvotaknih motora radni ciklus se obavi u dva hoda klipa, tj. u toku jednog obrtaja kolenastog vratila. Ta dva hoda su hod sabijanja i hod širenja. Proces sagorevanja u dvotaktnom motoru je isti kao i kod četvorotaktnog motora, tako da i ovi motori mogu biti: 1. oto i 2. dizel. Kod dvotaktnih motora sveža radna materija mora se uvek prethodno sabiti na pritisak veći od atmosferskog. Predsabijanje se postiže tiž korišćenjem k išć j donje d j strane t klipa kli ili posebnim napojnim kompresorom. Princip rada dvotaktnog motora 103

Tok pritiska u cilindru motora (p-V)

I. Takt sabijanja, 2. Takt širenja,

Skica dvotaktnog motora sa predsabijanjem radne materije u motorskoj kućici 104

a)

b)

a) širenje , b) početak izduv.,

c)

d)

T k pritiska Tok iti k u cilindru ili d motora t (p-V) ( V)

c) ispiranje radnog prost. d) sabijanje

Principijelni način odvijanja ciklusa dvotaktnog motora sa kompresorom

105

Četvorotaktni motor p-V dijgram

Dvotaktni motor p–V dijagram

V

takt punjenja i ispiranja

I - takt usisavanja

takt sabijanja II – takt sabijanja

III – takt širenja

IV – takt izduvavanja

takt širenja

takt izduvavanja i početak punjenja

Taktovi radnog ciklusa četvorotaktnog i dvotaktnog motora

Osnovna razlika između dvotaktnog i šetvorotaktnog motora je u načinu izmene radne materije. Kod dvotaktnog motora za izmenu radne materije koristi se završni deo hoda širenja i početni deo hoda sabijanja, tj. ona faza ciklusa kada se klip nalazi u blizini UMT. Dovođenje sveže radne materije i odvođenje produkata sagorevanja vrši se, obično kroz otvore na cilindarskoj obično, košuljici u blizini UMT, koje u datom trenutku otvara i zatvara klip. Kod dvotaktnih motora klip, klip osim svoje osnovne uloge formiranja radnog prostora, obavlja i razvođenje radne j materije.

106

4.3. PODELA MOTORA PO KONSTRUKTIVNOM IZVOĐENJU Prema konstruktivnom izvođenju motori se mogu podeliti u sledeće grupe: - prema broju cilindara, cilindara - prema položaju cilindara, - prema rasporedu cilindara,

107

4 3 1 PREMA BROJU CILINDRA 4.3.1. Po broju cilindra motori mogu biti: - jednocilindrični j d ili d ič i i - višecilindrični. Višecilindrični motori mogu biti sa dva, dva tri ....trideset trideset i šest cilindara (avionski zvezdasti motori). Kao posledica povećanja broja cilindra nastaje, sa jedne strane, povećanje snage motora a sa druge potreba za lakšim materijalima za izradu istih. 4.3.2. PREMA POLOŽAJU CILINDRA Prema položaju cilindra, u odnosu na horizontalnu ravan, motori mogu biti: - vertikalni - horizontalni h i l i (ležeći) (l ž ći) i - pod uglom (kosi) 108

4.3.2.1. Motori sa vertikalim p položajem j cilindara Motori sa vertikalnim položajem cilindra su najčešće korišćeni zbog najjednostavnije gradnje, prirodnog toka ulja i rashladne tečnosti lakog opsluživanja i sl. tečnosti, sl Ovi motori mogu biti: - stojeći t j ći i - viseći.

stojeći

viseći

Vertikalni stojeći j motor može se smatrati kao normalno izvođenje, jer se najčešće i najveći broj motora izvode sa ovakvim položajem cilindara. Vertikalni viseći motor je u primeni kod avio motora.

Skica vertikalnog motora

109

4.3.2.2. Motori sa horizontalnim položajem cilindara Motori M t i sa horizontalnim h i t l i položajem l ž j klipova primenjuju se u onim uslovima kada njihov smeštaj to zahteva To je najčešća situacija zahteva. kod nekih autobusa ili transpotrnih mašina. Ski motora Skica t sa horizontalnim h i t l i klipovima kli i

4.3.2.3. Motori sa koso postavljenim cilindrima Danas se mogu, ređe, sresti i motori sa koso postavljenim cilindrima. Ovakvi motori se,, u zavisnosti od raspoloživog smeštajnog prostora, mogu sresti kod svih vozila. Skica motora sa koso postavljenim cilindrima 110

4.3.3. PREMA RASPOREDU CILINDRA Po međusobnom rasporedu cilindara imamo veliki broj mogućnosti konstruktivnog izvođenja motora. Raspored cilindara diktiran je uslovima što manjeg gabarita i težine, što boljeg uravnoteženja, ravnomernog razmaka paljenja i dr. Obzirom na raspored cilindara postoje sledeće konstruktivne izvedbe motora: -

redni (linijski) motori, zvezdasti motori motori, V - motori, W - motor, bokser B – motor, X – motor, H – motor, dvoklipni linijski motori, ∆ - motor (delta) i dr. 111

4.3.3.1. Redni (linijski) motori Redni ili linijski j motori predstavljaju p j j najraniju j j fazu u projektovanju p j j motora. Kod njih su cilindri poređani u jednom redu i mogu se praviti od dva do osam cilindra u jednom redu a nekada i više. Kod linijskih motora cilindri su poređani jedan pored drugog. Ose cilindra su im paralelne i u istoj su ravni. Bitno je da svakom cilindru odgovara jedno koleno kolenastog vratila tj. broju kolena kolenastog vratila odgovara broj cilindara. Motori, sa manjim brojem cilindara, se najčešće izvode kao redni. Prednost ovih motora je: - jednostavna k konstrukcija. t k ij Mana im je: - kod većeg broja cilindara potrebna je velika dužina agregata, i samim tim nije pogodan za poprečnu č ugradnju. d j Redni ili linijski motori 112

4.3.3.2. Zvezdasti motori Zvezdasti motori su oni kod kojih su cilindri poređani zrakasto u jednoj ravni, upravnoj na uzdužnu osu kolenastog vratila. Kod ovih motora svi klipovi, koji su raspoređeni u jednoj zvezdi, deluju na jedno koleno k l kolenastog t vratila til posredstvom d t jedne j d glavne l klipnjače kli j č ((pozicija i ij 1 na slici) i ostalih sporednih klipnjača (pozicija 2 na slici).

Zvezdasti motor može imati i više ovako definisanih zvezda. Tada su zvezde postavljene jedna za drugom, ugaono pomerene za određeni ugao, i svaka deluje na svoje koleno na vratilu. Ovakva gradnja primenjena je kod avio motora..

