7

1.0 MOTORI SA UNUTRAŠNJIM

SAGOREVANJEM

1.1 UOPŠTENO O MOTORIMA SA UNUTRAŠNJIM

SAGOREVANJEM

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS) u mnogim oblastima privrede

su glavni izvori pogonske energije. Brzom razvoju drumskog i vazdušnog

saobraćaja u velikoj meri doprineli su motori sa unutrašnjim sagorevanjem koji su

ekonomični i u pogonu sigurni. Saobraćaj na vodi vrlo često koristi motore SUS.

U šinskom saobraćaju, za pogon šinobusa, motornih vozova, pa i lokomotiva, sve

više se koriste SUS motori. Ovi motori nalaze primenu u savremenoj

poljoprivredi, kao i u graĎevinarstvu.

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem uspeli su da naĎu primenu u

različitim oblastima zahvaljujući njihovim prednostima u odnosu na druge

motore, a to su uglavnom: ekonomičnost, mala teţina, primena visokokaloričnih

goriva čija je distribucija relativno laka.

Razvitak motora sa unutrašnjim sagorevanjem doprineo je brzom razvoju,

kako industrije prerade nafte, tako i tehnologije materijala i tehnike obrade.

Motorna industrija sa svojim industrijskim korisnicima, naročito automobilskom,

predstavljaju vrhunske industrije.

Problematika proučavanja SUS motora bazirana je na mnogim osnovnim

disciplinama, kao što su: fizika, hemija, matematika, termodinamika, mehanika

fluida. Konstruisanje i proračun motora zahtevaju solidno poznavanje osnova

konstruisanja, otpornosti materijala, mašinske obrade, mašinskih elemenata, ...

Mašine koje preobraţavaju bilo koji vid energije u mehaničku eneriju

nazivaju se motorima. Zavisno od vida polazne energije motori se dele na

toplotne, električne, vodene.

Motori SUS su toplotni motori. Kod njih se toplotna energija dobijena

sagorevanjem goriva preobraţava delimično u mehaničku energiju. Pored motora

SUS razlikujemo još jednu vrstu toplotnih motora - motori sa spoljnim

sagorevanjem (SSS). Kod motora SUS proces sagorevanja obavlja se u samom

motoru. Toplota osloboĎena tokom sagorevanja predaje se produktima

sagorevanja čime se povećava njihov energetski potencijal izraţen pritiskom i

temperaturom. Širenjem gasova u samom organskom sklopu motora, preobraţava

se jedan deo sadrţine toplotne energije u mehanički rad.

Transformacija potencijalne energije rada u mehaničku kod klipnih motora

sa unutrašnjim sagorevanjem vrši se na sledeći način:

8

Ponavljanjem niza uzastopnih relativno laganih širenja odreĎenih količina

radnog medijuma u specijalnom radnom prostoru, koji je sposoban da menja

zapreminu u odreĎenim granicama. Širenjem gasa u ovim odeĎenim volumenskim

granicama vrši se savlaĎivanjem spoljnjeg otpora, pri čemu se odgovarajući deo

potencijalne energije transformiše u mehanički rad. Pri ovakvom laganom pirenju,

porast kinetičke energije gasne struje na račun potencijalne energije moţe se

zanemariti kao neznatan[12].

Kako bi smo definisali povoljne i nepovoljne osobine motora SUS

uporedićemo ih sa motorima SSS. Uglavnom se vrši uporeĎivanje klipnog motora

SUS i klipne parne mašine.

Prednosti motora SUS su:

- velika ekonomičnost,

- mala specifična masa, odnosno velika specifična snaga,

- kompaktnost graĎe,

- brzo su spremni za rad po startovanju,

- koriste gorivo velike energetske sabijenosti,

- troše gorivo samo dok rade.

Veća ekonomičnost motora SUS posledica je činjenice da se celokupna

energetska transformacija vrši u jednom jedinstvenom prostoru - cilindru motora,

usled čega su toplotni gubici znatno manji nego kod motora SSS. Kod motora

SUS toplota razvijena sagorevanjem predaje se direktno radnom medijumu, pa je

moguće raditi sa veoma visokim maksimalnim temperaturama ciklusa, bez

opasnosti da se time ugroze elementi motora. Visoke maksimalne temperature

ciklusa omogućavaju veći toplotni pad i veću ekonomičnost ciklusa.

Pod specifičnom masom motora (kg/kW) podrazumeva se odnos mase

motora (kg) i njegove nominalne efektivne snage (kW). Spec. snaga motora je

obrnuti odnos prethodno navedenih parametara motora (kW/kg).

Kod automobilskih dizel - motora spec. masa motora iznosi 12 - 5 kg/kW,

a kod oto motora 6,5 - 2,5 kg/kW dok se kod avionskih klipnih motora ove

vrednosti kreću i do 0,65 kg/kW.

Svojstvo motora SUS da se brzo i lako mogu staviti u pogon, potkrepljuje

se činjenicom da se manji motori za 2 - 3 minuta po startovanju mogu opteretiti

punom snagom.

Korišćenje visokokaloričnih goriva i postizanje visokih stepena

iskorišćenja tih goriva omogućava veći radijus akcije rada mašine bez popune

rezervoara, što je od značaja za sve vrste vozila.

Dobra osobina motora SUS je što troše gorivo samo dok rade, što

doprinosi ukupnoj ekonomičnosti pogonskog postrojenja.

Nedostaci motora SUS su:

- zavisnost od kvaliteta goriva,

- nesamostalan početak rada,

9

- ne moţe se mnogo preopteretiti,

- komplikovanost graĎe,

- zahteva veću stručnost osoblja koje njima rukuje,

- nepovoljne ekološke karakteristike (toksičnost i buka).

Sigurnost u pogledu mehaničkih i termičkih opterećenja zahteva da motor

radi uvek sa onom vrstom goriva za koju je konstruisan.

Motor SUS se ne moţe pokrenuti sam od sebe, već mora koristiti neki

strani pokretač sve dok ne otpočne odvijanje radnog ciklusa motora. Najčešće se

za startovanje motora koristi elektrostarter.

Motor SUS ne sme se mnogo preopterećivati, jer bi to moglo dovesti do

termičkog preopterećenja vitalnih delova i opasnosti opterećenja motora.

Motori SUS su sloţene i delikatne konstrukcije, što proističe iz činjenice

da se kod njih celokupna energetska transformacija odvija u okviru samog motora.

Komplikovanosti motora naročito doprinose mnogobrojni pomoćni ureĎaji koji su

uz to vrlo precizni i delikatne konstrukcije.

Rukovanje ovako sloţenom mašinom moţe se poveriti samo dovoljno

stručnom osoblju, koje mora poznavati sve osobine motora, kao i preporuke za

njegovo uprvljanje i odrţavanje.

Nedostatak motora SUS je narušavanje normalnog čovekovog ambijenta u

prenaseljenim oblastima sa jako razvijenom mehanizacijom. Pri tome se naročito

naglašava sadrţaj štetnih komponenti u izduvnim gasovima, kao i buka koju

motor stvara, pri radu, a predstavlja smetnju za okolinu.

1.2 PODELA SUS MOTORA

Zavisno od njihovog konstruktivnog rešenja, motori sa unutrašnjim

sagorevanjem (SUS motori ) se mogu podeliti na odreĎene grupe i podgrupe.

Prema principu rada mogu se podeliti na:

- dizel-motore,

- oto-motore

Prema načinu realizovanja radnog ciklusa, motore moţemo podeliti na:

- dvotaktne i

- četvorotaktne.

Prema pogonskom gorivu koje koriste, podela se moţe izvršiti na:

- motore koji koriste kao pogonsko gorivo benzin,

- motore koji koriste kao pogonsko gorivo, gorivo za dizel-motore,

- motore koji koriste kao pogonsko gorivo mešavinu benzina i ulja,

- motore koji koriste kao pogonsko gorivo mešavinu butana i propana

(tečni gas), itd.

10

Prema broju cilindara podela se moţe izvršiti na:

- jednocilindrične,

- dvocilindrične,

- višecilindrične motore.

Prema rasporedu cilindara na:

- motore sa vertikalno postavljenim cilindrima (linijski motori),

- motore sa koso postavljenim cilindrima,

- motore sa horizontalno postavljenim cilindrima.

Prema vrsti paljenja radne smeše na:

- motore sa baterijskim paljenjem,

- motore sa elektronskim paljenjem,

- motore sa magnetnim paljenjem,

- motore kod kojih se vrši samozapaljenje.

Prema načinu hlaĎenja na:

- motore koji se hlade sa tečnošću i

- motore koji se hlade vazduhom.

Podela prema zapremini motora:

- kategorija do 1000 ccm, lakši putnički automobil,

- kategorija do 1500 ccm, srednji putnički automobil,

- kategorija do 3000 ccm, veći putnički automobil, lakša teretna vozila,

- kategorija preko 3000 ccm, ostala motorna vozila

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem mogu se meĎusobno uporeĎivati na

osnovu uporednih karakteristika, kao što su:

- efektivna snaga (kW),

- obrtni moment motora (Nm),

- srednje efektivni pritisak (bar)

- stepen kompresije,

- specifična teţina,

- specifična potrošnja goriva, itd.

1.3 OPIS FUNKCIONISANJA KLIPNOG MOTORA SUS

Kod svih klipnih motora SUS radni ciklus obavlja se u cilindru motora

sukcesivnim, periodičnim širenjem odreĎenih količina radne materije izmeĎu

dvaju krajnjih poloţaja klipa: spoljnje (gornje) i unutrašnje (donje) mrtve tačke.

Radni prostor formiran je od cilindra 4, koji je sa jedne strane zatvoren

cilindarskom glavom 5, a sa druge strane pomerljivim klipom 1. Potiskivanjem

klipa gasovi savladavaju spoljni otpor i vrše mehanički rad, posredstvom

klipnjače 2, koja je zglobno vezana sa klipom i kolenastim vratilom 3,

11

pravolinijsko oscilatorno kretanje klipa preobraţava se u obrtno kretanje

kolenastog vratila(slika 1.1).

Slika 1.1 Skica glavnog motornog mehanizma klipnog motora sa pravolinijskim

oscilatornim kretanjem klipa

Klip, klipnjača i kolenasto vratilo čine glavni motorni mehanizam.

Zadatak ovog mehanizma je pretvaranje pavolinijskog kretanja klipa u obrtno

kretanje kolenastog vratila. Tako se mehanički rad koji gasovi vrše potiskujući

klip, predaje korisniku preko kolenastog vratila u vidu obratnog momenta.

Razlikujemo dva karakteristična poloţaja klipa, to su poloţaji u kojima se

vrši promena smera kretanja klipa. U tim tačkama brzina klipa je jednaka nuli,

tako da te krajnje poloţaje nazivamo mrtvim tačkama. Krajnji unutrašnji poloţaj

klipa, kada je on najbliţi osi kolenastog vratila naziva se unutrašnja (donja) mrtva

tačka (UMT). Kada je klip u toj tački zapremina iznad istog je maksimalna (Vmax)

i to je ukupna zapremina cilindra. Krajnji spoljni poloţaj, kada je klip

najudaljeniji od ose kolenastog vratila odgovara spoljnoj (gornjoj) mrtvoj tački

(SMT). U tom poloţaju zapremine iznad klipa je minimalna (Vmin). Put koji klip

proĎe od jedne mrtve tačke do druge pretstavlja hod klipa (S). Taktičnost motora

označava broj hodova klipa potrebnih za izvršenje jednog radnog ciklusa u

cilindru motora. Na slici se moţe zapaziti da jednom hodu klipa odgovara jedan

poluobrt kolenastog vratila, odnosno svakom obrtu kolenastog vratila odgovaraju

dva hoda klipa[39].

Pri hodu klipa prečnika D, osnova klipa opisuje radnu (hodnu) zapreminu

cilindra (Vh):

SD

Vh

4

2

Zapremina prostora iznad klipa, kada se naĎe u spoljnoj mrtvoj tački tj.

zapremina izmeĎu klipa i cilindarske glave (ovaj prostor je često ograničen veoma

D

9 8 5 4 1 2 7 3 6

Vmax = Vc +Vh

Vmin Vc Vh(S) u

Sd

A B

SMT UMT

i

12

nepravilnim površinama) naziva se kompresiona zapremina (Vc). U ovom

prostoru se odvija i veći deo procesa sagorevanjem, te se naziva i prostor

sagorevanja.

