UVOD

120

1. UVOD

1.1 Osnovni pojmovi

Pod pojmom vozilo podrazumijeva se veoma sloena maina ili mainski sistem, sposobna da se kree samostalno (motorno vozilo) ili uz pomo neke druge maine (prikljuno vozilo).

Zavisno od itavog niza uticajnih parametara konstrukcija vozila moe biti vrlo razliita. Meutim, zajednika osobina svih rjeenja vozila, koja e se ovdje razmatrati je u tome to se sva ona kreu po kopnu, odnosno na tvrdim podlogama. Pri tome se iskljuuju sva ona vozila koja se kreu po inama i vozila kod kojih je neophodna stalna veza sa spoljnim energetskim izvorom, koja se esto, mada pogreno sa aspekta savremenog razvoja, nazivaju vozilima sa diktiranim trajektorijama.

1.2 Razvoj motornih vozila

Nastanak motornih vozila vezan je za mehanizaciju ljudske i animalne energije neophodne za savladavanje otpora pri kretanju i prevozu ljudi i tereta. Razmiljanja da se sagradi vozilo, koje bi se pokretalo snagom motora, javlja se ve onda kada je izumljena parna maina (1765 god.)

Prvo vozilo, koje je imalo parnu mainu kao pogonski agregat, konstruisao je inenjer N. J. Cugnot (Kinjo) 1769 god. Vozilo je imalo tri toka, a izgled je prikazan na sl. 1.

Sl. 1 Prvo motorno vozilo koga je sagradio Cugnot 1769 godine

Znaajniji razvoj motornih vozila poinje tek onda kada je pronaen relativno pouzdan i efikasan transformator energije motor sa unutranjim izgaranjem.

Nikolas Oto zajedno sa inenjerom Ojgenom Langenom 1864 god. osniva fabriku, gdje se prema idejama N. Ota razvija motor, koji ima i praktinu upotrebu, a za ono vrijeme vrlo visok stepen korisnog dejstva e = 0,156. Obzirom na primjenu motora, naroito za pogon u manjim industrijskim poduzeima, dolazi do proirenja fabrike, iz koje se kasnije razvio KHD (i danas poznati proizvoa motora i vozila u Njemakoj). 1876. godine Oto konstruie novi motor (sl. 2), kod koga uvodi kompresiju smjee (svjetleeg gasa i zraka), prije njenog upaljenja, to je bilo pretea dananjeg motora.

Sl. 2 Oto motor iz 1876 god.

Prvi realni automobili sa benzinskim motorom pojavljuju se 1886 godine, konstruisani od strane Karl Benz-a i Gottlieb Daimler-a, neovisno. Daimler-ov automobil je prikazan na sl. 3, odakle se vidi da je to

Sl. 3 Daimler-ov automobil iz 1886 god.

u stvari obina koija bez rude, a upravljanje se vrilo pomou ruice. Motor je pogonio automobil preko zadnje osovine pomou remena, remenice i zupanika. Benz-ov automobil je imao upravljanje preko osovinskog rukavca i prenosnog mehanizma.

U narednoj dekadi, automobili se razvijaju kod veeg broja pionira automobilizma, kao to su Rene Panhard, Emile Levassor, Armand Peugeot, Frank i Charls Duryea, Henry Ford i Ranson Olds. Henry Ford svojim ekonominim procesom proizvodnje omoguava iroku upotrebu automobila. Tako je 1895. godine u US bilo registrovano samo 4 putnika vozila, a 1900 ve 8000 putnikih vozila.

Izgled Daimler-ovog vozila Mercedes (sl. 4) iz 1900 god. pokazuje da je razvoj vozila za samo 15

Sl. 4 Daimler-ov Mercedes iz 1900 god.

godina toliko napredovao da je ostvareno rjeenje putnikog motornog vozila, koje u osnovi ima skoro sve osnovne sisteme, koji egizistiraju na savremenim motornim vozilima ove vrste.

Zbog poboljanja ekonominosti, dolo se na ideju koritenja teih frakcija goriva kod motora, na emu je radilo nekoliko pronalazaa. Stvarno rjeenje ovog problema dao je Rudolf Diesel 1898. godine i time postavio temelje za razvoj dizel motora, koji imaju bolju ekonominost od oto motora.

Razvoj motora sa boljim karakteristikama, kao i drugih ureaja (rasplinjaa, sistema za paljenje, ) doprinijeli su brzom razvoju industrije motornih vozila. Slikovit prikaz razvoja motornih vozila moe se pokazati na diagramu maksimalnih brzina vozila, proizvedenih u periodu 1880 do 1930 god. (sl. 5). Na

Sl. 5 Zavisnost brzine vozila sa godinom proizvodnje

slici su pored maksimalne brzine pojedinog vozila, oznaene i godine prvog betoniranog puta i prvog saobraajnog znaka.

U elji za opstanak i konkurentnou na tritu, motorna vozila su doivjela vrlo intenzivan razvoj, gdje su u novije vrijeme osnovni kriteriji o ocjeni kvaliteta vozila tzv. ekoloki kriteriji. Izgled jednog modernog vozila nove generacije vidi se na sl. 6.

Sl. 6 Nova generacija automobila Camaro.