Zvezdasti motor 113

4.3.3.3. V-motori Zbog kompaktnije konstrukcije V - motori se često mogu sresti u praksi. Levi i desni blok cilindara postavljeni su pod uglom i ose cilndara seku se u osi kolenastog g vratila.

Ugao postavljanja cilindara zavisi od broja cilindara i taktnosti, kao i od raspoloživog prostora za ugradnju motora. Cilindri mogu biti raspoređeni pod uglom od 60o do 120o.

V - motori 114

Ovi motori su pogodni za poprečnu p p ugradnju g j u vozilu, jer su kraći u odnosu na linijske. Prednost ovih motora je ta da su relativno kratki a najveći nedostatak im je taj da su srazmerno široki, imaju dve odvojene glave cilindara i zbog toga zahtevaju veće troškove konstrukcije i veći prostor za smeštaj.

V- motori

115

Da bi se u nižoj klasi kod poprečne ugradnje motora mogla ponuditi prihvatljivija (kraći i relativno uži motori) varijanta dalji razvoj je doveo do VR – motora.

Kod ovih motora cilindri su postavljeni u V formi pod uglom od 15o i smešteni su u dosta tankom i iznad svega kratkom bloku motora. Pored toga, za razliku od prethodnih konstrukcija ovaj motor ima samo jednu glavu cilindra.

VR – motori 116

4.3.3.4. W-motori Motori sa tri reda cilindara postavljenih u obliku slova W nazivaju se W motori. Ovo su motori sa tri i više grana cilindara čije se ose seku u osi kolenastog vratila.

W - motor

117

U praksi W motori mogu nastati i spajanjem d paralelna dva l l V motora t sa zajedničkim j d ički izvodom snage, tj. po Baukasten principu u jednom motoru spojene su po dve VR grupe Cilindri jedne grupe stoje pod uglom grupe. od 15o dok su obe VR grupe postavljene pod V uglom od 72o. Kod razvoja W motora pošlo se od linijskih motora. Spajanjem linijskih motora preko V, VR motora došlo se W motora. Mnogi konstrukcioni deliovi VR i W motora su potpuno isti, kao što su: ventili, ventilske opruge, prstenasta sedišta diš ventila, il klackalice, kl k li elementi l i za uravnoteženje ventilskog zazora i dr. Na ovaj način se može proizvesti veliki broj delova u seriji čime se smanjuje cena i poboljšava kvalitet delova. 118

Ako pogledamo šestocilindrične motore videćemo veliku razliku u gabaritima kao i u onosu širine i dužine. Na slici dat je g j veći brojj oblika cilindarskih glava kao i mogućnosti nastajanja pojedinih oblika.

Pregled razvoja motora 119

Kompaktnost i konstruktivne prednosti p jednog W motora u odnosu na V motor najupečatljivije se vidi na primeru jednog osmocilindričnog motora iste zapremine.

Prikaz osmocilindričnog W i V motora

120

4.3.3.5. Bokser B-motor Ovaj motor spada u grupu horizontalnih motora. Kod njega klipovi se kreću jedan naspram drugog dolazeći istovremeno u SMT i UMT.

Bokser B – motor

Odlika ovih motora je što se postiže dobro uravnoteženje i to pre svega zahvaljujući suprotno smernom kretanju klipova u pojedinim parovima cilindra. Ovi motori imaju malu visinu ali veću meru u pravcu ose cilindra. Pogodni su za ugradnju na motorcikle. 121

4.3.3.6. X-motor Ovi motori maju četri niza cilindra postavljenih u obliku slova X. Ustvari X motori predstavljaju predsta ljaj d dva a V motora spojena u centru, od kojih je jedan viseći a drugi stojeći. X - motor

4.3.3.7. H-motor

Kod ovih motora četri cilindra su postavljena t lj u obliku blik slova l H. H Ovi O i motori imaju dva kolenasta vratila u sredini i zajednički izlaz.

H - motor

122

4.3.3.8. Dvoklipni linijski motor Dvoklipni linijski motor, spada u grupu motora bez cilindarske glave. Kod ovih motora u jednom cilindru imamo dva klipa.

Ovde se klipovi kreću suprotnosmerno i čelima klipova f formiraju i j prostor t za sagorevanje. j Imaju dobro uravnoteženje ali i komplikovanu konstrukciju u pogledu prenosa snage snage.

dvoklipni linijski motor 123

4.3.3.9. ∆ - motor (delta) Ovaj motor spada u grupu motora bez cilindarske glave. Kod ovih motora imamo tri kolenasta vratila i tri cilindra sa po dva klipa i cilindru koji se kreću jedan naspram drugog, cilindru, drugog čelima klipova formirajući prostor za sagorevanje. Na slici data je skica dvoklipnog motora sa tri reda cilindra postavljenih u obliku trougla. Otuda i naziv delta motori. Dvoklipni motori se izvode kao dvotaktni dizel motori. ∆ - motor 124

4.4. PREMA BROJU RADNIH KLIPOVA U CILINDRU Postoje motori sa jednim i ređe sa dva klipa u jednom cilindru. Kada su dva klipa u jednom cilindru, tada krećući se jedan naspram drugog u SMT formiraju između sebe komoru sagorevanja. sagorevanja

4 5 PREMA NAČINU IZVOĐENJA KLIPNOG MEHANIZMA 4.5. Prema načinu izvođenja klipnog mehanizma postoje motori bez i sa ukrsnom glavom. Motori sa ukrsnom glavom, pored klipa i klipnjače koriste još i klipnu polugu i ukrsnu vođicu klipnjače. Ukrsna glava

Bez ukrsne glave

Sa ukrsnom glavom 125

4.6. PREMA NAČINU DEJSTVA Prema načinu dejstva razlikujemo sledeće motore: - jednostrukog i - dvostrukog dejstva. Motori jednosrtukog dejstva su češće u primeni i kod njih se proces odvija samo sa jedne strane klipa. klipa Skica motora jednostrukog dejstva

Kod motora dvostrukog dejstva proces se odvija sa obe strane klipa. Kod ovih motora cilindarska košuljica mora biti zatvorena sa obe strane. Ovi motori moraju biti sa ukrsnom glavom.