Pri radu klipnog motora zapremina prostora iznad klipa se menja izmeĎu

dveju ekstremnih vrednosti, koje definišu tzv. stepen kompresije ().

c

ch

V

VV

V

V

min

max

Stepen kompresije ili stepen sabijanja pokazuje u kom je odnosu izvršeno

sabijanje sveţe radne materije, odnosno definiše veličinu kompresione zapremine,

tj. zapremine prostora, sagrevanja. Na slici 1.2 dat je uzgled SUS motora.

Slika 1.2 Izgled četvorocilindričnog motora SUS

1.4 KONSTRUKCIJA SUS MOTORA

Motor pretvara toplotu koja se dobija sagorevanjem goriva u mehaničku

energiju za pogon točkova. Gorivo, koje je smeša benzina i vazduha sagoreva u

potpuno zatvorenim cilindrima u unutrašnjosti motora. Na slici 1.3 prikazana je

konstrukcija OTO motora.

Motor je sastavljen iz dva osnovna sklopa: gornji je glava motora

(cilindarska glava), a donji je blok (cilindarski blok), s leţištem leţajeva radilice.

13

Slika 1.3 Poprečni presek četvorocilindričnog SUS motora

1.4.1 NEPOKRETNI DELOVI MOTORA

Cilindarski blok (kućište ili karter motora) nosi celu konstrukciju motora:

ako je motor višecilindrični, svi cilindri se nalaze u zajedničkom komadu. Izraz

cilindarski motor koristi se kod automobilskih i industrijskih motora, a kućište

kod stacionarnih motora (slika 1.4).

1-provodnik od

razvodnika ka

svećici

2-klackalica

otvara ventil

3-opruga zatvara

ventil

4-utikač svećice

5-izduvni

kolektor

6-komora za

sagorevanje

7-štapić za

kontrolu nivoa

ulja

8-elektropo-

kretač

9-zamajac

10-sito pumpe

za ulje

11-prečistač ulja

12-kućište

pumpe za ulje

13-bregasta

osovina

14-podizač

15-šipka

podizača

16-razvodnik

paljenja

17-usisni

razvodnik

18-karburator

14

Odlivak cilindarskog bloka je jedan delikatan deo na motoru, a pored

drugih osobina ne sme biti porozan, ne sme imati velike deformacije kada se glava

na njega priteţe vijcima ili za vreme rada motora. Cilindarski blok je skup deo na

motoru iz razloga što je njegovo livenje dosta sloţeno i zahteva posebnu veštinu.

Uglavnom i danas se cilindarski blokovi liju od gvoţĎa i to većinom u kalupima

od peska. S obzirom da je izrada takvog kalupa komplikovana i traje dugo,

postojala je teţnja da se livenje cilindarskog bloka uprosti tako da je pojeftinila

cena samo bloka. Tako je fabrika Daehler Jarvis u SAD-u počela masivno da lije

cilinarski blok za šestocilindrične benzinske motore za putnička vozila firme

American Motors, i to pomoću metode livenja pod pritiskom koja se kod nas često

zove "špric gus". Ova mašina za livenje je ogromnih razmera i teţina. Blok se lije

u metalnim kalupima. Umesto od gvoţĎa, blok se lije od legura aluminijuma, a

cilindri od posebnog gvoţĎa. Na ovaj način u poreĎenju sa sličnim blokovima

livenim od gvoţĎa, smanjuje se masa bloka. Dobre fizičke osobine aluminijuma u

pogledu teţine i provodnosti toplote iskorišćene su ovim načinom livenja i

paţljivom konstrukcijom odlivka i fotoanalizom opterećenja bloka na pojedinim

mestima u bloku. Cilindri od centrifugalno livenog gvoţĎa imaju tako

konstruisane površine da se veoma fino spajaju sa legurom aluminijuma bloka u

momentu kada se na mašini za livenje u kalup za livenje ubrizga masa legure

aluminijuma pod pritiskom.

Slika 1.4 - Cilindarski blok

Ovom metodom livenja dobija se cilindarski blok koji je znatno lakši od

sličnog bloka od livenog gvoţĎa i lije se kompletan za vreme od samo tri minuta,

1- Čeona strana bloka

2- Šupljune za protok rashladne

tečnosti

3- Otvori za prihvatanje vijka za

vezu

4- Cilindarske košuljice

5- Naleţuće površine cilindarske

glave

6- Bočna strana

7- Oslona površina poklopca

korita motora

8- Nosač glavnih leţajeva

9- Leţaj kolenastog vratila

15

pa je i u tome znatno jeftiniji. S druge strane, mašina za livenje pod pritiskom je

veoma skupa i njena nabavka se isplati samo ako bi se godišnje izlio veliki broj

blokova, inače je neekonomična.

Cilindarski blok nosi ostalo opterećenje, te se u njemu nalaze leţajevi u

kome se okreće radilica motora. U njemu se nalaze cilindri u kojima se za vreme

rada motora razvijaju veliki pritisci. U cilindru koji se nalazi u bloku kreće se klip

i na kraju na blok se montira cilindarska glava u kojoj se nalazi i komora za

sagorevanje gasne smeše. Pri radu ovih navedenih delova razvijaju se razne sile i

opterećenja i sve se to prenosi na cilindarski blok. Zato cilindarski blok treba da je

dovoljno otporan da bi mogao sve to da izdrţi, dok sa druge strane kod motora za

motorna vozila traţi se da bude što lakši i manje opterećuje vozilo. Gornja strana

bloka mora biti obraĎena i potpuno ravna, jer se na nju montira zaptivka i

cilindarska glava[39].

Karter (korito motora). Na svojoj donjoj strani oto ili dizel - motor se

završava karterom motora. Ovaj deo se lije od lakših legura ili se pak presuje od

čeličnog lima. U stvari ovo je posuda u kojoj se nalazi celokupno ulje koje sluţi

za podmazivanje motora za vreme njegovog rada, jer bez podmazivanja - zbog

velikih trenja svih delova, koji se u motoru bilo kreću, bilo pak okreću, motor ne

bi mogao ni da radi. Pumpa za ulje koja se nalazi na motoru usisava ulje za

podmazivanje iz kartera (korita motora) i šalje ga preko raznih vodova na sva ona

mesta koja se podmazuju. Pošto se delovi koji se podmazuju za vreme rada

zagrevaju i ulje koje ih podmazuje se zagreva tako da se u karter vraća toplo. Ovo

zagrejano ulje se u karteru rashlaĎuje i zatim ga pumpa ponovo šalje na

podmazivanje raznih delova. Kod ovakvog kruţenja ulje za podmazivanje pri

povratku u karter donosi razne nečistoće koje potiču bilo od delimičnog

sagorevanja ulja pri podmazivanju klipova, bilo pak od metalne prašine koja

nastaje habanjem raznih delova koje ulje podmazuje. Sva ova prljavština taloţi se

na dno kartera. Konstrukcija kartera i priključaka za usisavanje ulja iz istog je

takva da ono usisava samo sa površine,(čisto ulje), dok prljavština ostaje uvek na

dnu. Kada se ulje posle duţe upotrebe i suviše zaprlja, ono se posebnim čepom,

koji se nalazi na dnu kartera ispušta iz istog i sipa sveţe ulje za podmazivanje.

Glava cilindra. Svaki cilindar završava se glavom cilindra ili ako su svi

cilindri izliveni u jednom bloku onda zajedničkom glavom bloka cilindra. Postoji

veliki broj raznih konstrukcija glave cilindra; i to sve da se dobije što bolje

sagorevanje gasne smeše i prema tome bolje iskorišćavanje goriva. Dobrim

konstrukcijama komore za sagorevanje kod oto - motora znatno se smanjuje

pojava detonacije i mogu se upotrebiti veći stepeni kompresije. Glava cilindra je

izlivena od livenog gvoţĎa sa kanalima kuda prolazi voda za hlaĎenje, svećica,

ventili (slika 1.5). Pošto je odvod toplote iz komore za sagorevanje veoma vaţan,

cilindarske glave se izraĎuju od legura aluminijuma koji su dobri provodnici

toplote. Da bi odvod toplote bio još bolji usaĎuju se i mase bakra u zidove komore

16

za sagorevanje koje su jednom stranom u komori, a drugom u dodiru sa vodom za

hlaĎenje. U glavama od legure aluminijuma nalaze se umeci za uvrtanje svećica i

voĎice ventila od livenog gvoţĎa, jer bi se inače samo legure brzo ishabale poštu

su mekše.

Slika 1.5 Cilindarska glava

IzmeĎu cilindarske glave i cilindarskog bloka nalazi se zaptivka posle

čega se cilindarska glava priteţe izmeĎu vijaka. Radi se od tankog bakarnog lima i

to tako što se izmeĎu dva sloja lima nalazi azbest jer zaptivka radi stalno pod

visokom temperaturom i njene ivice dodiruju komoru za sagorevanje. Zato

zaptivka mora da bude: elastična, tj. da se dobro ugiba, otporna prema visokoj

temperaturi, dovoljno otporna na visok pritisak, jer se preko nje glava vijcima

priteţe na blok.

Cilindar. U cilindarskom bloku nalaze se cilindri u kojima se klipovi

kreću gore - dole. Ovi cilindri su ili izliveni zajedno sa cilindarskim blokom, a

zatim mašinski i termički obraĎeni, ili se pak cilindri posebno liju od naročitog

gvoţĎa, mašinski i termički obraĎuju, a zatim montiraju na svoja odgovarajuća

mesta na kućicama i tada se nazivaju košuljicama cilindra. Ako je košuljica takva

da se uvlači u tačno izraĎene cilindre u kućište i pri tom ne dodiruje svojim

spoljnim površinama vodu za hlaĎenje, onda su to košuljice suvog tipa, a ako se

montiraju da samo neke površine dodiruju kućište (montaţne površine), dok su

ostale sa spoljne strane u dodiru sa vodom za hlaĎenje, onda se one zovu mokrog

tipa.

1. Bregasto vratilo

2. Glava motora

3. Zaptivač

4. Blok motora

17

1.4.2 POKRETNI DELOVI MOTORA

Do sada su opisani nepokretni delovi motora dok u pokretne delove

spadaju:klipna grupa, kolenasto vratilo (radilica), zamajac i ventilski sklop.

Klipna grupa.Grupu sačinjavaju klip, klipnjača i klipni prstenovi (slika

1.6). Pod dejstvom pritiska sagorevanja goriva dolazi do kretanja klipa u cilindru

motora. Rad koji se ovim putem dobija prenosi se na radilicu preko klipnjače koja

spaja klip i radilicu.

1-kolenasto vratilo, 2-protivteg, 3-osigurač, 4,13,17-vijak, 5-leţajevi kolenastog vratila,

6-gornji aksijalni leţaj, 7-donji eksijalni leţaj, 8-klin, 9-ostojnik, 10-zupčanik, 11-

odbacivač ulja, 12-remenica, 14-podloška, 15-leţajevi klipnjače, 16-klipnjača, 18-

navrtka, 19-čaura, 20-klip, 21-uskočnik, 22-klipni prstenovi, 23-klipni sklop

Slika 1.6 Prikaz sklopa klipne grupe i kolenastog vratila

18

Klip je montiran na klipnjaču, na njenom gornjem kraju, pomoću

osovinice klipa(slika 1.7). Pored toga na klipu su smešteni kompresioni i uljni

prstenovi koji zaptivaju klip u cilindru za vreme njegovog kretanja i regulištu

podmazivanje klipa da bi se on mogao i kretati. Klip je deo koji je najviše

opterećen toplotno i mehanički sa naglim promenama mehaničkih udara i

temperature i zato je njegova konstrukcija i izrada veoma sloţena i zavisi od

mnogo činilaca.

Gorivo koje sagoreva u komori za sagorevanje

deluje svojim pritiskom na klip usled čega se on

kreće po cilndru i preko kipnjače okreće radilicu.