1.3 Savremena motorna vozila

Dananji stepen razvoja motornih vozila karakterie se proizvodnjom vrlo irokog spektra razliitih vrsta, tipova i katergorija vozila. Savremena vozila karakteriu se velikom sloenou mehanizama, koji se nalaze na njima. Posebno treba istai automatizaciju i elektronsku kontrolu pojedinih procesa na vozilu sa ciljem zadravanja njegove konkurentnosti. I u budunosti se oekuje dalji intenzivni razvoj motornih vozila uz maksimalno angaovanje strunjaka razliitog profila (mainci, elektroniari, tehnolozi, elektriari, dizajneri, ekonomisti, ekolozi, itd).

Borba za opstanak vozila na tritu trai stalno poboljanje kvaliteta istog. Pojam kvaliteta vozila ukljuuje itav niz karakteristika, koje predstavljaju mjerilo za ocjenu vozila. Karakteristike vozila se mogu podijeliti u etiri grupe i to:

Performanse, koje obuhvataju energetske, eksploatacione i ekoloke karakteristike vozila.

Pouzdanost, koja obuhvata sve one parametre kvaliteta, koji se odnose na mogunost nesmetanog obavljanja svih funkcionalnih zadataka u toku eksploatacije u svim radnim uslovima.

Ekonominost, koja obuhvata sve elemente, koji se odnose na ekonomsku opravdanost koritenja vozila.

Bezbijednost, obuhvata sve one komponente kvaliteta, koje se odnose na stepen sigurnosti koritenja vozila sa stanovita vozaa, putnike i okoline u najirem smislu rijei.

Da e se u budunosti intenzivirati razvoj motornih vozila, govore sljedee injenice:

Industrija motornih i prikljunih vozila je jo uvijek najvea i najjaa industrija na svijetu

Motorno vozilo slui za zadovoljenje osnovnih potreba ovjeanstva

Predmet najvee robne razmijene je automobil i

Industrija automobila predstavlja sintezu svih tehnologija, a sa zrakoplovima i svemirskim letjelicama, automobil je najkompleksniji proizvod ovjeanstva.

1.4 Klasifikacija motornih vozila

Pod motornim vozilom podrazumijeva se samohodna maina pogonjena motorom, koja se kree

uglavnom po kopnu, a najee nije vezana za odreenu trajektoriju. U motorna vozila mogu se ukljuiti i maine, koje imaju mogunost da se kreu i po kopnu i po vodi (amfibijska motorna vozila specijalne namjene) kao i ona vozila, koja mogu da se kreu, kako po slobodnim tako i po unaprijed utvrenim trajektorijama (tzv. automatski voena vozila). Pored vozila obuhvaenih gornjom definicijom, u vozila spadaju i sve vrste prikljunih vozila za motorna vozila, kao i njihove kombinacije vunih vozova.

Najee se kao osnovni parametar za klasifikaciju motornih vozila uzima njihova namjena. U tom smislu se motorna vozila mogu podijeliti na dvije osnovne grupe:

putna i

besputna motorna vozila,

gdje se prva kreu po posebno izraenim putevima, a druga se kreu po najrazliitijim podlogama bespua.

Na osnovu ue namjene i putna i besputna motorna vozila mogu da se podijele na

transportna

vuna (radna) i

specijalna vozila

Transportna vozila su namijenjena za prevoz robe ili ljudi, na odreenim relacijama, pri odreenoj brzini kretanja.

Vuna vozila u sklopu sa nekom radnom mainom ili ureajem obavljaju odreene operacije u raznim oblastima privrede (umarstvo, graevinarstvo, komunalne djelatnosti, itd.). Ovdje je bitna vuna sila na poteznici (Fp), odnosno snaga (Pm) za pogon prikljune maine.

Specijalna motorna vozila, koja imaju posebne karakteristike, ovisno od namjene (za sport, vojsku, zdravstvene, itd. usluge.)

Na sl. 7 data je ema klasifikacije kopnenih vozila. Podjela motornih vozila moe da se vri i u odnosu

Sl. 7 ema podjele (klasifikacija) kopnenih vozila

na druge znaajne parametre, kao npr.:

prema nainu ostvarenja kretanja (motorna vozila sa tokovima, motorna vozila sa gusjenicama),

prema vrsti pogona (motorna vozila sa motorom sus, sa elektropogonom, sa gasnom turbinom, itd.), itd.

U okviru ECE propisa izvrena je posebna klasifikacija drumskih vozila, kako slijedi:

a) Kategorija L: Motorna vozila sa manje od etiri toka. Ova kategorija se dijeli u pet podkategorija i to:

kategorija L1 su vozila sa dva toka, ija radna zapremina motora nije vea od 50 cm3, a maksimalna konstruktivna brzina nije vea od 40 km/h.

kategorija L2 su vozila sa tri toka, ija radna zapremina motora je vea od 50 cm3, a maksimalna brzina ne prelazi 40 km/h.

kategorija L3 su vozila sa dva toka, ija je radna zapremina motora vea od 50 cm3, ili je konstrukcijska (maksimalna) brzina vea od 40 km/h.

kategorija L4 su vozila sa tri toka asimetrino postavljena u odnosu na srednju podunu osu, ija je konstruktivna brzina vea od 40 km/h (motocikli sa bonom prikolicom).