Skica motora dvostrukog dejstva

1- klip, 2 klipnjača, 2klipnjača 3- radilica, 4- cilindarska kočuljica, 5- gornja cilindarska glava, 6- klipna poluga, 7- ukrsna glava, 8- donja cilindarska glava i 9- zaptivka klipne poluge 126

4.7. PREMA BRZOHODOSTI MOTORA Prema brzohodosti motore možemo podeliti na: - sporohode sa cm < 6,5 m/s, - srednje j brzohode sa 6,5 , m/s < cm < 10 m/s i - brzohode sa cm > 10 m/s. gde je: Cm = 2 · S · n - srednja brzina klipa klipa, S- hod klipa i n- broj obrtaja radilice motora

4.8. PREMA NAMENI Prema nameni motori mogu biti: - stacionarni, - vozilski, - brodski,, - avionski i td. 127

4.9. PREMA VRSTI HLAĐENJA Tokom odvijanja j j radnog g ciklusa u cilindru dolazi do sagorevanja g j radne materije pri čemu se javljaju visoke temperature, preko 2000°C, koja se prenosi na delove koji su u kontaktu sa vrelim gasovima (cilindarska košuljica, glava motora, i dr). Potrebno je sa tih delova odvoditi toplotu tj. hladiti ih. Prema načinu odvođenja toplote (hlađenja) postoje sledeći motori: - sa vazdušnim hlađenjem i - hlađenje tečnošću. Kod motora sa vazdušnim hlađenjem cilindarska glava i cilindar snabdeveni su potrebnim brojem rebara. Rebra služe radi povećanja površine sa koje vazduh odvodi toplotu. Vazduh, koji potiskuje ti k j ventilator, til t hl hladi di d delove l motora. t 128

U – ulaz rashladne tečnosti, I – izlaz i l rashladne hl d tečnosti t č ti

Motor hlađen tečnošću Vazdušno hlađeni motor

4.10. PREMA VRSTI KORIŠĆENOG GORIVA Prema vrsti korišćenog goriva motori mogu biti: - motori sa tečnim gorivom, - motori sa gasnim gorivom i - višegorivi motori. 129

4.11. PREMA ODNOSU HODA I PREČNIKA KLIPA Prema odnosu hoda i prečnika klipa (s/D) motori mogu biti: - kratkohodi s/D ≤ 1 i - dugohodi s/D > 1.

4.12. PREMA NAČINU PUNJENJA CILINDARA Prema načinu punjenja motori se dele na: - usisne motore i - nadpunjene motore motore. Kod usinih motora usisavanje radne materije u motor vrši se prirodnim putem na osnovu razlike pritisaka u okolini i u radnom prostoru koja nastaje t j usled l d kretanja k t j klipa. kli Kod nadpunjenih motora radna materija se prethodno sabije i kao takva dovodi u cilindar. Sabijanje radne materije se vrši u posebnom kompresoru. 130

4.13. PREMA NAČINU RAZVOĐENJA RADNE MATERIJE Prema načinu razvođenja radne materije motori mogu biti: - sa ventilskim razvodom, - sa zasunskim razvodom i - sa kombinovanim ventilsko-zasunskim razvodom. 1.

3.

Ventilski razvod

2. Ventilskozasunski razvod

Kod četvorotaktnih motora uvek se primenjuje ventilski razvod. Zasunski i kombinovani ventilsko-zasunski razvod se primenjuje kod dvotaktnih motora

Zasunski razvod 131

PITANJA: 1 1.

NAVESTI PODELE MOTORA PO NAČINU OBRAZOVANJA SMEŠE. NACRTATI SKICE, OBJASNITI I DATI OSNOVNE KARAKTERISTIKE, NAVESTI DOBRE OSOBINE I MANE.

2.

NAVESTI PODELE MOTORA PO NAČINU IZMENE RADNE MATERIJE. NACRTATI SKICE I OBJASNITI PRINCIPE RADA TIH MOTORA. NACRTATI I OBJASNITI DIJAGRAME PROMENE PRITISKA (P-V) U CILINDRU MOTORA.

3.

NABROJATI PODELE MOTORA PO KONSTRUKTIVNOM IZVOĐENJU. O Š ŠEMATSKI S NACRTATI C IO OBJASNITI S PODELU O MOTORA PREMA BROJU, POLOŽAJU I RASPOREDU CILINDARA.

132

4.

5.

OBJASNITI I ŠEMATSKI NACRTATI PODELE MOTORA PREMA BROJU RADNIH KLIPOVA U CILINDRU, NAČINU IZVOĐENJA KLIPNOG MEHANIZMA, MEHANIZMA NAČINU DEJSTVA DEJSTVA, BRZOHODOSTI I NAMENI OBJASNITI I ŠEMATSKI Š NACRTATI PODELE MOTORA PREMA VRSTI HLAĐENJA, VRSTI KORIŠĆENOG GORIVA, ODNOSU HODA I PREČNIKA KLIPA, NAČINU PUNJENJA CILINDARA I NAČINU RAZVOĐENJA RADNE MATERIJE

133

5. RADNI CIKLUSI MOTORA Radni proces u motoru odvija se po ciklusu odnosno zatvorenom kružnom procesu, procesu koji se periodično javlja tokom vremena. vremena Odvijanjem jednog ciklusa, sagorevanjem goriva, razvija se rad na račun oslobođene toplote. Veličina razvijenog rada i efikasnost celokupne energetske transformacije zavise od načina i kvaliteta odvijanja kružnog procesa tokom radnog ciklusa motora. Pri radu motora odvija se stvarni ciklus motora. Kod svih motora SUS radni ciklus obuhvata sledeće procese: 1. punjenje cilindra svežom radnom materijom, 2 sabijanje sveže radne materije, 2. materije 3. sagorevanje, 4. širenje produkata sagorevanja i 5 izbacivanje produkata sagorevanja iz cilindra. 5. cilindra

134

Da bi se bolje D b lj sagledao l d princip i i rada d i uočili čili najvažniji j ž iji faktori, f kt i od d kojih zavisi kvalitet odvijanja radnog ciklusa motora proučićemo odvijanje kružnog procesa u motoru. Odvijanje ovih procesa praćeno je energetskim gubicima, gubicima koji su rezultat velikog broja raznovrsnih uticaja. Osim toga intenzitet uticaja pojedinih faktora na odvijanje ciklusnih faza varira od motora do motora. Ovim je otežana tačna matematička interpetacija ovih procesa i upoređenje dobijenih rezultata. Zato se , često, radi lakšeg razmatranja i upoređenja ciklusa kao i analize uvode izvesna uprošćenja, pri čemu se uzimaju j u obzir samo najuticaniji j j faktori dok se sekundarni zanemaruju. U zavisnosti od nivoa uprošćenja radnih ciklusa tj. usvojenih pretpostavki mogu se definisati tri načina proučavanja radnih ciklusa: 1. Idealizirani (idealni) termodinamički ciklusi, 2 Teorijski termodinamički ciklusi i 2. 3. Realni ili stvarni radni ciklusi. 135

5.1. VRSTE TERMODINAMIČKIH CIKLUSA Bazu svih termodinamičkih ciklusa čini idealni Karno (Carnot) ciklus. Karno ciklus sastavljen je od izentropa sabijanja i širenja i izotermi dovođenja i odvođenja toplote, koji definiše važan postulat; ekonomičnost ciklusa je utoliko veća ukoliko je veći odnos maksimalne prema minimalnoj temperaturi ciklusa (Tmax/Tmin). U teoriji i termodinamici motora SUS tretiraju se uglavnom tri ciklusa: 1. oto ciklus, 2. dizel ciklus i 3. sabate ciklus ili kombinovani ciklus.

