SEMINARSKI RAD

DIZEL MOTORI

Profesor

Ime i prezime uenika

Uvod

Svrha motora je da pretvara gorivo u kretanje i time obezbedi pokretanje automobila. Trenutno, najlaki nain da se napravi kretanje od goriva je sagorevanje goriva unutar motora. U zavisnosti od vrste goriva motori se mogu podeliti u dve grupe: Bezinski ili Oto motori i Dizel motori.

Najznaajnija razlika izmeu dizel i benzinskog motora je u nainu ubrizgavanja i paljenja goriva u cilindrima. Dok se kod benzinskog ili OTO motora smea vazduha i goriva stvara pre ubacivanja u cilindar gde se pali iskrom koju daje poseban ureaj sveica.

Dizel-motori slini su benzinskim etvorotaktnim motorima. Razlikuju se po tome to nemaju ureaj za pravljenje smee ni ureaj za paljenje, ve samo pumpu za ubrizgavanje goriva pod visokim pritiskom. Paljenje smee se ostvaruje kada se gorivo ubrizga u prethodno sabijen vazduh koji je zbog visokog pritiska zagrejan ime se vri paljenje smee. Dizel motor ima najviu termalnu efikasnost meu obinim motorima sa unutranjim ili spoljanjim sagorevanjem usled njegovog veoma visokog stepena kompresije. Dizel motori niske brzine (poput onih na brodovima i drugim upotrebama gde je sveukupna teina maine manje vana) mogu da imaju termalnu efikasnost veu od 50 procenata.

Rudolf Dizel

Istorija Dizel motora i njegova komercijalna

upotreba

Za tvorca dizel motora zvanino se smatra nemaki pronalaza i industrijalac Rudolf Dizel, po kome je ovaj, danas nezaobilazan, tip motora i dobio ime. Dizel je po struci bio mainski inenjer. Neposredno po diplomiranju, zaposlio se kao inenjer za razvoj rashladne tehnike, ali motori sa unutranjim sagorevanjem su mu uvek bili primarno interesovanje. U to vreme, svi motori sa unutranjim sagorevanjem su funkcionisali uz pomo sveice koja je palila smeu goriva i vazduha. Rudolf Dizel je 1892. godine uspeo da zatiti patent motora sa unutranjim sagorevanjem koji gorivu smeu obrazuje samopaljenjem. Prvi prototip je bio daleko od neega to se danas smatra savremenim dizel motorom. Patent je zatien uz kratak opis ureaja prema kome je novi tip motora objanjen kao motor sa unutranjim sagorevanjem kod koga klip sabijanjem podie temperaturu vazduha do

nivoa koji omoguava da se ubrizgano gorivo samostalno pali i oslobaa energiju. Iako prvi prototip,

koji je Rudolf Dizel konstruisao tek 1897. godine, nimalo nije podseao na savremen dizel motor, njegov princip rada je bio identian principu po kom funkcionie i najsavremeniji komon rejl agregat, a time je i na praktian nain dokazano da za paljenje gorive smee

nije neophodna varnica.

Dizel motor iz 1906.

Foto: Bosch Do tog trenutka, osnovni izvor pogona i pokreta industrijske revolucije uopte, bile su parne maine, koje su uveliko nale primenu u eleznici i vodenom saobraaju. Dizel motor je imao jednu veliku prednost. Prvi termodinamiki prorauni kao i sama praktina ispitivanja su pokazala da u teoriji, motor sa samopaljenjem ima potencijal da iskoristi do 75 procenata ukupne energije goriva, dok su parne maine na svom tehnikom vrhuncu uspevale da iskoriste tek 10 odsto toplotne moi goriva. To je bio jasan znak ne samo za samog tvorca dizel motora, ve i za brojne kompanije i investitore koji su eleli da uloe u razvoj nove tehnologije. U poetku, dizel motori su upotrebljavani uglavnom za potrebe industrije, vodenog saobraaja i teke mehanizacije. Njihova primena u civilnom sektoru i automobilskoj industriji nije bila preterano rasprostranjena. Svakako, glavni razlog je bio grub i neuglaen rad dizel motora, koji je kao takav bio nepogodan za ugradnju u automobil, dok su njegove vrline poput ekonominosti i izdrljivosti bile nezamenljive u teretnom programu i industriji. Ipak, potencijal dizel tehnologije nije ostao neprimeen, tako da je 1936. godine, Mercedes predstavio model 260 D, prvi serijski automobil na svetu opremljen dizel motorom.