kategorija L5 su vozila sa tri toka asimetrino postavljena u odnosu na srednju podunu osu, ija najvea masa nije vea od 1000 kg i ija je radna zapremina vea od 50 cm3 ili im je konstrukcijska brzina vea od 40 km/h.

b) Kategorija M: Motorna vozila sa najmanje etiri toka ili sa tri toka i najveom masom iznad 1000 kg, koja slue za prevoz putnika. Ova kategorija se dijeli u etiri podkategorije i to:

kategorija M1 (a) su vozila koja imaju tri ili pet vrata i bone prozore iza vozaa, a ija maksimalna masa optereenog vozila ne prelazi 3.500 kg, izraena prvenstveno za prevoz putnika, ali koja mogu biti preureena i za djelomini prevoz tereta.

kategorija M1 (b) su vozila koja su konstruisana i izraena za prevoz tereta, ali koja mogu adaptiranjem pomou nepokretnih ili obarajuih sjedita da se primijene za prevoz vie od tri putnika, a ija maksimalna masa optereenog vozila u oba sluaja ne prelazi 3.500 kg.

kategorija M2 su vozila za prevoz putnika, koja osim sjedita vozaa imaju vie od 8 sjedita i ija maksimalna masa nije vea od 5.000 kg.

c) Kategorija N: Motorna vozila sa najmanje etiri toka ili vozila sa tri toka ija je maksimalna masa iznad 1000 kg, a koja se u oba sluaja koriste za prevoz tereta, dijele se u tri podkategorije i to:

kategorija N1 su vozila za prevoz tereta, ija najvea masa nije vea od 3.500 kg,

kategorija N2 su vozila za prevoz tereta, ija je najvea masa iznad 3.500 kg, ali ne iznad 12.000 kg,

kategorija N3 su vozila za prevoz tereta sa najveom masom iznad 12.000 kg.

d) Kategorija O: Ovdje spadaju prikolice i poluprikolice. Dijele se u etiri podgrupe:

kategorija O1 su prikolice sa jednom osovinom, ija najvea masa nije vea od 750 kg.

kategorija O2 su prikolice ija najvea masa nije vea od 3.500 kg, sa izuzetkom prikolica kategorije O1.

kategorija O3 su prikolice ija je najvea masa iznad 3.500 kg, ali ne iznad 10.000 kg.

kategorija O4 su prikolice ija je najvea masa iznad 10.000 kg.

Pored ovih podjela postoje i druge vrste podjela, kao npr.:

vozila sa dva i tri toka i

vozila sa etiri i vie tokova

Motorna vozila sa dva i tri toka mogu se podijeliti na:

motorne dvokolice (hodna zapremina 30 50 cm3, brzina 20 40 km/h)

mopede (hodna zapremina do 50 cm3, max. brzina do 60 km/h)

skuteri (hodna zapremina do 175 cm3, mjenja 2 4 stepena, max. brzina do 90 km/h)

motorkotai (hodna zapremina do 1000 cm3, mjenja 2 6 stepeni, max. brzina do 200 km/h)

motorne trokolice za prevoz tereta do 500 kg

laka vozila na tri toka za prevoz tereta (do 850 kg) ili prevoz putnika (2 6 osoba)

Motorna vozila sa etiri i vie tokova, mogu se podijeliti na:

putnike automobile

autobuse

kombi vozila

teretna vozila

specijalna vozila

Ispravno izvrena klasifikacija i tipizacija vozila omoguava da se uspjeno obavi i tipizacija itavog niza sklopova i elemenata, kao i vozila u cjelini. Ovo se sve svodi na standardizaciju elemenata, sklopova, sistema, pa i itavih vozila, to ima vrlo vano mjesto u proizvodnji motornih vozila u svijetu.

1.5 Osnovni sistemi motornog vozila

Neovisno od namjene i konstruktivne izvedbe kod motornih vozila se razlikuju slijedei glavni sistemi i agregati:

motor sa unutarnjim izgaranjem (pogonski agregat)

mehanizam za prenos snage (transmisija) koja se sastoji od: spojnice, mjenjaa, kardana, glavnog prenosa, diferencijala i poluosovina.

nosea konstrukcija (ram ili asija) ili samonosea konstrukcija, najee kod putnikih vozila i autobusa.

sistem kretaa (tokovi, gusjenice)

sistem elastinog oslanjanja (elastini elementi, amortizeri, stabilizatori i gume)

sistem upravljanja

sistem koenja

Pored ovih osnovnih sistema na vozilu se nalaze i drugi sistemi, kao:

karoserija ili nadgradnja

sistem za podmazivanja

sistem za klimatizaciju (grijanje, ventilacija, hlaenje)

sistem elektroopreme

specijalni ureaji (kipa za samoistovar, auto dizalica za utovar, ureaj za samoizvlaenje vozila, oprema za prevoz specijalnih tereta, itd.)

Zbog boljeg uvida u razmjetaj agregata i sistema na vozilu, u nastavku se daju slike glavnih sklopova i elemenata za jedno putniko vozilo (sl. 8) i jedan autobus (sl. 9).