136

5.1.1. TEORIJSKI OTO CIKLUS (idealni) Teorijski oto ciklus je termodinamička osnova oto motora. Osnovna karakteristika je dovođenje toplote Q1 pri konstantnoj zapremini u SMT i odvođenje j toplote p Q2 p pri konstantnojj zapremini p u UMT . Ovajj zatvoreni kružni proces sastoji se iz sledećih faza: 1-2 1 2 izentropa sabijanja sabijanja, 2-3 izohorsko dovođenje toplote Q1 3-4 izentropa širenja, 4-1 izohorsko odvođenje j toplote p Q2 Wt SMT

aproksimacija stvarnog oto ciklusa u teorijski.

UMT

teorijski oto ciklus

137

5.1.2. TEORIJSKI DIZEL CIKLUS Osnovna karakteristika ovog termodinamičkog ciklusa jeste dovođenje toplote pri konstantnom pritisku. O j ciklus Ovaj ikl je j definisan d fi i sledećim l d ći fazama: f

1-2 - izentropa sabijanja, 2-3 – izobarsko dovođenje toplote Q1, 3-4 – izentropa širenja i 4-1 – izohorsko odvođenje toplote Q2

Aproksimacija p j stvarnog g dizel ciklusa u teorijski.

Teorijski dizel ciklus

138

5.1.3. TEORIJSKI SABATE (KOMBINOVANI) CIKLUS Ovaj ciklus naziva se i kombinovani ciklus jer je kombinovano dovođenje toplote Q1 i to jednim delom pri konstantnoj zapremini (izohorski) a drugim delom pri konstantnom pritisku (izobarski) (izobarski). Odvođenje toplote je pri konstantnoj zapremini. Faze ovog termičkog ciklusa su:

1-2 izentropa sabijanja, 2-3’ izohorsko dov. topl. 3’-3 izobarsko dov. topl. p 3-4 izentropa širenja 4-1 izohorsko odv. toplote

Aproksimacija stvarnog ciklusa teorijskim sabate ciklusom

Teorijski sabate ciklus 139

5 2 STVARNI RADNI CIKLUS MOTORA 5.2. Stvarni radni ciklus dosta odstupa i od idealiziranog ali i od teorijskog. Kod stvarnog radnog ciklusa nisu jasno odvojene pojedine faze i fizičko hemijski procesi jedan od drugog. Osnovna odstupanja stvarnih ciklusa od teorijskih nastaju usled: 1. dovođenje toplote je kontinualan proces sagorevanja praćen gubicima i nesavršenostima, 2. strujni 2 t j i gubici bi i tokom t k punjenja j j i pražnjenja ž j j motora t postoje t j i ne mogu se zanemariti, 3. toplotni gubici na okolinu putem rashladne tečnosti su znatni posebno tokom sagorevanja i 4. postoje i drugi energetski gubici (nezaptivenost, zračenje, nepotpuno sagorevanje,deregulacija).

140

Stvarni radni ciklus je kontinualni kompleksni proces u kome se prepliću lić različiti ličiti fizičko fi ičk hemijski h ij ki procesii koji k ji čine či radni d i ciklus ikl a ovajj razvija mehanički rad.

Mogu se uočiti četri glavna procesa koji se nadovezuju: I - proces izmene radne materije, II - proces sabijanja, III - proces sagorevanja i IV - proces širenja Ova četri procesa treba razlikovati od taktova motora. Oni uvek postoje j bilo da se radi o dvo ili četvorotaktnom motoru. Stvarni radni ciklus četvorotaktnog motora 141

Proces izmene radne materije obuhvata pražnjenje radnog prostora od strane sagorelih gasova iz prethodnog ciklusa i punjenje radnog prostora svežom radnom materijom. Od kvaliteta ovog procesa zavisi količina novog punjenja koja ulazi u proces i od koje zavisi razvijena količina toplote i snaga motora. Proces sabijanja svežeg punjenja obezbeđuje povoljne uslove za obavljanje efikasnog sagorevanja na višim pritiscima i temperaturama. Imajući j u vidu neizbežne toplotne p gubitke, g , proces p sabijanja j j u motoru je j politropskog karaktera pri čemu je eksponent politrope manji od odgovarajućeg eksponenta izentropskog sabijanja jer se u ukupnom bilansu toplota mahom predaje sa gasa na okolne zidove. Proces sagorevanja omogućuje oslobađanje toplote i povišenje energetskog potencijala radnog fluida kao preduslova za dobijanje mehaničkog rada. Način i tok sagorevanja u mnogome zavisi od kvaliteta obrazovanja smeše. Od kvaliteta sagorevanja zavise energetske, ekonomske i ekološke karakteristike motora. Proces širenja omogućuje dobijanje rada na račun potencijalne energije sagorelog gasa. Ovaj proces je politropskog karaktera jer je razmena toplote sa okolinom tokom ovog procesa znatna. 142

5.2.1. PROCES IZMENE RADNE MATERIJE Zadatak ovog procesa je da: 1. što potpunije odstrani interne produkte sagorevanja iz prethodnog ciklusa i 2. punjenje cilindra svežom radnom materijom. Kvalitet ovog procesa se definiše na osnovu tri faktora:

γ

1. Koeficijenta 1 K fi ij t zaostalih t lih gasova r , koji k ji određuje d đ j relativnu l ti količinu inertnih zaostalih gasova koji se iz prethodnog prenesu u novi ciklus. Ovaj koeficijent predstavlja merilo pražnjenja cilindra nakon izbacivanja iskorišćenih produkata sagorevanja. sagorevanja Može se izraziti kao:

gde je:

Mr γr = Mg

Mr - količina ((brojj molova)) zaostalih produkata p i Mg - količina (broj molova) svežeg punjenja. 143