Za pogon je bio namenjen etvorocilindarski motor od dva i po litra koji je uz pomo Boschovog sistema ubrizgavanja oslobaao 45 konjskih snaga, to je bilo dovoljno da automobil mase 1.530 kilograma potera do maksimalne brzine od 95 kilometara na as. Do 1940. godine proizvedeno je 2.000 primeraka, kada se proizvoa u potpunosti

okrenuo proizvodnji za potrebe vojske. Dizel motor je tokom narednih decenija nebrojno puta usavravan, ali za prvi vei pomak kada je automobilska industrija u pitanju opet je zasluan Mercedes, kada je 1977. godine predstavio prvi automobil pokretan turbo dizel motorom, model 300 SD.

Foto: Peugeot Pod haubom se nalazio trolitarski petocilindra koji je uz pomo turbo punjaa oslobaao 112 konjskih snaga. Upotreba turbine je poboljala i obrtni moment, tako da je model 300 SD bio jedan od prvih automobila sa dizel motorom koji po performansama nije zaostajao za benzincima. Ve 1986. godine, u upravljanje radom dizel motora se umeala i elektronika, kada je BMW predstavio model 524 td. To je na neki nain oznailo ulazak dizel motora u novu eru, iako tog trenutka toga niko nije ni bio svestan. Iste godine deava se druga

prekretnica u razvoju automobilskih dizel motora Fiat oprema Cromu prvim dizel motorom sa ubrizgavanjem goriva direktno u cilindar.

Foto: Fiat Ovo reenje je do tada izbegavano jer jer su takvi motori bili buniji i proizvodili su vie vibracija, ali je italijanski proizvoa uspeo da taj koncept prilagodi potrebi i u putnikom automobilu. U pitanju je bio etvorocilindra od 1.900 kubika koji je oslobaa 92 konjske snage. Po promociji Fiatovog modela usledila je lavina motora sa direktnim ubrizgavanjem, predvoena Folksvagenovim TDI agregatima. Ipak, sledea prekretnica u razvoju savremenog dizel motora je jo jednom potekla iz Fiat koncerna.

Tokom 1997. godine, Alfa Romeo je predstavio model 156 sa prvim dizel motorom opremljenim Common Rail ubrizgavanjem pod visokim pritiskom. Danas je ovaj tip motora standard u svim klasama, bez obzira na cenu i snagu. Uvoenje komon rejla je dizel motore u potpunosti transformisalo. Buka i vibracije su drastino redukovani, snaga je poveana, dok je potronja oborena. Sve to je imalo posledicu da dizel motori, iako skuplji od benzinskih, imaju sve vei primat, to moda najbolje ilustruje podatak da su 2004. godine, automobili pokretani naftom dostigli 50 odsto ukupne

prodaje u Evropi.