1 motor, 2 spojnica, 3 mjenja, 4 kardansko vratilo, 5 glavni prenos i diferencijal, 6 tokovi i gume, 7 opruge (elastini elementi), 8 upravljaki mehanizam, 9 konice, 10 karoserija, 11 rezervoar goriva, 12 izduvni sistem

Sl. 8 Glavni sklopovi i karakteristini elementi putnikog vozila.

1 motor, 2 spojnica, 3 mjenja, 4 kardansko vratilo, 5 glavni prenos i diferencijal, 6 ram, 7 elastini elementi (pneumatski elementi), 8 amortizer, 9 tokovi i gume, 10 upravljaki most, 11 upravljaka spona

Sl. 9 Glavni sklopovi i karakteristini elementi autobusa.

2. MOTORI SA UNUTARNJIM IZGARANJEM MOTORI SUI

2.1 Kratak istorijat motora sui

Prvi motor sa unutarnjim izgaranjem, koji je bio namijenjen vrenju mehanikog rada za potrebe industrije, pronaao je Hautefeuille 1678 god. Idejna skica ovog motora data je na sl. 10. Naprava je bila namijenjena za izbacivanje vode iz rudnika. Gasovi, koji nastaju sagorijevanjem baruta u komori A,

Sl. 10 Idejna skica Hautefenille-ovog motora

otvaraju klapnu prema komori B i iz nje potiskuju vodu preko komore C u potisni vod. Nakon hlaenja gasova u komori B nastao bi potpritisak, to omoguava da se iz usisne cijevi D, pod dejstvom atmosferskog pritiska, dovede nova koliina vode.

Huyghens predlae 1680 god. da se prethodni princip upotrijebi u cilindru u kome bi se atmosferski pritisak koristio za pokretanje klipa. Papin 1688 god. u ovakvu radnu mainu uvodi ventile, i istovremeno uvodi paru u cilindar, ime postie znaajan uspjeh. Sljedbenici Papina (Savery, Newcomen i dr.) rade na usavravanju parne maine, kako bi se zadovoljile ondanje potrebe (uglavnom crpljenje vode iz rudnika). U tom periodu bio je dosta zapostavljen rad na usavravanju motora sui .

U toku XIX stoljea susree se itav niz patenata motora sui: 1794 god. Robert Street, pogon na katransko i terpentinsko ulje, paljeno na pola hoda klipa plamenom, koji je stalno gorio; 1801 Lebon, gasni motor dvostrukog dejstva, pogon svjetleim gasom, paljenje elektrino; 1823 Samuel Brown, atmosferski motor pogonjen svjetleim gasom, prvi je poeo hladiti cilindar vodom; 1833 Wellmann Wright, dvoredni motor, cilindar i klip hlaeni vodom, primijenjen regulator za regulaciju dovoda gasnog goriva; 1838 William Barnett, patentira motor sa dvostrukim sabijanjem smjee (prvo sabijanje pomou posebne pumpe, a drugo u samom cilindru) i paljenje u spoljnoj mrtvoj taki pomou uarenog sunera od platine.

Svi do sada navedeni motori nisu nali praktinu primjenu, ali pokazuju kako se postepeno pripremala i sazrijevala ideja o praktinoj primjeni motora sa unutarnjim izgaranjem.

Tek 1860 god. francuski mehaniar Lenoir (Lenuar) patentirao je motor na gasni pogon, koji je izraen i izvjesno vrijeme radio. Motor je bio dvostrukog dejstva, bez kompresije, a po konstrukciji je podsjeao na horizontalnu pranu mainu onog doba (sl. 11). Na polovini hoda smijea je paljena elektrinom

0 1 - usisavanje smjee; 1 - moment paljenja; 1 2 - proces sagorijevanja; 2 3 - ekspanzija;

3 otvaranje izduvnog ventila; 3 0 - izbacivanje produkta sagorijevanja

Sl. 11 Skica Lenoir-ovog motora a) i indikatorski diagram b)

varnicom, uslijed ega je pritisak u cilindru rastao i dalje potiskivao klip. U povratnom hodu vrio je izbacivanje produkta kroz izduvne kanale. Promjena pritiska u cilindru vidi se na sl. 11 b). Ovaj motor je postizao stepen efikasnosti e = 4,2 %, to je u odnosu na tadanju parnu mainu (2 %) predstavljalo povoljnu ekonominost. Glavni problem ovih motora bio je skopan sa velikim termikim naprezanjem nesavrenih razvodnih ibera, uslijed ega je esto dolazilo do kvarova.

1861 god. francuski inenjer Bean de Rochas (Bo d Roa) opisao je nain rada etvorotaktnog motora, koji odgovara dananjim etvorotaktnim motorima.

1867 god. na drugoj svjetskoj izlobi u Parizu, njemaka fabrika Langen Otto izloila je svoj jednoradni dvotaktni atmosferski motor specijalne konstrukcije na pogon gasom (sl. 12). Klip (1) je

a) b)

Sl. 12 Skica atmosferskog motora Langen-Otto (a) sa indikatorskim diagramom (b)

vezan za zupastu polugu (2), koja je drugim krajem uzupena sa zupanikom (3) na vratilu (4). Zupanik se pri kretanju poluge navie, sem u poetnom dijelu hoda klipa, slobodno okretao oko vratila, a pri kretanju nanie mehanizam sa kuglicama (5) obezbjeivao je vezu zupanika i vratila. U poetnom dijelu hoda navie (oko 1/12 hoda klipa) preko specijalnog razvoenog zasuna (6) u cilindar je ulazila smijea svjetleeg gasa i zraka, palila se plamenom, a nastali produkti su potiskivali klip navie. Ovaj motor je postizao efektivni stepen iskoritenja e = 15,6 %, to je za ono vrijeme bila jako visoka vrijednost. Glavni nedostatak mu je bilo rjeenje prenosnog mehanizma, koji je pretvarao pravolinijsko u kruno kretanje, koje je bilo vrlo komplikovano i stvaralo veliku buku.