η

2. Koeficijent punjenja v . Predstavlja merilo kvaliteta punjenja cilindra svežom radnom materijom.

mstv ηv = mteor gde je: mstv t - masa svežeg punjenja nakon procesa punjenja i mteor - teorijska masa punjenja radnog prostora 3. Specifični 3 S ifič i rad d procesa izmene i radne d materije t ij (srednji ( d ji pritisak iti k pumpnog rada ∆pp). Predstavlja merilo energije utrošene na savlađivanje strujnih otpora procesa punjenja i pražnjenja cilindra. Kada se punjenje vrši prirodnim usisavanjem (putem depresije stvorene u cilindru) ovaj rad je negativan. Ovaj rad je pozitivan kada se punjenje radne materije vrši prinudom tj. pod nadpritiskom. nadpritiskom

144

5.2.1. 1. PROCES IZMENE RADNE MATERIJE ČETVOROTAKTNOG MOTORA SUS SA PRIRODNIM USISAVANJEM Veliki broj četvorotaktnih motora obavlja proces punjenja na račun depresije koju stvara klip u cilindru kretanjem od SMT ka UMT. Kod četvorotaktnih motora SUS proces izmene radne materije započinje otvaranjem izduvnog ventila kroz koji se izbacuju produkti sagorevanja, od prethodnog ciklusa a završava se zatvaranjem usisnih ventila. IIzmena radne d materije t ij traje t j više iš od d dva takta, odnosno hoda klipa, i sastoji se od: - procesa izduvavanja i - procesa usisavanja.

145

5.2.1. 5 21 2 2. PROCES IZMENE RADNE MATERIJE ČETVOROTAKTNOG MOTORA SUS SA NADPUNJENJEM Koefijent punjenja bitno zavisi od gustine svežeg punjenja. Zato jedan veoma praktičan način za povećanje snage motora je povećanjem količine punjenja povećanjem njegove gustine. Povećanje gustine punjenja se ostvaruje putem ubacivanja svežeg punjenja pod određenim nadpritiskom u radni prostor . Ubacivanje svežeg punjenja se vrši dodatnim kompresorom uključenim klj č i u sistem i t nadpunjenja. d j j U primeni su dva sistema natpunjenja motora: - sistem natpunjenja sa mehaničkim kompresorom i - sistem natpunjenja sa turbokompresorom.

146

5.2.1. 2. 1. SISTEM NADPUNJENJA SA MEHANIČKIM KOMPRESOROM Kod ovog sistema natpunjenja centrifugalni (ili neki drugi) kompresor zapreminskog tipa (sa obrtnim klipovima, krilcima i sl.) pokretan kolenastim vratilom usisava i sabija sveže punjenje. Ovim se povećava gustina punjenja a samim tim i koeficijent punjenja motora. Prednosti primene ovakvog kompresora su: - jednostavnost konstrukcije i - manja cena kompresora. Mana primene ovakvog kompresora je: -ta što kompresor troši deo, već razvijene snage što pogoršava ekonomičnost motora snage, Skica sistema natpunjenja mehaničkim kompresorom

Zbog toga se ovi sistemi danas manje primenjuju i to kod avio motora i specijalnih motora t veće ć snage gde d ekonomičnost k ič t nije ij primarna. 147

5.2.1. 2. 2. SISTEM NATPUNJENJA POMOĆU TURBOKOMPRESORA Kod ovog sistema kompresor, koji obezbeđuje pritisak natpunjenja, pokretan je od strane turbine koja koristi energiju izduvnih gasova koji izlaze iz cilindra sa znatnim pritiskom i temperaturom.

Skica sistema natpunjenja pomoću ć turbokompresora t b k

Šestocilindrični natpunjeni motor sa t b k turbokompresorom

Turbo kompresor za pogon koristi energiju izduvnih gasova i ne opterećuje motor, što mu je velika prednost. Mana mu je složenija konstrukcija i veća cena. 148

Sa dijagrama pritiska se vidi da je linija izduvavanja ispod linije punjenja. p j j Ovakav tok pritiska p treba očekivati kod mehaničkog g natpunjenja i turbo punjenja bez regulacije pritiska iza kompresora korišćenog kod najvećeg broja dizel motora. Prednost ovakvog toka pritiska je što je rad procesa izmene radne materije pozitivan. pk - pritisak iza kompresora, pa - pritisak punjenja punjenja, pr - pritisak izduvavanja i po - pritisak okoline.

Tok izmene radne materije motora sa natpunjenjem t j j

Rad izmene radne materije ne mora uvek biti pozitivan. On je negativan kod turbopunjenja sa ograničenim pritiskom iza kompresora Ovakva regulacija turbopunjenja se koristi kod oto kompresora. motora i manjih brzohodih dizel motora. Tada su otpori koje stvara turbina takvi da je opet pritisak izduvavanja veći od pritiska punjenja. 149

Kod motora se koriste (uglavnom) tri nivoa natpunjenja i to: - motori malog pritiska natpunjenja natpunjenja, - motori srednjeg pritiska natpunjenja i - motori velikog pritiska natpunjenja. Kod motora malog pritiska natpunjenja je odnos pk/po= 1,3 1 3 ÷ 1,8. 1 8 Ovi sistemi se koriste kod mehaničkog natpunjenja i turbopunjenja oto motora ili slabije forsiranih dizel motora. Tada se postiže povećanje snage do 50% bez značajnijeg poboljšanja ekonomičnosti motora. Kod motora srednjeg pritiska natpunjenja je odnos pk/po= 1,8 ÷ 2,5. Ovi sistemi se koriste kod većine brzohodih dizel motora. Tada se postiže značajno poboljšanje ekonomičnosti motora motora. Kod motora velikog pritiska natpunjenja je odnos pk/po= 2,5 ÷ 3,5. Ovi sistemi su novijeg datuma i cilj im je da obezbede maximalne prednosti natpunjenja. Uglavnom se koriste kod motora velike snage transportnih i specijalnih vozila. Poseban značaj imaju motori sa turbopunjenjem srednjeg i velikog pritiska kada se postiže znatno poboljšanje snage i ekonomičnosti.. 150

Porastom pritiska natpunjenja rastu mehanička i termička opterećenja, koja oja postaju ograničavajući og a ča ajuć faktor a to primene p e e natpunjenja. atpu je ja Kod od OTO O O motora oto a je još problem i pojava detonacija. Zato ovi motori ostaju na nižim pritiscima. Zbog termičkih opterećenja dolazi i do smanjenja gustine punjenja. Da bi se ovaj efekat ublažio uvodi se međuhlađenje punjenja. Ono se danas obavezno uvodi kod OTO motora i turbopunjenja srednjeg i velikog pritiska kod dizel motora. N jč šć primenjivani Najčešće i ji i sistemi su: a) Usisni motor, b) natpunjeni motor, motor c) natpunjeni motor sa hlađenjem, d)) natpunjeni p j motor sa regulacijom pritiska natpunjenja i e) natpunjeni motor sa hlađenjem i regulacijom pritiska natpunjenja. 151

5.2.1. 3. PROCES IZMENE RADNE MATERIJE DVOTAKTNIH MOTORA Izmena radne materije, kod ovih motora tj pražnjenje i punjenje se većim delom obavlja istovremeno (oko UMT). Ceo proces zahvata manji deo širenja (kraj) i početak sabijanja sabijanja. Ovaj proces traje do 150oKV. Kod četvorotaktnih motora ovaj postupak traje do 450º KV.