Hronologija 1892. Rudolf Dizel kreira dizel motor i uspeva da zatiti patent 1897. Rudolf Dizel konstruie prvi funkcionalan prototip motora sa samopaljenjem 1899. Licencu za proizvodnju dizel motora otkupljuju Krups i Sulzer, koji postaju tada najvei proizvoai 1903. Proizveden prvi brod pokretan dizel motorom, namenjen renoj upotrebi 1904. U Francuskoj nastaje prva podmornica pokretana dizel motorom 1910. Norveani stvaraju prvi brod pokretan dizel motorom, namenjen okeanskom saobraaju 1912. Prva dizel lokomotiva 1914. U sve nemake U-Boot podmornice se ugrauje dizel motor 1923. Testiranje prvog kamiona sa dizel motorom od strane MAN-a i Daimlera 1932. MAN proizvodi najsnaniji kamion sa dizel motorom, koji je raspolagao sa 150 konjskih snaga 1934. Majbah konstruie prvu lokomotivu sa turbo-dizel motorom 1936. Mercedes proizvodi prvi automobil sa dizel motorom, model 260 D 1968. Peugeot predstavlja model 204, prvi mali gradski automobil sa popreno ugraenim dizel motorom 1977. Prvi automobil sa turbo-dizel motorom, Mercedes 300 SD 1986. BMW kroz model 524 td uvodi elektroniku, iste godine Fiat u Cromi predstavlja prvi automobilski dizel motor sa direktnim ubrizgavanjem 1997. Alfa Romeo u modelu 156 predstavlja prvi common rail motor 2004. U Zapadnoj Evropi prodaja automobila sa dizel motorom premauje 50 odsto

Princip rada etvorotaktnog dizel-motora

Kod dizel sistema (motora) vazduh se uvodi u cilindar i sabija na vei pritisak (do 25... 40 bar), pa se pri kraju kompresije postie temperatura paljenja goriva (400 do 700 C) koje u tom trenutku ubrizgavamo u cilindar. Zbog samopaljenja goriva nastaje naglo sagorevanje i skok pritiska (60... 100 bar), pa pri ekspanziji u sledeem taktu ( preko pritiska na elo klipa) dobijamo rad. U dizel motorima najee se koriste razne vrste tenih dizel goriva. Ova goriva se posebnom pumpom visokog pritiska (350... 500 bar) kroz fine brizgaljke ubrizgavaju u cilindar, tako da nastane fina magla koja brzo plane. Sagorevanje se delimino odvija pri konstantnoj zapremini, a kasnije prelazi u sagorevanje pri konstantnom pritisku

Princip rada etvorotaktnog dizel-motora je prikazan na slici

I takt usisavanje. Klip se kree od GMT prema DMT. Usisni ventil je otvo-ren i usljed podpritiska koji se javlja u cilindru vazduh ulazi u cilindar popunjava-jui prostor iznad klipa. Kada klip stigne u DMT, usisni ventil se zatvara (izduvni ventil je i dalje zatvoren) i time je zavren prvi takt.

II takt sabijanje. Kretanjem klipa od DMT prema GMT klip ispred sebe sa-bija usisni vazduh na 30 do 50 [ bar] koji se zagrije na temperaturu 400 do 700 C. Znai da ovi motori imaju visok stepen kompresije koji se kreu od 12 : 1 do 22 : 1. to je vei stepen kompresije to je via temperatura sabijenog vazduha i obratno.

III takt irenje. Ako uzmemo da je stepen kompresije 15:1, onda je tem-peratura sabijenog vazduha (na kraju drugog takta) oko 415 C, a pritisak oko 35 bara. Poto se klip nalazi u GMT tada pumpa za ubrizgavanje goriva u cilindar, preko brizgaljke, ubaci odreenu koliinu goriva,

koja se usljed visoke temperatu-re sabijenog vazduha pali. Ubrizgavanje goriva u cilindar ostvaruje se sa pritiskom od 90 do 300 [ bar]. U procesu sagorijevanja dolazi do poveanog pritiska i temperature iznad klipa i tako poveani pritisak snano potiskuje klip prema dolje, tj. prema DMT. Dok traje proces irenja oba vent'la su zatvorena.