Pošto pritisak eksplozije gasne smeše kod oto -

motora dostiţe od 23,5 - 39,2 bara, a temperatura

sagorevanja u momentu eksplozije oko 2000°C,

onda postaje jasno da je klip kako u mehaničkom

tako i u termičkom pogledu veoma opterećen.

Gornji deo klipa tj. onaj koji je u dodiru sa plamenom

dostiţe temperaturu od 300 do 500°C, što zavisi od

kakvog je materijala izraĎen, dok donji ima temperaturu

od 150 do 250 °C. Istovremeno temperatura cilindra

po kome se klip kreće, kod vodeno hlaĎenih motora

nije veća od 90 do 100 °C, jer na toj temperaturi

voda koja hladi cilindar skoro je na tački ključanja.

1-čelo klipa, 2-otvor osovinice klipa, 3-sklop velike pesnice, 4-klipnjača, 5-vodeći deo

klipa (suknjica), 6-klipni prstenovi

Slika 1.7 Klip i klipnjača

Pored ovoga, u takvim uslovima klip pomoću klipnih karika (prstenova)

mora dobro da zaptiva svoj dodir sa cilindrom da ne bi gasovi koji sagorevaju

prodrli ispod klipa u karter jer bi time motor gubio snagu i sagorevalo ulje u

karteru. Zbog svega prethodno navedenog, klip treba da ima sledeća svojstva[39]:

- da bude otporan prema pritiscima;

- da bude dobar provodnik toplote, jer se samo brzim odvoĎenjem toplote

na zidove cilindra, klip moţe odrţavati u granicama one temperature

pod kojom on moţe da radi. Suviše topao klip dovodi do zapečenih

karika, jer je najveća dozvoljena temperatu u ţlebovima karika 260 °C.

Preko ove temperature ulje se zapeče usled čega klipne karike ne

zaptivaju;

- da lako klizi po cilindru, kako na hladnom tako i na toplom;

- da bude što je moguće lakši, pošto se klip kreće po cilindru sa

naizmeničnim promenama smera kretanja i brzina, dolazi do znatnih

19

sila inercije. Sila inercije zavisi od mase klipa. Ove sile mogu da budu

velike i prenose se na klipnu osnovicu i preko klipnjače i radilice na

glavne leţajeve i opterećuje ih,

- da osigurava dobro podmazivanje zidova cilindra na kome se delimično

oslanja sam, a delimično preko klipnih karika. Bez ovog podmazivanja

klip bi se pri radu brzo zapekao u cilindru (onda se kaţe da je klip

zaribao).

Ranije su se klipovi radili od livenog gvoţĎa, ali se zbog velike brzine

obrtaja radilice motora i velike količine toplote koju treba sa klipa preneti ili na

cilindar ili ulje za podmazivanje, sve više rade klipovi od legure aluminijuma koji

su bolji provodnici toplote i brţe se hlade, a pored toga su lakše i prema tome

manje opterećuju leţaje. Klip se lije od legure aluminijuma koji ima oko 24 %

silicijuma. Time se dobija klip koji je lak, a pod dejstvom toplote se isteţe skoro

isto kao gvoţĎe.

Klipni prstenovi. Prečnici klipa i cilindra nisu isti, nego izmeĎu njih

postoji mali zaozr. Da bi se sprečilo prodiranje gasova iz komore za sagorevanje u

prostor ispod klipa i to kroz ovaj zazor u glavi klipa nalaze se ţlebovi u koje se

montiraju klipne karike ili prstenovi. Ovi klipni prstenovi, kada nisu montirani na

klip imaju nešto veći prečnik od prečnika cilindra i prorezani su na jednom mestu.

Kada se smeštaju na klip, a zatim sam klip na cilindar, prstenovi se zato što su

elastični oslanjaju potpuno na zidove cilindra i na taj način zaptivaju potpuno klip

u cilindru, sprečavajući prolaz gasova koji sagorevaju i šire se kroz zazore izmeĎu

klipa i cilindra, a isto tako sprečavaju prolaz ulja, odozdo u kompresioni prostor.

U glavi klipa postoje 2 - 3 takva prstena koja se zbog svoje uloge,

odrţavanja kompresije motora, zovu kompresioni klipni prstenovi. Ispod ovih

kompresionih prstenova, i to ili iznad osnovice klipa ili ispod nje nalaze se još

jedan ili dva prstena za ulje koji regulišu pravilno podmazivanje klipa i klipnih

prstenova i zato se zovu klipni prstenovi za ulje.

Klipni prstenovi moraju da imaju sledeće osobine:

- da budu elastični i da na taj način za vreme rada motora stalno pritiskaju na

cilindar i vrše zaptivanje klipa;

- da svojom odreĎenom tvrdoćom i strukturom materijala odolevaju suviše

brzom habanju, ali da sa druge strane sami ne habaju cilindar i ţlebove u

klipu. Pred toga suviše tvrdi klipni prstenovi lako se lome i mogu izazvati

oštećenja cilindra;

- da su dobri provodnici toplote, jer se toplota iz klipa preko njih odvodi na

zidove cilindra i vodu za hlaĎenje;

- da dobro odolevaju toploti, naročito gornji kompresioni klipni prsten radi

pod temperaturom do 260 °C.

Prstenovi se liju od livenog gvoţĎa grafitnog sastava protkano perlitom.

Na ovaj način se postiţe da su klipni prstenovi relativno meki, da ne bi habali

20

cilindar motora, ali i istovremeno i dovoljno otporni na habanje da se ne bi isuviše

istrošili. Prstenovi se liju, a onda obraĎuju se galvanskim putem, čime se na

njihove spoljne površine nanosi jedan sloj koji štiti od korozije, jer se za vreme

sagorevanja i podmazivanja ţlebova i cilindra stvaraju razne kiseline koje teţe da

nagrizaju klipne prstenove. Radi boljeg sprovoĎenja toplote od klipa na zidove

cilindra često se prvi kompresioni klipni prsten i hromira. U poslednje vreme

upotrebljava se i metoda sinterovanje prašine za izradu klipnih prstenova.

OdreĎena metalna površina izmeša se naročitim lepilom u prahu i to se sve

presuje u metalne kalupe, a zatim peče na visokoj temperaturi.

Osovinica klipa. Klipnjača motora vezana je s klipom preko osovinice

klipa. To je deo preko koga se rad klipa usled eksplozije i sagorevanja gasne

smeše prenosi na radilicu preko klipnjače. Za vreme rada motora ona trpi velike

udare i zbog toga je veoma opterećeni deo. Ona radi kako na savijanje, tako na

trenje, jer se okreće u gornjem leţaju klipnjače, ili se pak klipnjača okreće oko

nje. Zbog toga osovinica klipa mora biti otporna i na savijanje i na trenje. To se

postiţe njenom izradom od legura čelika velike otpornosti na savijanje. Pored

toga, njena spoljna površina se cementira, tj. na njenoj spoljnoj površini se

termičkom obradom stvori vrlo tanak tvrd sloj, usled čega je ona veoma otporna

na trenje, što je neophodno za dug vek osovinice klipa.

Klipnjača. Spaja klip i radilicu motora; kretanje klipa prenosi na radilicu.

Za vreme rada motora ona u prvom hodu (usisavanje) radi na istezanje, dok u

ostala tri hoda motora (sabijanje, ekspanzija i izduvavanje) radi na pritisak. Po

prirodi svog rada ona radi i na ugibanje. Pošto ima svoju teţinu, a za vreme rada

ima veliku brzinu, ona proizvodi velike sile inercije što je nepoţeljno, jer i ove

sile opterećuju leţaje radilice i same klipnjače. Zbog ovoga se teţi da po svojoj

konstrukciji klipnjača bude što lakša i da pri tom opet bude dovoljno otporna.

Gornji deo, tj. onaj koji se vezuje za osovinicu klipa zove se pesnica

klipnjače (mala pesnica) dok se donji deo, tj. onaj koji se vezuje za radilicu

motora zove glava klipnjače (velika pesnica). Pošto se gornji deo okreće oko

osovinice klipa koja je tvrda, jer je cementirana, to je u okruglo leţište nabijena

čaura od tvrde bronze. Prema tome, pesnica klipa se preko ove čaure okreće oko

osovinice klipa za vreme rada motora. Pored ovoga gornji deo pesnice klipnjače

ima jedan kanal sve do osovinice klipa kroz koji se podmazuje čaura i osovinica

klipa. Glava klipnjače sastoji se iz jednog dela koji je sastavni deo tela klipnjače i

drugog dela koji se zove poklopac. Za vreme rada motora glava klipnjače kod

nekih motora udara u ulje za podmazivanje koje se nalazi u karteru motora, tako

da se ovo ulje rasprskava na zidove cilindra i unutrašnju stranu klipa, usled čega

se podmazuje cilindar i osovinica klipa. Pošto je glava klipnjače stalno oblivena

uljem, to ulje prodire kroz glavu i podmazuje radilicu koja se nalazi u leţaju glave

klipnjače. Ovaj leţaj se sastoji od čaure od bronze ili čelika (iz dva dela) koja je

prevučena tankim slojem belog metala, kod oto - motora. Beli metal ima vrlo mali

21

koeficijent trenja zbog čega se i zove antifrikcioni metal. Zbog toga za vreme rada

motora usled trenja troši se u stvari ovaj beli metal, a ne radilica koja je tvrda jer

je kaljena i cementirana u ovom delu koji se nalazi u leţaju klipnjače. Pored

ovoga beli metal ima i tu osobinu da se topi na veoma maloj temperaturi (ispod

400 °C). Ako nastanu neke smetnje u pravilnom podmazivanju motora leţaj

klipnjače se pregreva zbog čega beli metal omekša, usled čega dolazi do zazora

izmeĎu leţaja klipnjače i radilice, pa klipnjača počne da lupa u motoru. To je znak

da je leţaj klipnjače oštećen i odmah treba prestati sa radom motora.

Kako klipnjača ima veliko opterećenje za vreme rada motora, ista se kuje

od posebnih visokootpornih čelika, toplotno obraĎuje, a zatim i mehanički.

Kolenasto vratilo (radilica). Preko klipa i klipnjače energija ili rad gasne

smeše koja sagoreva u cilindru prenosi se na radilicu (slika 1.8). Ovaj rad

ispoljava se u vidu obrtanja radilice u svojim leţajevima koji se nalaze montirani

na kućištu motora. Ovo znači, u stvari da se radilica oslanja na kućište motora, i

prema tome sve sile koje nastaju sagorevanjem gasne smeše prenose se u krajnjoj

liniji na leţajeve radilice, odnosno na kućište motora.

1-produţenje remena radi uravnoteţenja, 2-prednje leţište radilice za montiranje točka

klinastog kaiša ili prigušivača oscilacija, 3-osovina radilice,obrće se u glavnom leţaju

radilice, 4-rukavac na kome se montira klipnjača, 5-prirubnica (ploča)radilice koja nosi

zamajac

Slika 1.8 Kolenasto vratilo-radilica

Za vreme radnih taktova klipovi potiskuju leţajeve klipnjače na radilicu

prema dole, a za vreme ostala tri takta obrtanje radilice pomera klipove gore i

dole, ramena radilice su radi ravnomernog rasporeda radnih udara pod različitim

uglovima u odnosu na radilicu.

22

Najvaţniji delovi na radilici su osovine radilice i rukavci. Osovine se

okreću u svojim leţajevima, i to su oni delovi radilice koji se oslanjaju na leţajeve

montirane na kućištu motora u kojima se obrće radilica. IzmeĎu dva ramena (rame

moţe biti pravo ili koso) radilice nalazi se rukavac (leţaj klipnjače) na kome se

montira klipnjača motora. Tako se uspostavlja pokretna veza izmeĎu klipova i

radilice, radilica je na suprotnoj strani od leţajeva klipnjače, oblikovana u

kontrategove, koji treba da obezbedi miran i ravnomeran rad motora. Prenosni

zupčanik za razvod, u stvari putem drugih prenosa pokreće bregastu osovinu, koja

pak okreće usisne i izduvne ventile.