1-sabijanje, 2-širenje, IK-izlazni kanal i UK-ulazni kanal.

Skica S ca izmene e e radne ad e materije

Tok pritiska u cilindru dvotaktnog motora. 152

Ceo proces se može razdvojiti u tri karakteristične faze:

a

a – otvaranje izlaznog kanala, b – otvaranje ulaznog kanala, c – UMT, d – zatvaranje ulaznog kanala kanala. e – zatvaranje izlaznog kanala, IK – izlazni kanal, PK – ulazni kanal, pk – pritisak prelivanja prelivanja, pi – pritisak u izduvu

Prva faza, faza a-b - slobodno isticanje, isticanje započinje otvaranjem IK i pod dejstvom pritiska u cilindru produkti sagorevanja istrujavaju. Druga faza. b-c-d – ispiranje cilindra, započinje otvaranjem PK tako da istovremeno pod uticajem nadpritiska dolazi do ubacivanja svežeg punjenja i izbacivanja produkata sagorevanja. Ovaj proces traje sve dok klip posle prolaska kroz UMT ne zatvori PK. j ovu fazu imaju j motori kod kojih j Treća faza. d-e – naknadno isticanje, klip prvo zatvara PK pa onda IK. Ova faza nije poželjna jer se gubi i deo svežeg punjenja. 153

5 3 PROCES SABIJANJA 5.3. Nastaje posle procesa punjenja cilindra radnom materijom. Zadatak ovog procesa je: - da obezbedi povoljan energetski nivo za odvijanje procesa sagorevanja i poveća njegovu efikasnost i - da, da uz korišćenje klipnog mehanizma, mehanizma povećanjem stepena sabijanja obezbedi dovoljan stepen širenja u cilju postizanja što veće ekonomičnosti motora. Osovna ograničenja pri povećanju stepena sabijanja su: - porast mehaničkih i termičkih opterećenja delova motora. - dopunsko ograničenje je kod OTO motora je i pojava samopaljenja i detonacija pri sagorevanju. 154

Da bi se sprečilo detonatno sagorevanje (kod oto motora), stepen sabijanja se tako definiše da temperatura na kraju sabijanja (Tc ) ispunjava sledeći uslov:

Tcoto = Tbsp – (50 ÷ 100) gde je:

Tbsp = 800 ÷ 850 o K, temperatura samopaljenja benzina Kod dizela je zahtev suprotan pa je: Tcdizel= Tdsp + (200 ÷ 300) gde je: Tdsp = 700 ÷ 750 o K, temperatura samopaljenja dizela Zbog toga se stepen sabijanja kreće za: - OTO motore 7 do 10 i - za DIZEL 16 do 22. 155

5.4. PROCES SAGOREVANJA Proces sagorevanja je uslovljen načinom obrazovanja smeše. Zavisno od toga zavisi da li se motor približava oto ili dizel principu rada. Bez obzira o kom principu rada se radi formiranje smeše započinje od momemta doziranja goriva u struju vazduha, nakon čega se mešaju i počinje isparavanje goriva da bi došlo do iniciranja zapaljenja i sagorevanja sago e a ja st stvorene o e es smeše. eše

Način (mesto) formiranja smeše kod oto i dizel motora

156

Važan faktor sagorevanja je koeficijent viška vazduha. Radna smeša u cilindru motora sastoji se iz: - gorive smeše i - zaostalih produkata sagorevanja. Goriva smeša je smeša vazduha i goriva izmešanih u određenom odnosu. Obzirom na različite uslove odvijanja sagorevanja, razlikujemo: - sagorevanje u OTO motoru i - sagorevanje u dizel motoru

Karakteristike sagorevanja u oto i ditel motoru 157

5.4.1. SAGOREVANJE U OTO MOTORU I NEPOŽELJNE POJAVE Front plamena se formira nakon skakanja varnice. Jedan deo razvijene toplote, nastale sagorevanjem, prenosi se na sledeći deo nesagorele smeše stvarajući uslove za njeno upaljenje. upaljenje Tako premeštanjem fronta plamena od svećice do suprotnog kraja komore sagori celokupna smeša. Temperatura u oblasti sveže smeše je oko 800 oK, dok u zoni plamena iznosi i do 2500 oK. K

Karakteristika je prostiranje fronta plamena kroz komoru

Teži se da brzina prostiranja plamena bude što veća kako bi se oslobađanje toplote obavilo pri što manjoj zapremini a to je u blizini SMT. 158

5.4.1.1. TOK SAGOREVANJA U OTO MOTORU Na slici je prikazan tok pritiska u cilindru oto motora tokom procesa sagorevanja u funkciji vremena odnosno u funkciji ugla obrtanja kolenastog vratila. Proces sagorevanja g j počinje p j skakanjem j varnice na elektrodama svećice i traje izvestan period dok klip prolazi oko SMT. Skakanje varnice se odvija, u principu, pre SMT za izvestan ugao predpaljenja αpp koji omogućava odvijanje glavnog sagorevanja pri najmanjoj zapremini u blizini SMT. Najveći deo smeše sagori u Tok pritiska tokom sagorevanja u oto periodu 30 ÷ 60 °KV odnosno za oko 3÷5 motoru ms. Proces sagorevanja sastoji se iz tri faze: period pritajenog p j g sagorevanja, g j , I–p II – period pravog sagorevanja i III – period dogorevanja. 159

5 4 1 2 NEPOŽELJNE POJAVE SAGOREVANJA U OTO MOTORU 5.4.1.2. U nepoželjne pojave sagorevanja u oto motoru spadaju: - pojava disocijacije, disocijacije - pojava detonacije i - toksičnost izduvnih gasova oto motora. 5.4.1.2.1. POJAVA DISOCIJACIJE Disocijacija je pojava pri kojoj se stabilni produkti sagorevanja (CO2 i vodena para) pri visokim temperaturama raspadaju na produkte nepotpunog sagorevanja (CO i H2 ) uz utrošak energije energije. Ovaj utrošak energije umanjuje efikasnost radnog ciklusa. Što je temperatura produkata sagorevanja viša to je i intenzitet disocijacije veći. I Ispod d 2000 °K ova pojava j praktično ktič i ne postoji. t ji 160