Zbog svojih nedostataka, iako ekonomian, ovaj motor je naputen i zamijenjen novim, koji je ista fabrika ali pod nazivom Gasmotorenfabrik Deutz, izloila na III svjetskoj izlobi u Parizu 1878 godine. Ovaj motor je bio etvorotaktni gasni motor, jednostrukog dejstva, sa sabijanjem smjee prije paljenja, a prenos kretanja vrio se preko mehanizma sa koljenastim vratilom. Konstrukcija ovog motora sa odgovarajuim indikatorskim diagramom data je na sl. 13. Kako po osnovnim dijelovima konstrukcije, tako i po indikatorskom diagramu, motor je slian dananjim oto motorima. Konstruktor ova dva posljednja motora bio je Nikolaus Otto. Po njemu takvi motori nose naziv oto motori. Prve pokuaje ostvarenja dvotaktnog motora sa prethodnim sabijanjem radne smjee vrio je engleski inenjer Dangald Clerk 1878 god, dok realizacija prvog dvotaktnog motora pripada Hanoverskoj fabrici Witting et Hess 1880 god. Vrlo brzo poslije ovoga pojavljuju se razliite konstruktivne varijante

Sl. 13 ema etverotaktnog gasnog motora iz 1878 godine

sa odgovarajuim indikatorskim diagramom

dvotaktnih motora (leei motori sa prelivnim i izlaznim ventilima s koritenjem motorske kuice za prethodno sabijanje smjee, umjesto ventila uvode se kanali za izmjenu radne materije, uvodi se jednosmjerni sistem ispiranja, uvodi se teno gorivo umjesto gasovitog, itd.)

Kod do sada spomenutih motora proces sagorijevanja se odvijao pri skoro konstantnoj zapremini radnog prostora. Meutim, tenja je bila da se proces u motoru priblii Carnot-ovomciklusu, tj. sagorijevanje da se odvija pri izotermskom procesu. Kako je bilo teko ostvariti ovaj proces, teilo se ka sagorijevanju pri konstantnom pritisku. Ideja da se proces sagorijevanja odvija pri konstantnom pritisku potie od Simens-a (1860 god.). Pokuaji realizacije ovakvog motora su u Engleskoj (motor Eclypse, 1878 god.), motor amerikog pronalazaa Brayton-a (1872), itd.

Nezavisno o prethodnim rjeenjima, Rudolf Diesel 1892 i 1893 god. patentira ideju o visokom komprimovanju istog zraka i naknadnom ubrizgavanju goriva. Prvi ovakav motor izraen je 1897 godine. Ubacivanje goriva u cilindar motora vreno je zrakom sabijenim na oko 100 bar pomou klipnog kompresora, koji je bio ugraen u motoru (sl. 14).

Sl. 14 ema dizel motora sa kompresorom iz 1897 godine

Ve 1901 godine dizelov motor je siguran u radu i mnogo se trai. Ovi motori, zbog pomenutog kompresora, dobili su naziv dizel motori sa kompresorom. Zbog teine i gabarita kompersora i odgovarajue boce za komprimirani zrak, ovi motori su imali velike gabarite i teinu. Tek je 1910 god. uspjelo englezu James Mc Kechnie (Dems Mak Keni) da ostvari ubrizgavanje goriva mehanikim putem, pomou pumpe za ubrizgavanje, koja je gorivo potiskivala u cilindar pod visokim pritiskom (150 300 bar). Tako se dolo do dizel motora bez kompresora, koji su u daljoj evoluciji sve vie usavravani. Zatim dolazi do pojave komornih motora (pretkomora, vihorna komora, komora povratnog dejstva, ) to je omoguilo poveanje brzohodnosti, smanjenje teine, gabarita i buke pri radu. Tako se izloenim putem razvoja dolo do toga da se danas grade sljedee vrste motora:

oto-motori (gasni i benzinski), ija je glavna odlika paljenje smjee elektrinom varnicom

dizel-motori, gdje se paljenje zasniva na principu samopaljenja

I oto i dizel motori se mogu izvoditi kao dvotaktni ili kao etverotaktni.

Dosadanje izlaganje odnosilo se na razvoj klipnih motora, sa unutarnjim izgaranjem. Vrlo rano su se poele javljati i ideje o ostvarenju rotacionog motora s unutarnjim izgaranjem. Tako je 1791 god. John Barber patentirao rotacioni motor sa unutranjim sagorijevanjem, tj. gasnu turbinu. Tek 1903. i 1904.g. inenjeri Armengaud i Lemale vrili su u Parizu opite u cilju ostvarenja gasne turbine. Glavni problem predstavljale su visoke temperature radnog fluida, koje nije mogao da podnese materijal, koji je u to vrijeme koriten.