Zamajac, teški čelični točak na jednom kraju radilice svojom inercijom

obrće istu preko mrtvih tačaka klipova i praznih, neradnih taktova i tako odrţava

ravnomernu brzinu obrtanja. Kontrateg izjednačava centrifugalne sile koje se

stvaraju za vreme obrtanja radilice i to naročito na onom delu na kome se za istu

pričvršćuje glava klipnjače. Te sile teţe da od radilice otrgnu rukovac iste, a da do

toga ne bi došlo one se uravnoteţuju kontrategovima čije centrifugalne sile deluju

u suprotnom smeru istih na rukavcima radilice.

Radilica je kovani ili liveni deo koji se posle termički obraĎuje. Motori sa

četiri cilindra imaju tri leţaja na koje se oslanja radilica.

Ležaji. Leţajevi smanjuju trenje na različitim delovima koji se obrću, na

primer na osovinama radilice ili točkovima koji se obrću na nepokretnim

osovinama. Pored toga leţajevi nose, odnosno podupiru delove koji se obrću.

Razlikujemo klizne i kotrljajuće leţajeve. Kod kliznih leţajeva okretljivi

deo obrće se u čaurama ili polutkama. IzmeĎu delova koji se obrću i metala leţaja

nalazi se tanak sloj (fil) ulja za podmazivanje. Kod kotrljajućih leţaja osovinu

nose kuglice, valjčići ili iglice.

Svaki klizni leţaj sastoji se iz dve čelične okrugle polovine (podloge) na

koje je naliven tanak sloj nekog mekšeg ili tvrĎeg metala leţaja. Izliveni leţaji

stavljaju se u svoja odgovarajuća leţišta u klipnjači ili na kućištu motora za

radilicu, a zatim predviĎenim sredstvima priteţu. U ovako pritegnutim leţajevima

klipnjača i radilica se ne okreću na suvom, nego se izmeĎu njih i metala leţaja

nalazi tanak sloj (fil) ulja za podmazivanje. Tako se trenje u stvari prenosi preko

ulja i time omogućuje rad klipnjače i radilice, jer bi trenje metala o metal ubrzo

dovelo do razvijanja velike količine toplote i topljenja leţaja.

Najčešće upotrebljivani metal za nalivanje leţaja bio je beli metal. To je u

stvari legura: oko 86 % kalaja, 8 % antimona, 3,5 % bakra i 2,5 % olova ili neka

druga slična legura.

MeĎutim, danas ova legura upotrebljava se samo za leţajeve koji nisu

suviše opterećeni. Prednost belog metala je u tom što je relativno mek, pa se

eventualna prašina ili druga strana tela utiskuju u kliznu površinu i ne oštećuju

osovine u leţaju. Nedostatak te legure je niska tačka topljenja: kako temperatura

raste, gubi se tvrdoća legure. Savremeni motori imaju leţajeve na čiju podlogu je

23

naneto više slojeva različitih legura za leţajeve (obloge). Ti višeslojni leţajevi su

veoma tvrdi, dobro odvode toplotu i klizna površina im je izdrţljiva.

Jedan dobar leţaj treba da ima osobine[12]:

- svojstvo da se ne kruni i da ne strada od ogrebotina;

- da dobro izdrţava pritisak;

- da dobro izdrţava zamor;

- da ima svojstvo plastičnosti, tj. da lako uzima razne oblike usled čega

mu se površina sama od sebe podešava prema stanju istrošenosti

osovine;

- da je otporan prema kiselinama koje nagrizaju metale;

- da imaju finu strukturu, tj. da mu je materijal sastavljen od vrlo sitnih

zrnaca;

- da metal ima veliku toplotnu provodljivost.

Pored kliznih leţajeva na motorima se upotrebljavaju razni kuglični ili

valjkasti leţaji. Oni imaju najmanje trenje, ali je njihova izrada najskuplja.

Upotrebljavaju se najviše u dodatnim ureĎajima u automobilu, na primer u

ventilatoru, električnom generatoru, ponekad u razvodnom mehanizmu, s

bregastom osovinom u glavi.

Zamajac. Kada motor sa unutrašnjim sagorevanjem radi onda je od četiri

takta samo takt eksplozije (sagorevanja) radni takt, dok svi ostali taktovi troše

jedan deo rada koji se dobija za vreme ovog takta. Ovo znači da bi radilica motora

ubrzo posle takta eksplozije prestala da se okreće, jer klip odmah posle tog takta

nailazi na velike otpore u svom kretanju. Zato se na motoru i to na kraju radilice

motora nalazi deo koji se zove zamajac, a koji omogućava da se radilica motora

okreće i za vreme ostala tri takta, kada se dobijeni rad za vreme takta ekspanije u

stvari troši. Zamajac je u stvari točak od livenog gvoţĎa ili čelika i konstruisan je

tako da mu se glavna masa ili teţina nalazi na obimu točka, što je potrebno da bi

imao tzv. najveću ţivu silu (slika 1.9).Ova sila je tim veća što je veća masa

zamajca, što brţe obrće i što je udaljeniji od ose radilice. Ţivu silu zamajac dobija

svojim obrtanjem za vreme takta ekspanzije, jer je montiran na radilica i obrće se

sa njom, a predaje je radilici za vreme ostala tri trakta koja su pasivna i koji ne

okreću radilicu. Za vreme tri pasivna takta (usisavanje, sabijanje i izduvavanje)

radilica se okreće i prema tome ceo motor radi pomoću ţive sile zamajca koju je

ovaj u sebi nagomilao za vreme obrtaja u taktu ekspanzije. Ako je zamajac

efikasan tj. ako ima veliku masu, koja je uglavnom skoncentrisana u naplatku

(glavna masa zamajca) kaţe se da zamajac ima veliki moment inercije oko svoje

ose jer je taj moment u stvari veličina koja se dobija ako se masa zamajca

pomnoţi sa kvadratom njene udaljenosti od ose istog.

Od veličine zamajca, tj. od njegove inercije zavisi i to da li će motor raditi

sa manjim ili većim promenama brzine obrtanja, a to je za rad motora veoma

vaţna karakteristika MeĎutim, masa zamajca ograničena je ubrzanjem rada koji se

24

ţeli postići od motora kada počne da radi. Ako je zamajac isuviše velike mase

onda je potrebno duţe vreme da motor, odnosno radilica postigne najveću brzinu

obrtanja. Tako se dolazi do pojma koeficijenta regularnosti sa kojom zamajac

treba da radi. Ovaj koeficijent regularnosti se dobija kada se srednja brzina

obrtanja radilice za vreme od četiri takta rada motora podeli sa razlikom izmeĎu

najveće i najmanje brzine radilice. Pored ovog veličina zamajca ograničena je i

mogućnošću njegovog smeštaja u samoj konstrukciji motora i opasnošću da ne

doĎe do loma zbog centrifugalnih sila koje za vreme obrtanja zamajca deluju na

njega i teţe da ga rasprsnu (raznesu) u stranu. Ta centrifugalna sila je tim veća što

je veća masa zamajca i što mu je veća brzina obrtanja.

1-čivija, 2-ploča za adaptaciju, 3-vijak, 4-podloška, 5-vijak 6- čivija, 7-

zamajac, 8-zupčasti venac, 9-osigurač, 10-specijalni vijak, 11-leţaj, 12-navrtka

Slika 1.9 Zamajac i kućica zamajca

Zamajac mora biti dobro pričvršćen na radilici, inače ubrzo dolazi do

vibracija i loma samog zamajca.

1.4.3 RAZVODNI SISTEM

Izmena radne materije, tj. napajanje motora sveţom radnom materijom i

praţnjenje cilindra od produkata sagorevanja, obezbedjeno je radom razvodnog

mehanizma. Razvodni mehanizam ima zadatak da svojim elementima omogući

proces izmene radne materije.

25

Prema poloţaju ventila i bregastog vratila u motoru izvršena je podela

razvodnih mehanizama na sledeće[31]:

1. SV – klasični razvodni mehanizam sa stojećim i bregastim vretilom u

bloku motora. Prema konstrukciji ovaj sistemje jednostavan, jer ima manje

delova, ali ima nedostatak jer se kompresioni prostor nalazi iznad ventila,

pa se ne moţe smanjivati. Ovaj sistem primanjivao se kod starijih

konstrukcija motora.

2. OHV – razvodni mehanizam sa visećim ventilima u glavi motora i

bregastim vratilom u bloku motora. Ovo rešenje se primenjuje i kod

savremenih motora, pri čemu se odlikuje većim stepenom kompresije i

novim delovima kao što su klackalice, osovinice i nosači klackalica i šipke

podizača. Zbog većeg broja delova za pravilan rad motora je od izuzetne

vaţnosti stanje delova i podešavanje zazora na ventilima.

3. OHC – razvodni mehanizam sa visećim ventilima u glavi i bregastim

vratilom na glavi motora. Ovaj sistem se primenjuje kod savremenih

brzohodnih motora i odlikuje se direktnijim prenosom komande sa

bregastog vratila na ventil. To obezbeĎuje brţu i efikasniju izmenu radne

materije, tj. povećanje snage i broja obrtaja motora.

4. IOE – kombinovani SV i OHV razvodni mehanizam pri čemu je izduvni

ventil SV – sistema razvoda, a usisni ventil OHV – sistema razvoda.

Ovakvim poloţajem ventila i oblika prostora za sagorevanje, dobija se na

punjenju cilindra sveţom radnom materijom i boljem ispiranju cilindra od

produkta sagorevanja. Nove konstrukcije razvodnih mehanizama

zasnivaju se na ovim sistemima razvoda.

Osnovni elementi razvodnog mehanizma su: razvodna kutija, bregasto

vratilo i ventilska grupa.

Razvodna kutija. U zavisnosti od poloţaja bregastog vratila u motoru, za

prenos obrtaja sa kolenastog na bregasto vratilo, koriste se različiti sistemi

prenosa: zupčanici, lanac i lančanici, zupčasti kaiš i kaišnici i td. Ovi sistemi se

nalaze u svom kućištu u motoru, a začtićeni su poklopcem razvodne kutije ili se

nalaze van motora a zaštićeni su plastičnim poklopcem. Kako se kod

četvorotaktnog motora radni ciklus obavi za dva obrta kolenastog vratila, izduvni i

usisni ventili se za to vreme otvore samo po jedanput. Zbog toga sistem prenosa

mora da obezbedi jedan obrt bregastog vratila za dva obrta kolenastog vratila, tj.

prenosni odnos u razvodnoj kutiji mora da je 2:1.

Zupčanici kao sistem prenosa nalaze se u kućištu razvodne kutije, koje je

najčešće izliveno zajedno sa kućištem motora (slika 1.10) . Poklopac kućišta je za

kućište pričvršćen vijcima, a izraĎen je od presovanog čeličnog lima ili od legure

lakih metala.

Zupčanik je povezan sa kolenastim vratilom pomoću klina, dok je

zupčanik povezan sa bregastim vratilom pomoću čivije i zavrtnja

26

.

Slika 1.10 Razvodni mehanizam sa zupčanicima

Slika 1.11 Razvodni sistem sa lančanikom

Kod većih duţina lanaca potrebni su specijalni zatezači koji kompenzuju

izduţenje lanca prilikom trošenja lanaca, tj. pojave zazora pri duţem radu. Kod

lanaca manje duţine primenjuju se klizači, koji su izraĎeni od termoplastičnih

materijala koji smanjuju trenje a otporni su na habanje. Kod lanaca veće duţine

Pravilan poloţaj kolenastog i bregastog

vratila obezbeĎen je postavljanjem oznaka

(repera) u odgovarajući poloţaj, tj. na liniju koja

spaja centre jednog i drugog vratila. Ovim se

postiţe da je razvodni mehanizam u fazi sa

klipnim mehanizmom. Kod nekih motora

postoje tri ili više zupčanika, koji osim osnovne

namene, imaju i zadatak da pokreću osovine za

pogon pomoćnih ureĎaja motora (npr. benzinska

pumpa, razvodnik paljenja, pumpa za ulje,

pumpa visokog pritiska i td.).