IV takt izduvavanje. Kada klip stigne u DMT izduvni ventil se otvara i klip idui ka GMT izbacuje iz cilindra sagorjelu smjeu. To je etvrti ili takt izduva- vanja sa kojim se zavrava ciklus rada etvorotaktnog dizel-motora.

etverocilindrini dizelski motor bez pomonih agregata (ema)

On Ono to je veoma zanimljivo je da je za svoj prvi motor koristio ugljenu prainu, a kasnije biljno ulje o to je veoma zanimljivo je da je za svoj prvi motor koristio ugljenu prainu, a kasnije biljno ul Ono Ono to je veoma zanimljivo je da je za svoj prvi motor koristio ugljenu prainu, a kasnije biljno ulje to je veoma zanimljivo je da je za svoj prvi motor koristio ugljenu prainu, a kasnije biljno ul

1. Bregasto vratilo 2. Ventil 3. Klip 4. Sistem za ubrizgavanje 5. Cilindar 6. Izduvni gasovi 7. Usisna cev 8. Turbina 9. Izduvna cev 10. Sistem hlaenja motora 11. Klipnjaa 12. Sistem za podmazivanje 13. Blok motora sa rezervoarom ulja 14. Kolenasto vratilo 15. Zamajac

Nain rada dizel motora

Nain rada dizel motora bazira se na samozapaljenju goriva ubrizganog u komprimovani vazduh u komori za sagorevanje. Savremeni dizel motori koriste iskljuivo direktno ubrizgavanje goriva u cilindar. U kratkom vremenu treba ubrizgati potrebnu koliinu goriva, i izmeati je sa vazduhom i postii da se cela smea pravovremeno zapali.

Odgovarajua smea se moe dobiti isparavanjem goriva na dva naina:

Rasprivanjem goriva u fine kapljice unutar kompresionog prostora(stvaranjem magle goriva)

Rasprivanje goriva u fine kapljice unutar kompresionog prostora

Taloenjem goriva na vrue zidove komore za sagorevanje pri emu gorivo isparava i stvara gorivnu smeu.

Najkritiniji proces se odvija tokom ubrizgavanja goriva u komoru za sagorevanje. Proces ubrizgavanja moe biti direktan i indirektan.

Indirektan proces podrazumeva da se gorivo ubrizgava u pretkomoru da bi se postiglo pravilnije raspraivanje i sagorevanje. Sistem indirektnog ubrizgavanja se koristio u prvih pedesetak godina razvoja dizel motora. Razvojem tehnologije i novih izdrljivijih materijala se prelo na direktno ubrizgavanje koje se i danas koristi.

Primer indirektnog ubrizgavanja sa vihornom komorom.

1.Raspriva 2.Tangencijalni strujni kanal 3.Elektroda za hladni start

Indirektno ubrizgavanje se odvija u dve faze i zato dolazi do postepenog rasta pritiska pa se kae da su takvi motori imali meki rad motora od motora sa direktnim ubrizgavanjem. Za razliku od direktnog ubrizgavanja, ovi motori uvek zahtevaju predgrevanje pomou elektrode za hladni start (prvo paljenje hladnog motora i u letnjim i zimiskim uslovima). Danas se indirektno ubrizgavanje vie ne koristi, jer ne uspeva da zadovolji stroge norme za emisiju tetnih gasova, a i troi vie goriva.

Moderni dizel motori koriste direktno ubrizgavanje rasprivanjem kapljica goriva to znai da se gorivo direktno ubrizgava u komoru za sagorevanje. Osnovni razlozi stvaranja gorive smee rasprivanjem goriva su:

a) uveanje njegove kontaktne povrine kapljica goriva radi ubrzanja razmene toplote b) namerna ili organizovana nehomogena raspodela goriva po komori radi sagorevanja i

kontrolisanog paljenja i sagorevanja tako nastale smee

Jedna od bitnih komponenti u dizel motoru za pravilno sagorevanje goriva i njegovo maksimalno iskorienje je i komora za sagorevanje. Tokom decenijskog razvoja dizel motora ininjeri su stalno projektovali nove oblike, da bi maksimalno iskoristili gorivnu mo dizel goriva, a samim tim stvorili snanije i efikasnije dizel motore. I dan danas komore za sagorevanja imaju razliite oblike i zapreminu u zavisnosti od konstrukcije motora i sistema za ubrizgavanje goriva.