5.4.1.2.2. POJAVA DETONACIJA Detonatno sagorevanje je vid eksplozivnog ili zapreminskog sagorevanja tokom koga dolazi do trenutnog oslobađanja toplote u većem delu smeše. Ono nastaje kada se u radnom prostoru homogena smeša nađe u više tačaka u uslovima samoupaljenja. Tada dolazi do upaljenja i trenutnog sagorevanja, tog dela smeše što stvara nagli porast pritiska iti k u cilindru. ili d Povoljni uslovi za detonatno sagorevanje javljaju se ispred fronta plamena u delu nesagorele smeše iz sledećih razloga: - sabijanja pod dejstvom klipa kretanjem od UMT ka SMT, - sabijanja pod dejstvom fronta plamena, odnosno širenja sagorelih gasova iza fronta plamena plamena, - pod dejstvom prenosa toplote iz zone reakcije na smešu ispred fronta plamena i - usled zagrevanja pod dejstvom toplih mesta u komori.

161

Ukoliko se stvori više novih centara, u još nesagorelom delu smeše, doći će do bržeg oslobađanja toplote i do bržeg lokalnog porasra temperature i pritiska. Sagorevanje Sagorevanje sa bez detonacija

S Sagorevanje j sa detonacijama d ij

detonacijama

Promene pritiska u cilindru motora

Nagli porast pritiska u cilindru stvara udarno dejstvo pritiska na čelo klipa i stvara znatan porast sila u u klipnom mehanizmu. Taj porast sila izaziva razbijanje bij j uljnog lj (mazajućeg) ( j ć ) sloja l j između i đ kli kliznih ih površina ši i njihovog jih udara jedna o drugu. Ovo je praćeno metalnim zvukom karakterističnim za detonacije. Kratkotrajne detonacije ne moraju da budu opasne ali dugotrajne detonacije mogu biti štetne po motor. Glavni problem kod detonacija je je porast mehaničkih i termičkih opterećenja motora. motora Prateće pojave jake detonacije su pad snage i gubitak ekonomičnosti. 162

Pojava detonacija kod motora moraju se sprečiti. Na pojavu detonacija utiču sledeći faktori : - pripremni faktori, - konstruktivni i - radni d i faktori. f k i - U pripremne faktore spada gorivo kao najvažniji. - U kostruktivne spadaju: - stepen sabijanja, - konstrukcija j komore za sagorevanje, g j , - materijal klipa i glave motora i - vrsta hlađenja. - U radne faktore spadaju: - ugao pretpaljenja, - režim rada, - sastav smeše i - stvaranje taloga. 163

5.4.1.2.3. TOKSIČNOST IZDUVNIH GASOVA OTO MOTORA. Osim produkata potpunog sagorevanja u toku sagorevanja javljaju se i nepotpuni. Među njima ima i otrovnih, štetnih po zdravlje i okolinu. Njihova količina u izduvnim gasovima je i zakonski regulisana i ograničena. U grupu zakonski regulisanih produkata sagorevanja spadaju : - ugljenmonogsid gj g (CO), ( ) - nesagoreli ugljovodonici (HC) i - azotovi oksidi (NOx). g j monoksid,, nastaje j kao produkt p nepotpunog p p g sagorevanja g j pri p Ugljen nedostatku vazduha. Najviše nastaje pri radu sa bogatom smešom. Nesagoreli ugljovodonici, nastaju kao produkt nezavršenog sagorevanja zbog gašenja plamena u blizini zidova. zidova Što je komora razuđenija sa više hladnih zidoa ima ih više. Azotovi oksidi, nastaju kao produkt oksidacije azota pri ekstreno visokim t temperaturama t koje k j vladaju l d j tokom t k sagorevanja j (> 2200°K). 2200°K) Z Znači či ima i ih pri velikim opterećenjima motora i radom sa siromašnom smešom. 164

5.4.2. SAGOREVANJE U DIZEL MOTORU I NEPOŽELJNE POJAVE U dizel motoru se obavlja sagorevanje heterogene smeše. Heterogena smeša se obrazuje ubrizgavanjem goriva u prethodno sabijeni vazduh u radnom d prostoru t motora. t Takva T k smeša š se pali li sopstvenom t energijom ij na račun visoke temperature sabijenog vazduha. Temperatura sabijenog vazduha je viša od temperature samoupaljenja goriva. Sagorevanje kod koga je obrazovanje smeše i sagorevanje istovremeno naziva se difuzno sagorevanje.

Faze obrazovanja smeše i sagorevanja u dizel motoru

Prve tri faze čine obrazovanje smeše dok zadnje dve čine sagorevanje. Doziranje goriva i njegovo raspršivanje vrši se brizgačima. Mešanje goriva je g j preduslov p za sagorevanje. g j Bitno je j da kretanje j vazduha bude organizovano vihorno, jer se time postiže kontakt vrelog vazduha i isparelog goriva. 165

Doziranje goriva se vrši, najčešće, hirdauličnim ubrizgavanjem pod pritiskom. iti k Gorivo G i mora da d bude b d ubrizgano bi u tačno t č određenom d đ trenutku t tk i definisane količine po definisanom zakonu ubrizgavanja. Jedan od posebnih zadataka je da raspršivanje ubrizganog goriva bude u najsitnije kapljice čime bi se povećala ukupna površina mlaza goriva i ubrzalo isparavanje. Isparavanje goriva sledi odmah iza doziranja. Cilj je da što više goriva ispari kako bi se obrazovala kvalitetnija smeša š za sagorevanje. Mešanje goriva i vazduha je preduslov za sagorevanje. j Zadatak Z d t k ove faze f nije ij samo mešanje goriva i vazduha već je i da odstrani produkte sagorevanja iz zone gde treba praviti smešu smešu. Ovo se može postići organizovanim vihornim kretanjem vazduha. Kretanje vazduha i mlaza goriva 166

5.4.2.1. TOK SAGOREVANJA U DIZEL MOTORU Ceo tok sagorevanja, sagorevanja od početka ubrizgavanja do kraja oslobađanja toplote može se podeliti u četri faze (perioda): I – period pritajenog sagorevanja, ili zakašnjenja upaljenja, II – period burnog ili neregularnog sagorevanja, III - period regulisanog sagorevanja i IV – period dogorevanja.