Lanac i lančanici kao sistem prenosa

primenjuju se često kod OHC – sistema razvoda

(slika 1.11).

1-osovina klackalica

2-navrtka za podešavanje

zazora ventila

3-opruga ventila

4-šipka podizača

5-izduvni ventil

6-usisni ventil

7-podizač

8-bregasta osovina

9-breg

10-kolenasto vratilo

11-zupčanik kolenastog vratila

12-zupčanik bregaste osovine

13-mesto za merenje zazora

ventila

14-klackalica za otvaranje ventila

27

mogu se primenjivati i klizači u vidu zglobnih poluga i opruga, kao i umetnuti

lančanici koji pod dejstvom svoje opruge stalno odrţavaju zategnutost lanca[39].

Osnovni nedostatak lančanika i lanaca kao sistema prenosa je pojava

zazora zbog trošenja elemenata sistema, što dovodi do poremećaja u radu motora.

Prenos pomoću nazubljenog remena (zupčastog kaiša) i remenice najčešće

se primenjuje kod sadašnjih brzohodnih motora (slika 1.12). Prednost se sastoji u

tome što ovaj sistem ne zahteva podmazivanje i što su montaţa i demontaţa

jednostavne, jer se elementi sistema nalaze van kućišta motora i zaštićeni su samo

plastičnim poklopcem. Rad motora sa ovim prenosom je tih.

1 - vijak glave cilindra, 2 - zupanik bregaste osovine, 3 - glava cilindra,

4 - zaptivač glave cilindra, 5 - prečistač ulja, 6 - ozubljni remen, 7 - potisna ploča,

8- frikciona spojnica, 9 – zaptivač, 10 - korito motora, 11 - navojni čep,

12 - pumpa za vodu, 13 - remenica, 14 - klinasti remen

Slika 1.12. Izgled motora u rasklopljenom stanju sa ozubljenim remenom

Ovi kaiševi imaju sloţenu konstrukciju, jer su proizvedeni od fiberglasa, kevlara ili slojevite unutrašnje srţi opletene čelikom, premazane slojem veštačke gume, neoprena ili visoko zasićenog nitrila (HSN) koji je otporan na habanje i toplotu (slika 1.13 ). Zupci koji mogu biti krivolinijski, modifikovani krivolinijski (sa malo zaobljenom formom izmeĎu zubaca) ili trapezoidni su integralno upresovani na bliske tolerancije i imaju porub od izdrţljivog materijala za duţu upotrebu.

28

Tokom eksploatacije, minimalno je razvlačenje, nije potrebno podmazivanje, nečujan rad i velika efikasnost u radu glavne su odlike ovog kaiša.

Slika 1.13 Izgled poprečnog preseka kaiša i tipovi zubaca

Ventiliski sklop i bregasta osovina. Otvaranje i zatvaranje ventila (razvod)

mora da bude tako izvedeno da se ventili otvaraju i zatvaraju tačno u odreĎeno

vreme, da budu dovoljno dugo otvoreni da se gasovi potpuno razmene i da rade

tiho i dovoljno pouzdano pri različitim obrtajima motora. Bregasta osovina koja je

smeštena dole u bloku motora pomera šipke podizača i klackalice. Samu bregastu

osovinu okreće radilica preko lanca, kaiša ili zupčaničkog prenosa i to polovinom

broja obrtaja motora. Bregasta osovina se okreće i breg na istoj podiţe valjak na

klackalici, a time i samu klackalicu koja se okreće oko osovine koja je nepomična.

Ovim dejstvom spušta se drugi krak klackalice na kome je montiran zavrtanj za

potiskivanje ventila. Ovaj zavrtanj potiskuje ventil na dole i otvara ga. Pošto se na

gornjem delu ventila nalazi pričvršćen deo za montaţu ventilnih opruga, to ovaj

deo hodom ventila nadole pritiskuje i sabija opruge ventila koje se na svom

donjem kraju oslanjaju na glavu cilindarskog bloka. Kada ventil stigne na svoju

najniţu tačku, tj. kada je potpuno otvoren, na bregastoj osovini se već okrenuo i

više ne potiskuje ventil na dole i sada potisnute opruge vraćaju opet ventil na

svoje mesto, tako da se donji deo ventila opet priljubio na svoje sedište. U ovom

kretanju ventil se svojim stablom kreće u svojoj voĎici koja je umetak od livenog

gvoţĎa. Konstrukcija celog ovog sistema je takva da ventil u svojoj voĎici ne sme

da ima bočne potiske da ne bi došlo do kočenja rada ventila. Zavrtanj za

potiskivanje ventila sluţi kako za potiskivanje ventila, tako isto i za podešavanje

zazora izmeĎu samog ventila i zavrtnja. Ovaj zazor mora da postoji iz razloga što

se ventili za vreme rada motora zagrevaju (naročito izduvni ventil) i prema tome i

steţu.

Ventili se izraĎuju od hrom - nikl ili tungsten čelika koji mora da je veoma

otporan pošto naročito izduvni ventil radi pod veoma visokom temperaturom, a

pored toga oba ventila udaraju velikom brzinom ili zatvaranju na svoja sedišta.

Pored ventila izraĎenih od jednog jedinog metala postoje i takozvani

bimetalni ventili, kod kojih je stablo ventila izraĎeno od hrom - silicijum čelika

koji ima vrlo dobre osobine klizanja, dok je pečurka ventila izgraĎena od hrom -

29

nikl čelika koji je veoma otporan prema toploti. Stablo ventila je zavareno za

donji deo ventila sa pečurkom.

VoĎice ventila se prave od livenog gvoţĎa i na svom odgovarajućem

mestu su ili uvrnute ili pak nabijene presom pod pritiskom.

Opruge ventila su opterećene pri radu i moraju biti sigurne protiv loma, pa

se zbog toga izraĎuju od kaljene čelične ţice, ili od tzv. klavir čelične ţice koja

ima veliku otpornost od kidanja.

Bregaste osovine se prave od čelika za cementaciju. Posle cementacije

bregasta osovina se okali, a zatim se bregovi na brusilicama izbruse da bi dobili

savršeno ravne površine, jer se pomoću njihovih površina potiskuju ventili radi

otvaranja. Danas, bregaste osovine liju se od naročitog gvoţĎa velike otpornosti

sa dodatkom nikla, hroma i molibdena (slika 1.14).

Slika 1.14 – Bregasta osovina

Elektromagnetni sistem razvoda materije

Ovaj sistem bi uskoro mogao da izbaci iz upotrebe bregasto vratilo. Kod

novog ventilskog mehanizma bregasto vratilo zamenjeno je elektromagnetima.

Umesto brega bregastog vratila i hidrauličnog kompenzatora zazora, kakvi se

ugraĎuju u moderna vozila, iznad svakog ventila nalazi se elektromagnet koji

upravlja otvaranjem i zatvaranjem svakog ventila posebno. Podrazumeva se da se

elektromagnet nalazi pod kontrolom računara, koji precizno definiše trenutak

otvaranja i zatvaranja ventila, kao i njegov hod.

Prednosti ovakvog rešenja su brojne. Prvenstveno, kompjuter ima

mogućnost daleko preciznijeg upravljanja radom ventila, jer je on u potpunosti

osloboĎen mehaničke sprege. Tokom testiranja, već početni rezultati pokazali su

smanjenu potrošnju i zagaĎenje za 20 %. TakoĎe, zamena klasičnog kaiša ili lanca

električnim provodnikom povoljno utiče i na performanse, pogotovo na obrtni

moment, koji je dostupan na niţim brojevima obrtaja.

30

1.5 ČETVOROTAKTNI OTO MOTOR

1.5.1 PRINCIP RADA ČETVOROTAKTNOG OTO – MOTORA

Kao što i naziv kaţe, rad istog moţemo (uslovno rečeno) podeliti na četiri

ciklusa (takta) koji meĎusobno nepovezani ne bi mogli ni postojati (slika 1.15):

I takt: USISAVANJE

II takt: SABIJANJE ili KOMPRESIJA

III takt: ŠIRENJE ili EKSPANIZIJA

IV takt: IZDUVAVANJE

U toku prvog takta bregasta osovina otvorila je usisni, dok je snaţna

opruga zatvorila izduvni ventil. Klip se kreće od gornje ka donjoj mrtvoj tački

usled čega se u prostoru izmeĎu klipa, cilindra i glave motora javlja pad pritiska

koji omogućava da dati prostor popunjava sveţa radna materija, odnosno smeša

benzina i vazduha. Zato prvi takt i nazivamo taktom usisavanja.

Kada klip doĎe u donju mrtvu tačku, bregasta osovina prestaje da vrši

pritisak na usisni ventil i snaţna opruga zatvara isti, pri čemu započinje takozvani

drugi takt.

Slika 1.15 Četiri takta pri radu četvorotaktnog oto-motora

Usled kinetičke energije zamjaca i drugih rotirajućih elemenata ili usled

obrtnog momenta elektropokretača dolazi do kretanja klipa ka gornjoj mrtvoj

tački prilikom čega isti sabija smešu ispred sebe u prostor izmeĎu klipa, manjeg

dela cilindra i glave motora (tzv. kompresioni prostor). Prilikom sabijanja

kolenasto vratilo preko klipnjače potiskuje klup trošeći izvestan rad na sabijanje

gasa. Ovaj utrošeni rad ide na povećanje energetskog potencijala gasa, izraţenog

njegovim pritiskom i temperaturom. Usled toplote pri sabijanju kapi goriva se

potpuno pretvore u paru[39].

31

Kada se klip pribliţi gornjoj mrtvoj tački dolazi do paljenja sabijene smeše

električnom varnicom. Nakon jednog kratkog perioda koji se naziva period

prijatnog sagorevanja počinje burno sagorevanje goriva uz oslobaĎanje

odgovarajuće količine toplote. OsloboĎena toplota predaje se produktima

sagorevanja usled čega njihova temperatura raste, dostiţući i premašujući

vrednost 2000 °C.

Posle sagorevanja sledi širenje gasa. U toku ovog takta klip se kreće od

gornje prema donjoj mrtvoj tački, pri čemu su oba ventila zatvorena. Produkt

saogrevanja potiskuju klip nekom silom koja je srazmerna pritisku u cilindru,

vršeći rad. Rad koji se dobija u toku ekspanzije troši se na pokrivanje sopstvenih

gubitaka motora, a ostatak se preko spojnice na kolenastom vratilu predaje mašini

ili ureĎaju koji motor pokreće.

Širenje je jedini takt četvorotaktnog motora pri kome se dejstvom gasa na

klipu dobija rad koji se preko klipnjače prenosi na kolenasto vratilo. Zato se

širenje ili ekspanzija naziva radnim taktom. Ostala tri takta izvršavaju se uz

utrošak rada na kolenasto vratilo pa se nazivaju i pasivnim taktovima.

Za vreme takta izduvavanja klip se kreće od donje mrtve tačke prema

gornjoj mrtvoj tački, te se pored otvorenog izduvnog ventila iskorišćeni produkt

sagorevanja izduvavaju u izduvni vod, a odatle u atmosferu.

1.5.2 TEORIJSKI OTO - CIKLUS

Teorijski oto - ciklus je termodinamička osnova oto – motora(slika 1.16) .

Kod ovih motora vrši se sagorevanje gotove smeše, koja je prethodno umereno

sabijena. Paljenje u povoljno i zabranjenom trenutku, pri kraju hod sabijanja, tako

da se sagorevanje obavlja uz vrlo malu promenu zapremine, a da pri tom brzina

porasta pritiska ne prekorači dozvoljene granice. Ovakav tok linije sagorevanja

omogućuje da se realni dijagram oto - motora aproksimira termodinalmičkim

ciklusom sa dovoĎenjem toplote pri V = const nazivanim oto - ciklus.

Teorijski oto-ciklus sastoji se od sledećih faza:

1 - 2 adijabatsko (izotropsko) sabijanje

2 - 3 izohorsko dovoĎenje toplote Q1

3 - 4 adijabatsko širenje

4 - 1 izohorsko odvoĎenje toplote Q2

Osnovni pokazatelji teoretskog ciklusa su:

1. Teorijski stepen iskorišćenja t - pokazatelj ekonomičnosti preobraţaja

toplotne energije u mehaničku energiju .Teorisjki stepen iskorišćenja

predstavlja odnos izmeĎu dobijene mehaničke energije pri odvijanju

32

ciklusa Wt i toplote Q1 koja je dovedena ciklusu (izraţene istim

jedinicama).