Primeri izgleda komore za sagorevanje kod direktnog ubrizgavanja goriva

Delovi sistema za dovod goriva

Da bi se stvorila pravilna smea za sagorevanje, dizel motori su opremljeni odgovarajuim sistemom za dovod goriva od rezervoara do komore za sagorevanje ( cilindra).

Obino se sistem za dovod goriva sastoji od pumpe niskog pritiska, pumpe visokog pritiska, odgovarajueg cevovoda, brizgaljki, filtera za gorivo i zbog specifinosti dizel goriva u sistemu postoje i grejai za zagrevanje smee. Kod dizel-motora sistem za napajanje i ubrizgavanje razlikuje se od sistema za napajanje kod benzinskih motora

Kod dizel motora gorivo se ubrizgava u cilindar pod visokim pritiskom.

Pumpa niskog pritiska

Slika pumpe niskog pritiska ( primer ) :

1.Ekscentar bregastog vratila 2.Valjkasti podiza 3.Voica klizaa 4.Klipna poluga sa oprugom 5.Radna zapremina 5a.Klip 6.Povratna opruga klipa 7.Potisni ventil 8.Opruga ventila 9. Usisni ventil 10.Opruga ventila 11. Ruica 12.Poluga 13. Cilindar 14. Klip

Pumpa niskog pritiska ima zadatak, kao i kod oto motora, da obezbedi dovod goriva iz rezervoara, preko filtera za gorivo do pumpe visokog pritiska. Ova pumpa nalazi se na pumpi visokog pritiska. U vecini sluajeva to su klipne pumpe, a ree membranske. Filter za gorivo je sastavni deo sistema za napajanje, i naziva se fini filter . Njegov je zadatak da sve estice mehenikog porekla zadri i da ne dozvoli da dospu u ureaj za ubrizgavanje.

Pumpa visokog pritiska

Ova pumpa se koristi kod dizel motora i objedinjuje pumpu za gorivo i distribitivni centar goriva direktno u cilindre. Poseban mehanizam, koji pokree zupasti kai, crpi gorivo iz rezervoara, sabija ga specijalnim klipovima do pritiska od oko 200 do 300 bar-a, i u tano odreenom momentu ubrizgava direktno preko dizni u cilindre. Pumpa visokog pritiska ima zadatak da ubrizga odredjenu koliinu goriva u cilindre, pod odreenim pritiskom, u odreeno vreme i po odreenom rasporedu. Pogon dobija od bregastog vratila motora. S obzirom na to da ova pumpa stvara veliki pritisak, gorivo preko metalnih cevi stize do brizgaljki koje preko otvora gorivo ubrizguju u prostor za sagorevanje.

Bitni elementi pumpe:

4.Cilindar visokog pritiska

8. Klip visokog pritiska

13. Podiza

14. Bregasto vratilo

15. Zupasta letva

Brzgaljka

Brizgaljka ima zadatak da obezbedi ubrizgavanje goriva u prostor za sagorevanje. Brzina i nain ubrizgavanja goriva kod dizel motora zavise od konstruktivnog oblika brizgaljke i brega u pumpi.

Karakteristika brizgaljki namenjenih za motore sa direktnim ubrizgavanjem je u tome sto se pomou njih vri ubrizgavanje goriva pod vecim pritiskom, koji iznosi 150-250 bara.

1.Zavrtanj za regulisanje opruge 2.Opruga 3. Fini filter 4.Dovodni vod goriva 5.Igla brizgaljke 6.Kanal za dovod goriva u brizgaljku 7.Oblik mlaza 8.Spojna navrtka 9. Telo brizgaljke

Filter za gorivo

Danas su filteri za gorivo proizvodi visoke tehnologije, koji proiavaju i najsitnije estice neistoe u gorivu, i time pouzdano i na dui period tite moderne sisteme ubrizgavanja goriva. Filter za gorivo ima zadatak da zadri neistou iz goriva u sebi (uz pomo filter papira) i omogui idealno isto gorivo za rad motora. Pored filtriranja goriva filteri za diyel gorivo u sebi mogu i da odvajaju vodu iz goriva. Iz tog razloga povremeno je potrebno prekontrolisati filter goriva na eventualni vodeni talog. Na fileru postoje (u zavisnosti od konstrukcije) dva vijka zavrtnja, jedan je sa gornje a drugi je sa donje strane filtera.Treba ih olabaviti otpustiti tako da voda izadje iz filtera. Kada se umesto vode pojavi gorivo, odmah treba zategnuti oba vijka.