Godine 1905 vicarac Bchi dao je prijedlog gasne turbine koja bi bila gonjena produktima sagorijevanja koji se izdvajaju iz motora. Turbina bi sluila za pogon kompresora za prehranjivanje motora. Ovakvi sistemi danas se uveliko koriste za prehranjivanje motora.

Gasne turbine se danas sve vie primjenjuju kao stacionarna postrojenja (za pogon brodova, lokomotiva), a naroito iroku primjenu nale su kod turbomlaznih motora.

2.2 Definicija motora sui

Stroj koji preobraava bilo koji vid energije u mehaniku energiju naziva se motor. Da bi bio upotrebljiv motor mora imati pretvaranje energije iz jednog vida u drugi automatski, pouzdano i ekonomino. Zavisno od vida polazne energije motori mogu biti: toplotni, elektrini, hidraulini, itd.

Motori sa unutarnjim izgaranjem (motori sui) spadaju u grupu toplotnih motora, jer se toplotna energija sadrana u gorivu, posredstvom sagorijevanja pretvara u potencijalnu energiju radnog fluida, a zatim putem ekspanzije radnog fluida u korisnu mehaniku energiju.

Pretvaranje hemijske energije, sadrane u gorivu, posredstvom sagorijevanja u potencijalnu energiju radnog fluida, mogue je izvesti ili u samom motoru ili van njega. Prema tome, postoje dvije grupe toplotnih motora prema mjestu pretvaranja hemijske energije u toplotnu i to:

motori sa spoljnjim izgaranjem (motori ssi)

motori sa unutarnjim izgaranjem (sui)

Kod motora ssi, sagorijevanje goriva i predaja toplote radnom mediju (vodi, pari, zraku), vri se u posebnom ureaju (parni kotao, zagrija zraka, ), ime se poveava energetski potencijal radne materije (izraen preko pritiska i temperature). Ovako energetski optereen radni fluid dovodi se u motor, gdje se ova energija djelomino pretvara u mehaniki rad. Na sl. 15 data je ema postrojenja jednog parnog motora.

I parna klipna maina; II postrojenje parnog kotla; III kondenzaciono postrojenje

1 loite; 2 produkti sagorijevanja; 3 pregrija pare; 4 rezervoar napojne vode;

5 napojna pumpa; 6 parovod; 7 parni motor; 8 pumpa za rashladnu

vodu kondenzatora 9 kondenzator; 10 vakum pumpa

Sl. 15 ema postrojenja toplotnog motora ssi (parni motor)

Uporeujui motor ssi (sl. 15) sa motorom sui, moe se odmah primijetiti da je motor sui daleko kompaktnije gradnje.

Prema transformaciji potencijalne energije u mehaniku, bilo da se radi o motorima sui ili motorima ssi, postoje dva principijelno razliita naina:

ponavljanje niza uzastopnih laganih irenja odreenih koliina radnog medija u specijalnom radnom prostoru, koji moe da mijenja zapreminu u odreenim granicama. irenje radnog medija u odreenim prostorima, uz savladavanje otpora, vri pretvaranje potencijalne u mehaniku energiju. Ovdje spadaju klipni motori sui, klipne parne maine i Stirling motori. Zajedniki naziv za ovu grupu motora je cikline maine, zbog toga to se procesi u motorima odvijaju ciklino.

pretvaranje potencijalne energije u kinetiku energiju mlaza putem usmjerenog strujanja u specijalno profilisanim mlaznicama. Za savladavanje otpora koristi se princip akcionog i reakcionog dejstva mlaza. Ovdje spadaju turbinski motori (parne i gasne turbine) i mlazni motori. Ovi motori imaju zajedniki naziv protone maine, zbog toga to se procesi u motorima odvijaju kontinualno.

U ovom kursu e biti razmatrani klipni motori sa unutarnjim izgaranjem. Uobiajeno je da se pod nazivom motori sui podrazumjevaju klipni motori sui.

2.3 Prednosti i nedostaci motora sui

Da bi se istakle prednosti i nedostaci motora sui, oni se obino usporeuju sa motorima ssi.

Osnovne prednosti motora sui:

Visoka ekonominost (velike vrijednosti efektivnog stepena korisnosti motora ove vrijednosti idu i preko 45%)

mala specifina masa (kg/kW), odnosno visoka specifina snaga (kW/kg)

kompaktna gradnja (mala vrijednost boks zapremine motora po snazi m3/kW)

brzo su spremni za rad nakon startovanja

koriste gorivo velikog energetskog potencijala (kJ/kg)

troe gorivo samo dok rade.

Nedostaci motora sui su:

Zavisnost od kvaliteta goriva. Koriste gorivo tano propisanih osobina. Danas se rade i motori, koji mogu zadovoljiti iri spektar kvaliteta goriva.

Nesamostalan start moraju imati strani pokreta za startovanje motora (elektrostarter, runo, komprimiranim zrakom, itd.)

Ne moe se mnogo preopteretiti.

Komplikovana gradnja (sloena konstrukcija sa dosta pomonih ureaja).

Zahtijeva veu strunost osoblja za opsluivanje i rukovanje.