2. Srednji teorijski pritisak ili njemu brojno jedan specifični rad ciklusa -

pokazatelji efektivnosti ciklusa, tj. pokazatelji snage koja se ovakvim

ciklusom moţe ostvariti u teorijskom motoru.

Slika 1.16 Stvarni i teorijski ciklus četvorotaktnog oto-motora u p-V dijagramu

1.5.3 RAZVOĐENJE RADNE MATERIJE

Šema razvoda predstavlja dijagram na kome su prikazani momenti

otvaranja i zatvaranja organa za razvoĎenje radne materije. Kod četvorotaktnih

motora zasniva se na momentima otvaranja i zatvaranja ventila, a kod dvotaktnih

na momentima otvaranja i zatvaranja ulaznih i izlaznih okana. Na šemi razvoda su

na putu kolena kolenastog vratila paralelno naznačeni ovi momenti, kao i pojedine

faze izmene radne materije. Ali suštinsko pitanje ovde jeste obrazloţenje

momenata otvaranja i zatvaranja pojedinih razvodnih organa, kako bismo u datom

slučaju mogli što pravilnije odabrati uslove otvaranja i zatvaranja razvodnih

organa. Najzad, na šemi razvoda mogu se uslovno naznačiti moment paljenja,

moment sagorevanja, trajanje ubrizgavanja i zatvaranja startnog ventila u slučaju

startovanja komprimovanim vazduhom.

Vreme otvaranja i zatvaranja usisnog i izduvnog ventila, preseci izduvnog

i usisnog kanala, visina podizanja i zakonitost kretanja ventila, biraju se iz uslova

V V

p

V1 = Vh + Vc

Vc Vh V2 = Vc Vh

po=1bar

2(p2 T2)

3(p3T3)

4(p4T4)

1(p1,T1)

Q1

Q2 p1 = po

stvarni ciklus

teorijski ciklus

Wt

33

da se dobije što veći koeficijent punjenja motora uz utrošak što manje rada na

proces izmene radne materije, vodeći pri tome računa o mogućnosti realizacije i

veku trajanja u eksploataciji.

U teorijskom dijagramu linija širenja voĎenja je do utrošnje (donje) mrtve

tačke. Praksa je pokazala da je bolje izduvni ventil otvoriti ranije, tj. pre dolaska

klipa u unutrašnju (donju) mrtvu tačku i to utoliko ranije, ukoliko je motor

brzohodniji.

Postoji jedna optimalna tačka na liniji ekspanzije, koja obezbeĎuje

dobijanje maksimalnog pozitivnog rada i minimalnog izduvavanja. Suviše rano

otvaranje izduvnog ventila dovela bi do gubitka pozitivnog rada zbog preranog

prekidanja ekspanzije, dok bi suviše kasno otvaranje ovog ventila tačka dovelo do

povećanja rada koji se troši na izbacivanje produkata saogrevanja, tj. ovaj

negativan rad bi bio veći od rada dobijenog produţenom ekspanzijom. Ovde treba

imati u vidu i činjenicu da se ventili iz dinamičkih uslova podiţu lagano sa svog

sedišta, tj. u početku podizanje protočni presek na ventilu je veoma mali. Uz to je

i protočki profil nepovoljan, tekući koeficijent protoka je mali, te iako je odnos

pritisaka u cilindru i izduvnom kolektoru nadkritičan, količine koja ističe iz

cilindra u toj početnoj fazi je mala i pad pritisak neosetan. Tek kada se ventil više

podigne sa svog sedišta, povećava se i količina isteklog gasa i brzina opadanja

pritiska. Pri tom, ne treba zaboraviti da se klip pri pribliţavanju unutrašnjoj

(donjoj) mrtvoj tački kreće sve sporije i da je tendencijalna komponenta gasne sile

ovde minimalna, te je korisno da se ova faza ciklusa iskoristi za evakuaciju što

veće količine produkata sagorevanja iz cilindra pod sopstvenim nadpritiskom. Iz

tih razloga ugao prethodnog otvaranja izduvnog ventila 1, naročito kod

brzohodnih motora, ima dosta veliku vrednost. Pri daljem kretanju klipa ka

spoljnjoj (gornjoj) mrtvoj tački, istiskuju se preostali produkti prinudno iz

zapremine V2, ali zaostaju u kompresionoj zapremini Vc.

Izduvni ventil se zatvara po prilasku klipa kroz spoljnju (gornju) mrtvu

tačku, što omogućava dodatno izlaţenje produkata saogrevanja, jer je sve do tačke

3 pritisak u cilindru veći od pritiska u izduvnom kolektoru, a osim toga produkti

sagorevanja su usmereni prema izduvnom vodu i povoljno formirani depresioni

talas u izduvnoj cevi mogao bi izazvati dodatno isisivanje produkata sagorevanja

iz cilindra i izazvati obaranje pritiska na kraju izduvavanja, što je poţeljno.

Usisni ventil počinje otvaranje pri kraju hoda izduvavanja. U tom trenutku

je pritisak u cilindru veći od atmosferskog i svakako veći od pritiska u usisnoj

cevi. Od prodora produkata sagorevanja u usisnu cev ipak ne dolazi, jer je vreme

za koje vlada ovaj nepovoljni odnos pritisaka izuzetno kratko, a izduvni gasovi su

usmereni i po inerciji se kreću prema izduvnom ventilu, koji je u tom periodu još

otvoren.

Ovako postavljen početak otvaranja usisnog ventila uslovljen je

zakonitošću njegovog kretanja.

34

Iz dinamičkih razloga, da bi se smanjile inercijske sile pokretnih delova

razvodnog mehanizma, profil brega na bregastom vratilu konstruisan je tako da se

u početnoj fazi otvaranja ventil podiţe sasvim lagano sa sedišta. Ranijim

otpočinjanjem otvaranja postiţe se to, da kada klip svojim kretanjem ostvari

depresiju u cilindru imamo odgovarajući protočni presek na ventilu. Stvarno

ulaţenje sveţe radne materije ne počinje odmah po otvaranju usisnog ventila. Čak

i početni deo hoda usisavanja utrošen je na širenje produkata sagorevanja

zaostalih u kompresionom prostoru nakon hoda izduvavanja.

Načelno, sa povećanjem brzohodnosti trebalo bi povećati uglove

predotvaranja, odnosno kasnije zatvaranja u odnosu na odgovrajuću mrtvu tačku.

U praksi ovo pravilo nije uvek potvrĎeno što je posledica sloţenosti procesa,

izmene radne materije i dokaz da dinamički efekti mogu imati različit uticaj kod

raznih konkretnih konstrukcija. Šema razvoda je naročito osetljiv problem kod

motora koji u eksploataciji rade u širokom dijapazonu promene broja obrtaja, kao

što je slučaj kod motora za pogon motornih vozila. Ovde se mora obezbediti što

bolje punjenje zbog zahteva za velikom specifičnom snagom ali je poţeljan i

povoljan tok promene stepena punjenja pri promeni broja obrtaja da bi se dobio

povoljan tok obrtnog momenta motora.

1.5.4 STEPEN SABIJANJA (KOMPRESIJA)

Nakon završenog procesa izmene radne materije nastaje proces sabijanja.

Da bi se odredilo stanje radnog medijuma na kraju sabijanja, treba proučiti uslove

i uticaje pod kojima se izvodi ovaj proces.

Pri analizi teorijskog ciklusa ustanovili smo da je stepen kompresije

najbitniji uticajni faktor na ekonomičnost ciklusa. Pri većem stepenu sabijanja

obezbeĎuje se i veći stepen ekspanzije produkata sagorevanja, te se time povećava

rad ciklusa pri istoj utrošenoj količini toplote Q1. S povećanjem stepena sabijanja

gornji temperaturni novi ciklusa se povišava, obezbeĎuje se veći toplotni pad, a to

poboljšava iskorišćenje toplote. MeĎutim, previsoke temperature povećavaju

disocijaciju, što relativno umanjuje ekonomičnost a povećava toksičnost.

Uslovi sagorevanja u realnom motoru postavljaju sa svoje strane zahteve i

granice u izboru stepena sabijanja. Kod motora sa spoljnim ostvarivanjem smeše

sabijanja je gotova smeša, te je stepen kompresije ograničen opasnošću od

samopaljenja i od pojave detonacije. Kod oto - motora je prema tome, postavljena

gornja granica stepena sabijanja, iznad koje se ne sme ići. Temperatura na kraju

sabijanja kod ovih motora mora ostati ispod temperature samopaljenja goriva:

100jasamopaljenc

TT

35

Stepen sabijanja je procesna ali i konstrukcijska karakteristika koju je na

izvedenom motoru teško menjati u širim granicama. Zbog toga se još u toku

proračuna i konstruisanja motora mora temeljno proučiti izvor ovog parametra.

Tendencija ka njegovom povećanju opravdana je i kod oto - motora sa gledišta

ekonomičnosti pa i sa gledišta termičkog opterećenja motora, ukoliko se nismo

suviše pribliţili oblasti samopaljenja i detonacije. S druge strane, treba formirati

takav oblik prostora sagorevanja koji će obezbediti regularno, tj. bezdetonatno

sagorevanje i pri povećanim stepenima sabijanja.

Osnovni faktori koji utiču na proces sabijanja su[12]:

1. Intenzitet hlaĎenja motora. Ako je hlaĎenje intenzivnije, onda je veće

odavanje toplote zidovima radnog prostora,

2. Broj obrataja. Sa povećanjem broja obrtaja usklaĎuje se vreme izmene

toplote.

3. Kubatura cilindra. Sa povećanjem zapremine cilindra smanjuje se odnos

zapremine gasa i obuhvata površinu kroz koju se vrši izmena toplote.

4. Vihorenje radne materije. Vihorenje radnog medijuma je poţeljno i kod

oto - motora i kod dizel - motora, jer povoljno utiče na stvaranje smeše i

sagorevanje. Sa povećanjem intenziteta vihorenja pospešuje se prelaz

toplote na dodirnim površinama.

5. Motori sa razuĎenim prostorom sagorevanja imaju relativno veću

površinu hlaĎenja, te i veće odavanje toplote.

6. Kod teže isparljivih goriva karburatorskih oto - motora moţe jedan deo

goriva da isparava i u toku sabijanja apsorbujući pri tom izvesnu količinu

toplote.

7. Kod prehranjivih motora je veći odnos količine gasa na jedinici

rashlaĎene površine, a odavanje toplote manje.

8. Opterećenje motora. Sa povećanjem opterećenja povišava se srednja

temperatura zidova radnog prostora što umanjuje odavanje toplote od

gasa. Kod motora sa količinskom regulacijom opterećenja, pri promeni

opretećenja menja se odnos količine radne materije i rashladne površine i

temperaturni nivo zidova, što se odraţava na količinu izmenjene toplote.

9. Stepen kompresije. Sa povećanjem stepena sabijanja, raste temperatura

gasa u toku sabijanja i veće je propuštanje kroz procepe.

Stanje gasa na kraju sabijanja. Proces sabijanja u teorijskom ciklusu

obavlja se pri kretanju klipa od unutrašnje (donje) mrtve tačke do spoljne (gornje)

mrtve tačke. Pri tome se zapremina iznad klipa smanjila od Vh + Vc. Odnos Vn +

Vc : Vc predstavlja stepen kompresije, tačnije geometrijski stepen kompresije. U realnom motoru sabijanje radne materije počinje od momenta zatvaranja

ulaznog kanala. Taj moment pada znatno iza unutrašnje (donje) mrtve tačke. Isto

tako pre dolaska klipa u spoljnju (gornju) mrtvu tačku vrši se paljenje ili počinje

36

ubrizgavanje goriva, a nakon kratkog perioda pritajenog sagorevanja počinje

burnije sagorevanje praćeno porastom temperature i pritiska gasa. To znači da je

sabijanje završeno pre dolaska klipa u spoljnju (gornju) mrtvu tačku.