Dizel motor da ili ne

Dizel motori imaju nekoliko prednosti u odnosu na druge motore s unutranjim sagorievanjem:

1. manja potonja goriva za isti obavljeni rad usled vie temperature na kojoj se obavlja sagorevanje i zbog bolje ekspanzione proporcije.

2. ne zahtievaju visok napon elektrinog sistema paljenja, ime su visoko pouzdani i jednostavnije se prilagoavanju vlanim uslovima. Nepostojanje zavojnice, svjeica itd. takoer eliminie izvor emitovanja frekvencija koje mogu ometati navigacijsku i komunikacijsku opremu, to je posebno vano u morskim i avionskim aplikacijama.

3. ivotni vek dizel motora generalno je oko dva puta dui u odnosu na benzinski motor zbog poveane vrstoe delova koji se koriste kod ovih motora. Osim toga, dizel gorivo ima bolje osobine podmazivanja od benzina to utie na vek trajanja motora.

4. dizel gorivo se destiluje direktno iz nafte to utie na niu cenu ovog goriva. Pored dizel goriva dobijenog od nafte u poslednje vreme se i koristi dizel gorivo dobijeno iz organskih materija (prirodnih ulja). Biodizel se lako sintetie pa se moe direktno koristiti kao pogonsko gorivo u mnogim dizel motorima, dok bi u sluaju benzinskih motora bilo potrebnobilo prilagoavanje motora.

Dizel motor je stekao reputaciju dugovenosti na osnovu njihove upotrebe u neprekidnom radu kao to je na kamionima, komercijalnim brodovima i generatorima. Tu rade po vie hiljada asova a da se ne ugase ili se gase samo na kratko.

to se tie odravanja motora vai pravilo da su benzinski motori zahvalniji za odravanje, jer nema straha od kvara nekih skupih kompononti kao kod dizel motora (kao to su pumpa visokog pritiska ili turbina) Takodje usled loeg kvaliteta rezervnih delova i goriva na naem tritu, vlasnici dizelaa su ponekad tokom zime primorani i po nekoliko puta da kupuju grejae ili da dolivaju aditive u gorivo kako ne bi imali problema sa paljenjem pri niskim temperaturama .

Ono to najvie zanima korisnike je ekonominost Tu dizel motor ima prednost u odnosu na benzinski sobzirom da je do skoro cena dizela bila dosta nia od cene bezolovnog benzina, a i po pravilu dizel agregati se odlikuju manjom potronjom U poslednje vreme cene bezolovnog benzina i evrodizela su se izjednaile ( u nekim zemljama i obrnule mesta- dizel je skuplji) pa je trka zapravo samo u potronji kojoj u ovom sluaju prednost dajemo dizel agregatu.

Emisija ugljendioksida u direktnoj je vezi sa potronjom goriva pa u zemljama Evropske unije vee simpatije imaju dizel motori. Meutim, dizel goriva proizvode vie nitro oksida i hidrokarbonata koje povezuju sa pojedinim bolestima. U skladu sa standardima i regulativama vei deo ovih nus produkata se moe preistiti filterima i hemikalijama.

Ne moe se tano rei da li je dizel motor bolji ili ne od motora koji koriste druge vrste goriva. Izbor motora uglavnom se vri od njegove budue upotrebe. Moemo rei da se dizel motori vie koriste u komercijalnim mainama i vozilima dok kod putnikih vozila izbor benzinski ili dizel motor pre svega zavisi od ukusa korisnika i njegovih potreba.