Ima loe ekoloke karakteristike (zagaujue materije, buka). Ove karakteristike su danas postale dominantan parametar u ocjeni kvaliteta motora.

2.4 Podjela motora suiVrlo iroko polje primjene motora sui, uslovilo je svojim raznovrsnim zahtjevima i veliki broj vrlo razliitih tipova i konstrukcija motora sui. Zbog toga se u nastavku daje podjela motora sui prema nekim od osnovnih kriterija.

a) Prema namjeni motora

Motori za transportne svrhe (automobilski, brodski, traktorski, lokomotivski, zrakoplovni, )

Stacionarni motori (pogon u elektranama, pumpnim i kompresorskim stanicama, itd.)

Motori za sportska i trkaa kola i motocikle.

b) Prema vrsti goriva

Motori na laka tena goriva (benzin, benzol, kerozin, )

Motori na teka tena goriva ( dizel gorivo, mazut, ulje za loenje)

Motori na plinovita goriva (prirodni plin, propan butan,)

Motori na mijeana goriva-osnovno gorivo je plinovito, a za paljenje se koristi teno gorivo (dual-fuel engine)

Viegorivi motori (koriste laka i teka tena goriva)

c) Prema nainu stvaranja smjee

Motori sa spoljanjim stvaranjem smjee. Smjea se priprema prije ulaska u cilindar motora (tipian predstavnik oto motor).

Motori sa unutarnjim stvaranjem smjee. Gorivo i zrak se dovode odvojeno u cilindar, gdje se vri mijeanje (tipian predstavnik dizel motor).

d) Prema nainu paljenja smjee

Motori sa prinudnim paljenjem smjee sa elektrinom varnicom (oto motori),

Motori sa samopaljenjem smjee (dizel motori),

Motori sa paljenjem plinovitog goriva sa malom koliinom tenog goriva,

Motori sa prinudnim paljenjem bogate smjee u pretkomori.

e) Prema ostvarenju radnog ciklusa

Zbog lakeg praenja daljih objanjenja, ovdje e biti prikazana skica motornog mehanizma sa svim glavnim dijelovima (sl. 16). Radni prostor motora formiran je od cilindra (4), koji je sa jedne strane zatvoren cilindarskom glavom (5), a sa druge strane pomjerljivim klipom (1). Radni prostor se sastoji od:

Vc kompresione zapremine i

Vh hodne (radne) zapremine

1 klip; 2 klipnjaa; 3 koljenasto vratilo(radilica); 4 cilindar; 5 cilindarska glava;

6 karter (donji dio motorske kuice); 7 gornji dio motorne kuice; 8 usisni ventil; 9 izduvni ventil

Sl.16 Skica glavnog motornog mehanizma klipnog motora

sa pravolinijskim oscilatornim kretanjem klipa

gdje se hodna zapremina rauna kao:

(1)

gdje je D prenik klipa; s hod klipa.

Za hod klipa vezan je i pojam takt odnosno taktnost motora.

Pri radu motora, zapremina prostora iznad klipa se mijenja od minimalne (Vmin) do maksimalne vrijednosti (Vmax), pomou ega se definie jedan vrlo vaan parametar motora, tzv. stepen

kompresije ():

(2)

Prema ostvarenju radnog ciklusa motori se dijele na:

etverotaktne motore, gdje se radni ciklus obavi za etiri hoda klipa, ili dva puna obrtaja radilice motora,

dvotaktne motore, gdje se radni ciklus obavi za dva hoda klipa ili jedan puni obrtaj koljenastog vratila (radilice).

Objanjenje pojedinih taktova za etvorotaktni i dvotaktni motor najbolje se moe vidjeti na sl. 17, gdje su dati slikovito pojedini taktovi i p v diagrami za etvorotaktni i dvotaktni motor.

etverotaktni motor

dvotaktni motor

a) - p - v diagram

f) - p - v - diagram

b) - takt usisavanja

g) - takt punjenja i ispiranja

c) - takt sabijanja

h) - takt sabijanja

d) - takt irenja

i) - takt irenja

e) - takt izduvavanja

j) - takt izduvavanja i poetak punjenja

Sl. 17 Taktovi radnog ciklusa etverotaktnog i dvotaktnog motora

f) Prema nainu regulacije:

motori sa kvalitativnom regulacijom (kontrolie se dobava goriva) tipian predstavnik dizel motor,

motori sa kvantitativnom (koliinskom) regulaciom, gdje se kontrolie dobava mjeavine gorivo-zrak - tipian predstavnik oto motor.

g) Prema brzohodosti motori se dijele na

sporohode sa cm < 6,5 m/s

srednje brzohode sa 6,5 m/s < cm < 10 m/s

brzohode motore sa cm > 10 m/s gdje je:

cm = 2 s n

(3)

cm srednja brzina klipa

n broj okretaja radilice motorah) Prema odnosu hoda i prenika klipa (s/D) motori mogu biti:

kratkohodi s/D 1

dugohodi s/D > 1

i) Prema nainu punjenja motori se dijele na:

usisne motor, gdje se usisavanje zraka u motor vri prirodnim putem na osnovu razlike pritiska u okolini i u radnom prostoru, koja nastaje kretanjem klipa,

nadpunjene motore, gdje se zrak prethodno sabije i kao takav dovodi u cilindar. Zrak se sabije u kompresoru, koji moe biti pogonjen od motora ili pogonjen od turbine, koju pokreu izduvni gasovi svojom ekspanzijom (tzv. turbokompresor)

j) Prema nainu hlaenja postoje

motori hlaeni tenou (sl. 18)

motori hlaeni zrakom (sl. 19)