1.5.5 PROCES SAGOREVANJA I VIDOVI NENORMALNOG TOKA

SAGOREVANJA KOD OTO MOTORA

Proces sagorevanja i proces koji za njim sledi - širenje su osnovni procesi

radnog ciklusa motora sa unutrašnjim sagorevanjem. U toku tih procesa se

hemijska energija goriva pretvara u toplotnu, a ova delimično u mehanički rad.

U teorijskim ciklusima pretpostavlja se dovoĎenje toplote po izohori,

izobari ili kombinovano. Ostvarenje takvih linija procesa u realnom motoru ne

samo da je nemoguće, već i nepoţeljno. DovoĎenje toplote pri V = const u

realnom motoru, značilo bi da se sagorevanje goriva vrši trenutno, tj. beskonačno

velikom brzinom sagorevanja. To je sa realnim gorivom nemoguće, a sa gledišta

motora nedopustivo. Ovakvi nagli porast pritiska bio bi praćen veoma brutalnim

udarima, motor bi radio "tvrdo" sa velikom bukom, a njegovi delovi bi bili

izloţeni veoma nepovoljnom udarnom opterećenju.

Sagorevanje pri p = const nemoguće je ostvariti u realnom motoru, jer je

nemoguće oslobaĎanje toplote regulisati tako da se pri povećanju zapremine

prostora sagorevanja, pritisak u njemu odrţava konstantnim, mada bi ovakav

način oslobaĎanja toplote bio dopustljiv sa gledišta opterećenja motora.

Stvarna linija po kojima se vrši dovoĎenje toplote u realnom ciklusu,

odstupaju od terorijskih. Kako period dovoĎenja toplote (sagorevanja) traje

relativno kratko, jer se iz razloga ekonomičnosti teţi da se oslobaĎanje toplote

pomera što brţe spoljnjoj (gornjoj) mrtvoj tački, to je ovaj proces sagorevanja

nezgodno posmatrati u p-v dijagramu. Mnogo je bolje taj proces posmatrati u p-

dijagramu, gde su pritisci u cilindru dati u funkciji ugla kolena kolenastog vratila.

Ovakav razvijeni indukatorski dijagram moţe se snimati na izvedenom motoru, na

primer pomoću električnog indukatora.

Procesi stvaranja smeše goriva i vazduha i sagorevanje od velikog značaja

su za izvoĎenje racionalne konstrukcije motora i za eksploataciju istog.

U toku eksploatacije oto - motora moţe doći i do raznih oblika

abnormalnog sagorevanja, kada je na neki način narušen normalni tok

sagorevanja. Osnovni oblici nenormalnog sagorevanja su detonatno sagorevanje i

površinsko paljenje. Zavisno od konstrukcije motora, primenjenog goriva i

eksploatacionih uslova, ispoljiće se jedan ili drugi oblik nepravilnog sagorevanja.

MeĎutim, ove dve pojave, koje su u suštini različite, mogu jedna drugu izazvati i

pospešivati.

37

Detonatno sagorevanje. Normalno sagorevanje kod oto - motora odvija

se preko fronta plamena, koji se kreće od svećice brzinom od oko 40 m/s,

zahvatajući sve nove i nove količine smeše, dok ne sagori cela količina. Pri tome

je paljenje smeše izmeĎu elektroda svećica izvršeno električnom varnicom, dok se

paljenje ostale smeše vrši nailaskom fronta plamena.

Pod izvesnim nepovoljnim okolnostima moţe doći do toga da se spontano

pali smeša ispred fronta plamena sagorevajući skoro trenutno, uz lokalni porast

temperature i pritiska. Ovaj nagli skok pritiska onemogućava kontinualno

izjednačavanje pritiska u celom prostoru sagorevanja, kako to biva pri normalnom

sagorevanju, već se javljaju talasi pritiska sa velikim amplitudama, koji se kreću

kroz prostor sagorevanja brzinom 1000 do 2000 m/s. Udarajući o zidove prostora

sagorevanja ovi talasi izazivaju vibracije elemenata, što se manifestuje zvonkim

udarom, slično udaru metala o metal. Ovakvo udarno opterećenje dovodi do

veoma nepovoljnih mehaničkih naprezanja elemenata motora.

Osim toga, trenutno sagorevanje većih količina smeše dovodi do naglog

oslobaĎanja velikih količina toplote i do naglog lokalnog skoka temperature

nastalih produkata sagorevanja. S obzirom i na izazvano oscilovanje gasa u

cilindru, i na mogućnost razaranja graničnog sloja na zidovima prostora

sagorevanja, dolazi do odavanja toplote istom, što dovodi do povećanja termičkog

opterećenja odgovarajućih motorskih delova.

Ukoliko je veća količina smeše izloţena detonatnom sagorevanju, utoliko

su udarna mehanička i termička opterećenja više izraţena, što motor ne bi mogao

da podnese duţe vreme.

Sam mehanizam fenomena detonacije nije u potpunosti poznat. Postoji

nekoliko teorija koje tumače nastajanje i razvoj ovog fenomena (teorija

peroksidacije, talasna teorija).

Fotografisanjem procesa sagorevanja na eksperimentalnim motorima

pomoću specijalnih kamera ustanovljeno je da se u slučaju pojave detonacije,

usled fronta plamena javljaju centri upaljenja, od kojih se sagorevanje prostire

veoma brzo, zahvatajući trenutno celu preostalu smešu.

Ovo ukazuje da je taj poslednji deo smeše doveden do uslova

samopaljenja. Kako se ovde radi o gotovoj, manje - više homogenoj smeši, to su

skoro sve čestice u poslednjoj količini smeše dovedene do uslova samopaljenja.

Centri upaljenja ukazuju na neujednačenost sastava goriva i nepotpunu

homogenost smeše.

Pri prekoračenju graničnih vrednosti pritiska i temperature još nesagorele

smeše (zavisi od sastava goriva i od konstrukcije prostora sagorevanja) brzina

pripremne reakcije u smeši ispred fronta plamena moţe postati tako velika da to

omogući pojavu centara samopaljenja i skoro trenutno sagorevanje preostale

smeše.

38

Detonatno sagorevanje, pored zvučnog efekta koji nam otkriva njegovo

postojanje, praćeno je povremenom pojavom crnih kolutova dima na izduvnoj

cevi, povišenim termičkim opterećenjem delova sa tendencijom zaribavanja,

snaţnim skokovitim kolebanjem pritiska pri kraju procesa sagorevanja,

opadanjem snage motora i povećanjem potrošnje goriva.

Rad motora pri detonatnom sagorevanju je nedopustiv, jer bi neminovno

dovodilo oštećenju motora. Skokoviti porast sila od pritiska gasova napreţe klip i

sve ostale delove motora mehanizma, a naročišto leţišta. Najopasnije je to što se

prenos toplote od gasova zidova radnih prostora rapidno povećava, što dovodi do

pregrevanja delova cilindarskog oklopa. Posledice povećanog mehaničkog i

termičko opterećenja mogu biti: deformacije i pregrevanja klipa, povećano

istrošenje cilindarske košuljice i klipnih prstenova, povećano istrošenje i oštećenje

leţišta i pregorevanje ventila. Na pojavu detonacije utiče, pre svega, primenjeno

gorivo, zatim konstruktivni faktori, vezani za karakteristike konstrukcije motora i

najzad eksploatacioni faktori, vezani za uslove rada motora u eksploataciji.

1. Osnovni uticajni faktor na pojavu detonacije je samo gorivo, njegov

hemijski sastav i struktura molekula. Goriva se u pogledu otpornosti prema

detonatnom sagorevanju svrstavaju prema svom oktanskom broju. Gorivo sa

većim oktanskim brojem dozvoljava veći stepen sabijanja, a veći stepen sabijanja

doprinosi povećanju ekonomičnosti i snage motora, kao i sniţenju termičkog

opterećenja. Dodavanjem gorivu malih količina tzv. antidetonatora, moţe se

povisiti njegova otpornost prema detonaciji.

2. Konstrukcija motora utiče na pojavu detonacije. U konstruktivne

faktore ubrajamo: oblik komore sagorevanja (kompresionog prostora) stepen

sabijanja, dimenzije i broj cilindra, poloţaj i broj svećica, vrsta hlaĎenja, materijal

klipa i cilindarske glave.

Oblik prostora sagorevanja ima bitan uticaj na pojavu detonacije. Razni

oblici prostora sagorevanja, pri ostalim istim uslovima, pri radu sa istim gorivom,

dozvoljavaju različite stepene sabijanja, što se odraţava i na postignute

performanse u pogledu snage i potrošnje goriva.

Stepen sabijanja je takoĎe konstruktivna karakteristika motora, koja je kod

oto - motora ograničena opasnošću detonacije. Pri povećanju stepena sabijanja

raste pritisak i temperatura na kraju sabijanja i pod ostalim istim okolnostima,

smeša ispred fronta plamena izloţena je većim pritiscima i temperaturama, što

pospešuje predplamene reakcije i povećava opasnost pojave detonacije. Prema

tome za svako gorivo i svaki motor postoji maksimalno dozvoljeni stepen

sabijanja.

Dimenzija i broj cilindara po jednom karburatoru. Kod većih cilindara

put plamena je duţi, a intenzitet hlaĎenja manji nego kod manjih cilindara. Zbog

toga kod većih cilindarskih zapremina postoji veća opasnost od pojave detonatnog

sagorevanja.

39

Broj cilindara koji se napajaju jednim karburatorom utiče na pojavu

detonacije zbog toga što svi cilindri ne dobijaju smešu istog sastava, a uz to i

punjenje cilindara nije sasvim jednako. Ako neki cilindar ima bolje punjenje od

ostalih (usled dinamičkog dejstva oscilujuće smeše u usisnom vodu), a uz to

dobija smešu takvog sastava koji pokazuje najveću sklonost ka detonaciji, onda bi

takav cilindar ograničavao stepen kompresije, jer bi u njemu najpre moglo doći do

pojave detonacije.

Položaj svećice treba da bude u blizini visoko zagrejanih mesta u prostoru

sagorevanja (izduvni ventil), jer bi smeša u blizini tih mesta, ukoliko bi bila

udaljenja od svećice bila izloţena velikoj opasnosti od detonatnog sagorevanja.

Kod velikih cilindara ponekad se postavljaju dve svećice na većem rastojanju,

čime se skraćuje put fronta plamena do najudaljenijih delova smeše[39].

Vrsta hlaĎenja u velikoj meri zadire u konstrukciju motora, a preko

intenziteta odvoĎenja toplote sa hlaĎenih delova utiče na njihov termički nivo, a

samim tim i na pojavu detonacije. Kod vazdušnih hlaĎenja intenzitet odvoĎenja

toplote je manji nego kod vodenog, pa je opasnost detonacije veća.

Materijal cilindarske glave i klipa ima uticaja na pojavu detonacije preko

koeficijenta provoĎenja toplote, od kojeg pri ostalim istim uslovima, zavisi

termički nivo tih delova, i u krajnjoj liniji, intenzitet izmene toplote izmeĎu njih i

smeše. Zahvaljujući većem koeficijentu toplote provodljivost aluminijumskih

legura, zamenom klipa od livenog gvoţĎa aluminijumskim klipom, omogućuje se

povećanje stepena sabijanja za 0,4 do 0,7 jedinica, a pri zameni i cilindarske glave

moguće je dalje povećanje stepena sabijanja za 0,5 do 0,6 jedinica.

3. Eksploatacioni uticajni faktori na pojavu detonacije su: sastav smeše,

broj obrtaja, opterećenje motora, ugao pretpaljenja, intenzitet hlaĎenja,

predgrevanje smeše i taloţenje gareţi na zidovima prostora sagorevanja.

Sastav smeše utiče na brzinu sagorevanja, pa preko nje i na pojavu

detonacije. Ukoliko je u toku sagorevanja poslednja količina smeše dovodena u

uslove koji omogućuju detonaciju (visok pritisak i temperatura) najveća sklonost

ka detonaciji prikazivaće smeše sa koeficijentom viška vazduha od 0,8 do 0,85.