1. T - temperatura, 2. p - pritisak, 3. α - ugao obrtanja kolenastog vratila, 4. dmg/dα - tok(zakon) ubrizgavanja i 5 dQ/dα - tok oslobađanja toplote 5. toplote.

tok sagorevanja u dizel motoru 167

5.4.2.2. NEPOŽELJNE POJAVE SAGOREVANJA U DIZEL MOTORU Nepoželjne pojave tokom sagorevanja u DIZEL motoru su: - udarno sagorevanje, - dim u izduvnim gasovima i - toksična emisija. 5.4.2.2.1. UDARNO SAGOREVANJE Udarno sagorevanje, nastaje kao posledica neregulisanog burnog sagorevanja tokom drugog perioda sagorevanja. Faktori koji smanjuju intenzitet udarnog sagorevanja kod dizel motora su: - sklonost goriva ka upaljenju, - veliki stepen sabijanja, - visoka temperatura na kraju sabijanja, - veliko termičko opterećenje i dr. Negativna posledica udarnog sagorevanja osim udarnih, mehaičkih opterećenja je buka motora. 168

5.4.2.2.2. DIM U IZDUVNIM GASOVIMA Dim u izduvnim Di i d i gasovima, i se javlja j lj u toku t k treće t ć faze f sagorevanja j u uslovima visokih temperatura i nedostatka kiseonika. Tada se molekuli ugljovodoničnog goriva raspadaju tako da se formira čađ kao varijanta čistog ugljenika. ugljenika Stvoren ugljenik se kristalizuje i spaja međusobno u čestice. Čestice upijaju tečke nesagorele ugljovodonike, koji su veoma toksični i zakonski ograničeni. Sprečavanje pojave dima tokom sagorevanja može se postići: - povećanjem koeficijenta viška vazduha, - inteziviranjem vihornog kretanja vazduha i - poboljšavanjem kvaliteta raspršivanja. raspršivanja Povećanjem koeficijenta viška vazduha obezbeđuje se kontakt goriva i vazduha i u kasnijim fazama sagorevanja, ali se smanjuje i razvijena snaga. Inteziviranjem vihornog kretanja vazduha u komori motora poboljšava se mešanje i omogućuje rad sa manjim viškom vazduha. j j kvaliteta raspršivanja p j ubrizganog g g goriva g može se p postići;; Poboljšanje putem povećanog pritiska ubrizgavanja, povećanjem broja otvora na brizgaču, smanjenjem otvora na brizgaču i dr. 169

5.4.2.2.3. TOKSIČNA EMISIJA Tokom T k sagorevanja j kod k d dizel di l motora t se formiraju f i j sledeće l d ć ttoksične k ič gasne komponente: - ugljenmonoksid (CO), - nesagoreli li ugljovodonici lj d i i (HC) i - azotovi oksidi NOx. Ugljenmonoksid se javlja kao posledica lokalnog manjka vazduha pri sagorevanju i njegova koncentracija naglo raste na punom opterećenju. Nesagoreli ugljovodonici manje zavise od od sastava smeše. λ

Azotovi oksidi rastu na punom opterećenju zbog porasta temperature sagorevanja a još ima dovoljna količina kiseonika za oksidaciju azota. Emisija NOx je nešto kritičnija kod dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem ub ga a je (nego ( ego kod od standardnih sta da d motora oto a ) jer je kod od njih j na a periferiji pe e j mlaza postoji dovoljna količina kiseonoka za oksidaciju a i temperature su dovoljno visoke za oksidaciju.

promena koncentracije izduvnih gaso a u ffunkciji gasova nkciji sasta sastava a smeše

170

5.5. PROCES ŠIRENJA Zadatak procesa širenja je da omogući ekspanziju produkata sagorevanja, kojom prilikom se klipu predaje pozitivan mehanički rad. Takt širenja počinje polaskom klipa iz SMT. U prvom delu hoda klipa još se odvija sagorevanje U realnom motoru ne postoji granica između procesa sagorevanje. sagorevanja i širenja. Što se duže u taktu širenja obavlja sagorevanje to je širenje neefikasnije.

5.6. PROCES IZDUVAVANJA Kod četvorotaktnih motora izduvni ventili se otvaraju ranije (pre UMT) da bi obezbedili isticanje izduvnih gasova u trenutku kada imaju veliku brzinu usled širenja. Potom gasovi se izbacuju potiskivanjem klipa. Kod dvotaktnih motora otvaranje j izduvnih kanala bira se tako da do trenutka otvaranja prelivnih kanala istekne koliko je moguće više produkata sagorevanja. gasovi ističu velikom brzinom tako da stvaraju j veliku buku. Radi Izduvni g smanjenja buke na izduvnim kanalima postavljaju se lonci u kojima se gasovi šire, smanjuje se brzina a samim tim i buka. 171

PITANJA: 1 1.

RADNI CIKLUSI MOTORA SUS. SUS OBJASNITI TERMODINAMIČKE CIKLUSE I PRIKAZATI IH U P-V I T- S KOORDINATNOM SISTEMU.

2.

RADNI CIKLUSI MOTORA SUS. OBJASNITI STVARNI RADNI CIKLUS MOTORA SUS, PRIKAZATI GA U P-V KOORDINATNOM SISTEMU.

3.

OBJASNITI PROCES IZMENE RADNE MATERIJE I FAKTORE KOJI DEFINIŠU OVAJ PROCES. OBJASNITI (UZ ODGOVARAJUĆE SKICE I DIJAGRAME) PROCES IZMENE RADNE MATERIJE ČETVOROTAKTNIH MOTORA SUS SA PRIRODNIM USISAVANJEM I SA NADPUNJENJEM.

172

4 4.

OBJASNITI PROCES IZMENE RADNE MATERIJE I FAKTORE KOJI DEFINIŠU OVAJ PROCES. OBJASNITI (UZ ODGOVARAJUĆE SKICE I DIJAGRAME) PROCES IZMENE RADNE MATERIJE DVOTAKTNIH MOTORA SUS.

5.

PROCES SAGOREVANJA U MOTORU SUS. OBJASNITI (UZ ODGOVARAJUĆE SKICE I DIJAGRAME)) PROCES I NEPOŽELJNE POJAVE PRI SAGOREVANJU U OTO MOTORU.

6.

PROCES SAGOREVANJA U MOTORU SUS OBJASNITI (UZ ODGOVARAJUĆE SKICE I DIJAGRAME) PROCES I NEPOŽELJNE POJAVE PRI SAGOREVANJU U DIZEL MOTORU MOTORU.

7.

OBJASNITI (UZ ODGOVARAJUĆE DIJAGRAME) PROCESE SABIJANJA ŠIRENJA I IZDUVAVANJA KOD MOTORA SUS SABIJANJA, SUS. 173