1 hladnjak; 2 ventilator; 3 pumpa za vodu; 4 termostat

Sl. 18 Sistem vodenog hlaenja

1 uvodni zrak; 2 ventilator; 3 i 4 skretai zraka; 5 cilindar; 6 regulator protoka zraka; 7 osjetni elementi

Sl. 19 ematski prikaz elemenata zrane instalacije za hlaenje (a)

i prikaz poloaja ventilatora (b)

k) Prema nainu izvoenja motornog mehanizma

Motori sa krivajnim motornim mehanizmom prikazanim na sl. 16.

Motori sa ukrsnom glavom (sl. 20). Motori kod kojih se radni ciklus obavlja sa obje strane klipa

1 klip; 2 klipnjaa; 3 radilica; 4 cilindarska kouljica; 5 gornja cilindarska glava;

6 klipna poluga; 7 ukrsna glava; 8 donja cilindarska glava; 9 zaptivka klipne poluge

Sl. 20 Skica motornog mehanizma sa ukrsnom glavom

(motori dvostrukog dejstva) moraju imati zatvorenu cilindarsku kouljicu sa obje strane i ukrsnu glavu (sl. 20). Uloga ukrsne glave je osim ostvarenja pravilne kinematike klipne poluge i rastereenje cilindarske kouljice od normalnih sila.

l) Prema konstruktivnom nainu izvoenja sistema razvoenja radne materije

motori sa ventilskim razvodom (sl. 16)

motori sa zasunskim razvodom (sl. 21 a) i b))

motori sa kombinovanim ventilsko-zasunskim razvodom (sl. 21 c)).

Sl. 21 Skica dvotaktnog motora sa razliitim izvedbama razvoda radne materije

Kod etverotaktnih motora je uvijek ventilski razvod, a kod dvotaktnih zasunski ili kombinacija zasunsko-ventilskog razvoda

m) Po broju, poloaju i rasporedu cilindara motori se dijele na:

1. Prema broju cilindara na:

jednocilindrine i

viecilindrine

2. Prema poloaju cilindara:

vertikalni-stojei (sl. 22 a)

vertikalni-visei (sl. 22 b)

horizontalni (leei) (sl. 23 a) i

kosi motor (sl. 23 b)

Sl. 22 Skica vertikalnog stojeeg (a) i vertikalnog viseeg (b) motora

Sl. 23 Skica horizontalnog (a) i kosog (b) motora

3. Prema meusobnom rasporedu cilindara:

redni (linijski motori) (sl. 22 a)

V motori (sl. 24 b)

zvijezda motori (sl. 24 a)

bokser motori (sl. 25)

W motor (sl. 26)

H motor (sl. 27 a)

X motor (sl. 27 b)

linijski dvoklipni motor (sl. 28 a)

motor (sl. 28 b), itd.

a) b)

Sl. 24 Skica zvijezda motora (a) i V motora (b)

Sl. 25 Skica bokser motora

Sl. 26 Skica W motora

Sl. 27 Skica H motora (a) i X motora (b)

Sl. 28 Skica dvoklipnog linijskog motora (a) i motora (b)

4. Prema rasporedu klipova motori se dijele na:

jednoklipne (sl. 16)

protuklipne (sl. 28 a)

5. Prema djelovanju radnog fluida na klip:

motori jednostrukog dejstva (sl. 16)

motori dvostrukog dejstva (sl. 20)

6. Prema kretanju klipa:

sa translatornim kretanjem klipa

sa rotacionim kretanjem klipa (karakteristian primjer Wankelov motor sl. 29)

1 cilindarska kouljica; 2 klip; 3 vratilo; 4 klizni leaj; 5 nepokretni zupanik; 6 zupanik sa unutranjim

zubima (na klipu); 7 svjeica; 8 usisni kanal; 9 izduvni kanal; 10 udubljenje na klipu

Sl. 29 Skica klipnog rotacionog motora (sistem Wankel)

n) Klipni motori sa specijalnim izvoenjem mehanizma prenosa snage.

Tu ima vie ideja i rjeenja. U nastavku se daju samo neka rjeenja:

Motor sa slobodnim klipovima (sl. 30)

Ovaj motor ima na sebi poluge (12), koje vre sinhronizaciju izmeu kretanja klipa. Ostali elementi motora vide se na sl. 30. To je ustvari dvotaktni dizel motor, dvoklipni sa jednosmjernim ispiranjem

zasunski razvod pomou klipa;

zasunski razvod pomou cilindarske

kouljice;

kombinovani ventilsko- zasunski razvod

1 klip, 2 zupasta poluga, 3 zupanik,

4 vratilo, 5 mehanizam sa kuglicama,

6 - zasun

0 1 usisavanje smjee, 1 moment paljenja,

1 2 sagorijevanje, 2 3 ekspanzija,

3 4 kompresija,

4 0 izbasivanje produkta sagorijevanja

_997005931.unknown

_988545684.unknown