Broj obrtaja motora utiče tako što se pri povećanju broja obrtaja povećava

vihorenje smeše, a time i brzina sagorevanja, pa će front plamena za kraće vreme

doći do najudaljenijih delova smeše. Intezivnije vihorenje dovodi do povećanog

odavanja toplote od nesagorele smeše, odnosno do njene temperaturne

homogenizacije, čime se smanjuje opasnost od detonacije.

Pri povećanju broja obrtaja smanjuje se koeficijent punjenja motora, a

povećava se količina zaostalih produkata sagorevanja, koji deluju u smislu

ublaţvanja opasnosti od detonacije.

Opterećenje oto - motora smanjuje se pritvaranjem leptira u usisnom

vodu, čime se namerno smanjuje količina sveţeg punjenja. Pri tom količina

zaostalih produkata sagorevanja ostaje nepromenjenja, pa se pri smanjenju

40

opterećenja rapidno povećava koeficijent zaostalih gasova. Toplotni gubici se

relativno povećavaju, smanjuje se maksimalni pritisak ciklusa, a u znatnoj meri

opada i temperatura zidova prostora sagorevanja. Sve nabrojane činjenice

doprinose smanjenju opasnosti od detonatnog sagorevanja pri smanjenju

opterećenja motora.

Ugao pretpaljenja (momenta paljenja) ima znatan uticaj na pojavu

detonacije. Pri ranijem paljenju, period burnog sagorevanja počinje se odbijati

ranije, veći deo smeše sagorevanja pri minimalnoj zapremini i maksimalnom

pritisku i temperaturi, što ubrzava pretplamene reakcije i na taj način povećava

opasnost od detonatnog sagorevanja.

Optimalna vrednost ugla pretpaljenja zavisi uglavnom od broja obrtaja,

opterećenja motora, sastava radne materije i oktanske vrednosti goriva.

Intenzivnije hlaĎenje obezbeĎuje niţu temperaturu zidova prostora

sagorevanja, te umanjuje opasnost od detonacije. Termički jako opterećeni delovi

(izduvni ventili, meĎuventilski greben, svećica) u kontaktu sa sveţom smešom

odaju neku količinu toplote smeše. Zato ove delove treba što bolje hladiti.

Naročito intezivno hlaĎenje zahteva najudaljeniji deo prostora sagorevanja, kao

najverovatnije mesto pojave detonacije. Intezivnije hlaĎenje pretpostavlja

povećanje toplotne gubitke, što ima za posledicu opadanje ekonomičnosti, ali to

se često nadoknaĎuje povećanjem stepena sabijanja kod intezivnijih hlaĎenja

motora.

Predgrevanje smeše koje se primenjuje radi obezbeĎenja kvaliteta smeše

mora biti toliko dozirana, budući da veliko predgrevanje, pored smanjenja

koeficijenta punjenja, povećava i opasnost od detonacije.

Deponovanje taloga na zidovima prostora sagorevanja povećava opasnost

od pojave detonacije. S jedne strane nataloţeni sloj pogoršava hlaĎenje smeše, jer

je njihov koeficijent toplote provodnosti oko 50 puta manji nego kod livenog

gvoţĎa i čelika, a s druge strane nataloţeni sloj na zidovima smanjuje veličinu

kompresione zapremine i veštački povećava stepen kompresije. U uslovima

eksploatacije, sloj gareţi taloţi se relativno brzo i posle 1000 do 1500 km

preĎenog puta vozila, njegova debljina se stabilizuje. Ako bi nataloţeni sloj

postao uzrok detonatnog sagorevanja, pošto je nemoguće češće čišćenje,

pribegava se smanjenju ugla pretpaljenja.

Nekontrolisano paljenje. Pod pojavom nekontrolisanog paljenja kod oto -

motora treba podrazumevati paljenje smeše izvan momenta koji opredeljuje

skakanje varnica na svećici. Ovakvo paljenje izazivaju jako zagrejani zidovi

prostora sagorevanja, pre svega centralna elektroda svećice, izduvni ventil ili

uţareni nataloţeni koks u prostoru sagorevanja, te se ono naziva i površinsko

paljenje. Ako se nekontrolisano paljenje javlja pri skakanju varnice nazivamo ga

prevremenim površinskim paljenjem. Skoro u 90 % slučajeva prevremenog

41

površinskog paljenja uzrok su pregrejane elektrode svećica (Rikardo). Ovo je

razumljivo kad se ima u vidu da je zona svećica jedna od najtoplijih u prostoru

sagorevanja, jer je najduţe izloţena visokim temperaturama produkata

sagorevanja, a uslovi hlaĎenja, naročito centralne elektrode su oteţani. Ako bi se

moment pojave nekontrolisanog paljenja poklopio sa momentom skakanja

varnica, i kada bi u toku rada motora ovaj moment površinskog paljenja morao da

ostane nepromenjen, rad motora bi se odvijao potpuno normalno. Ako bismo u

takvom slučaju, isključili paljenje, motor bi i dalje nesmetano radio. MeĎutim,

moment i mesto nastupanja površinskog paljenja nisu poznati. Ako već postoji

neko pregrejano mesto na kome dolazi do površinskog paljenja i ako je reţim rada

motora na kome je došlo do nekontrolisanog paljenja dugotrajan, onda postoji

tendencija daljeg porasta temperature tog mesta, usled čega se moment

nekontrolisanog paljenja pomera sve ranije i ranije. Dok postojanje detonacije u

motoru se moţe otkriti po karakterističnom metalnom zvuku, postojanje

površinskog prevremenog paljenja ne izaziva takve, lako primente pojave. Sve

ranije pretpaljenje dovodi do sve većeg odstupanja od najpovoljnijeg momenta

paljenja, tj. do sve većeg pogoršanja odvijanja procesa sagorevanja. Nezgode koje

moţe izazvati ova pojava ne dolazi do prevelikih pritisaka, koji su posledica

preranog paljenja smeše, već od povećanja količnika toplote koje se predaju

delovima motora, te dovode do njihovog pregrevanja, što dovodi do zaribavanja

klipnog okopa i havarija motora.

Pojava nekontrolisanog paljenja naročito je opasna kod forsiranih motora

koji rade sa visokooktanskim gorivima. Kod tih motora stepen sabijanja je dosta

veliki, temperaturno stanje prostora sagorevanja je na visokom nivou, usled čega

je povećana mogućnost pojave uţarenih mesta u prostoru sagorevanja, pa i pojave

površinskog paljenja.

Detonatno sagorevanje pri normalnom paljenju (svećicom) odlikuje se

time što se pomeranjem momenta paljenja na ranije intenzitet detonacije pojačava,

dok se kasnijim paljenjem moţe izbeći. Kod detonatnog površinskog paljenja

pomeranje momenta skakanja varnice ne utiče na intenzitet detonacije.

Površinsko paljenje se moţe javiti pre skakanja varnice (smeša se pali na

pregrejanoj svećici ili na nekom drugom pregrejanom mestu u prostoru

sagorevanja), u kom slučaju se govori o prevremenom površinskom paljenju. Ako

se površinsko paljenje javlja posle upaljenja smeše varnicom na svećici (paljenje

na nekom uţarenom mestu ali ne na elektrodama svećice) radi se naknadnom

površinskom paljenju.

Oba ova oblika površinskog paljenja mogu proći bez pojave detonacije, tj.

od mesta površinskog paljenja širi se novi front paljenja brzinom normalnog

sagorevanja. Pri tome moţe doći do nenormalnosti kao što su[39]:

- motor radi posle isključenog električnog paljenja (paljenje se vrši na

uţarenom zidu),

42

- nemogućnosti startovanja vrelog motora, jer se paljenje na uţarenim

površinama javlja toliko pre spoljašnje mrtve tačke, da to izaziva povratak

klipa,

- brujanje, koje je posledica naglog porasta pritiska u togu sagorevanja

usled suviše ranog ili višetrukog površinskog paljenja, izazvanog talozima

u prostoru sagorevanja,

- sve ranije površinsko paljenje, koje se javlja nakon svakog radnog

ciklusa, izazvano nekim pregrejanim mestom (svećica, ventil), praćeno

velikim pregrevanjem motora, sa mogućnošću teških oštećenja.

MeĎutim površinsko paljenje moţe preći u detonatno površinsko paljenje

koje pored već navedenih nenormalnosti, moţe biti praćeno nenormalnim tokom

sagorevanja, kao što je:

- povremeno detonatno sagorevanje, sa jednim ili nekoliko veoma jakih

udara, prouzrokovano veoma ranim paljenjem pomoću čestica gaĎa,

- tutnjanje sa dubokom kliktajućom bukom, izazvanom suviše naglim

porastom pritiska usled ranog momenta paljenja, potpomognuto novim

frontom plamena, koji se prostire do mesta površinskog paljenja (obično

sa slojem čaĎi).

1.5.6 KONSTRUKCIJA MOTORA SA SMANJENOM POTROŠNJOM

GORIVA- MDS

Osmocilindrični Hemi motor koji je dobio naziv po hemisferičnoj glavi

našao je višestruku primenu zbog pouzdanosti u eksploataciji, ali mana mu je

velika potrošnja goriva.

Pred konstruktore postavljen je zadatak da se naĎe način za smanjenje

potrošnje, ali da se bitno ne promene osobine i performanse motora. Rezultat je

sistem varijabilnog pomeranja (MDS – Multi-Displacement System), koji

omogućava da se, po potrebi, isključe četiri od postojećih osam cilindara motora.

Hemi MDS motor ima alternativu izmeĎu uglaĎene, visoko ekonomične

voţnje u modu sa četiri cilindra, kada je potrebno manje snage i mod V8 motora,

kada je potrebna veća i kompletna snaga moćnog agregata.

Motor je opremljen računarom i elektronikom koja analizira voţnju, i po

potrebi, uključuje ili isključuje cilindre, zavisno od načina voţnje i performansi

koje su potrebne u tom trenutku. U motoru postoji uljna magistrala koja aktivira,

odnosno deaktivira podizače ventila. Kada nisu potrebne maksimalne performanse

motora, elektronika odlučuje da se mogu isključiti četiri cilindra. Tada se

smanjuje pritisak ispod podizača ventila koji se isključuju iz rada. Ventili ostaju

zatvoreni, a u cilindru nema procesa sagorevanja. Izbegnuto je strujanje, odnosno

sabijanje vazduha kroz ove neaktivne cilindre, pa nema suvišnog rada i gubitka

43

energije. Zapremina koju je potrebno napuniti zapaljivom smešom se smanji za

pola i motor se ponaša kao bilo koji manje zapremine. Motor radi sa četiri cilindra

kada je brzina konstantna prilikom putnih krstarenja i ne prelazi 105 km/h, kada

nema naglih ubrzanja, prilikom voţnje u gradskim uslovima i na manjim

usponima (slika 1.17)[47].

Slika 1.17 Presek Hemi motora

Kada vozač iznenada pritisne pedalu gasa i očekuje snagu i ubrzanja na

koja je navikao kod ovakvih motora, elektronika u trenutku uradi svoj deo posla.

Poveća se pritisak u magistrali i aktiviraju se podizači ventila, a cilindri koji su

bili neaktivni se stave u pogon, pa se obezbeĎuju maksimalne performanse V8

motora.

Hemi motor ima dva ventila po cilindru, a nove generacije imaju i dve

svećice po cilindru. One pomaţu u rešavanju problema emisije štetnih gasova.

Dve svećice iniciraju dva fronta plamena u komori za sagorevanje, što garantuje

bolje i kompletno sagorevanje.

Ovaj sistem je stalno aktivan i vozač ga ne moţe uključiti ili isključiti po

ţelji. TakoĎe, ne mora da menja svoj način voţnje niti da se prilagoĎava motoru,

jer se motor prilagoĎava voţnji. Elektronika i računarska jedinica u vozilu

odreĎuje kada će isključiti četiri cilindra, a kada će raditi svih osam. Vozač ne

oseća nikakve promene tokom voţnje, jer su ove promene trenutne i neprimetne.