Škola automobilske tehnike 1. prosinca 1999. Servouređaj Ako ste se ikada pitali kako je jednom nogom moguće zaustaviti tonu ili dvije jureće limene nemani, proučite današnji servo-nastavak Školice

Možda neki od vas smatraju da o servouređaju kočnica niti ne bi trebalo govoriti jer je on danas sasvim uobičajena stvar. No, naši su nastavnici veoma temeljiti. Uostalom, izdržat ćete još jedan sat u školskim klupama s obzirom da je ovo ionako posljednji nastavak priče o kočenju. Servouređaj je, ipak, jedan od izuma koji su znatno podigli razinu aktivne automobilske sigurnosti.

Kočnički sustav Dijelovi kočničkog sustava koji nas danas zanimaju prvi su dio "procesa" kočenja. Već smo u prvom nastavku priče o kočenju objasnili fizikalna načela povećanja snage pritiska u hidrauličkom sustavu povećanjem površine klipova. Stoga bi, naši se nastavnici nadaju (!), ovaj dio priče o kočničkom sustavu trebao biti više ili manje potpuno razumljiv. Razlika od prije rečenog tek je u tome što sada u taj sustav "ubacujemo" još jedan dio - servouređaj ili, preciznije, servoojačivač kočničkog sustava. Kao što je vidljivo sa slike 1, cijela priča o kočenju započinje pritiskom na papučicu kočnice. Ona, potom, stvara pritisak u glavnom kočničkom cilindru odakle se on prenosi do servouređaja. Iz servouređaja kočnička tekućina, sada pod još

većim pritiskom, nastavlja svoj put prema kočnicama, odnosno cilindrima i/ili klipovima na svakoj od njih. Posuda za izjednačavanje u stvari je glavni spremnik tekućine, no o njoj malo opširnije pred kraj ovog sata. Sada ćemo objasniti kako servouređaj radi.

sl. 1 - Kočnički sustav: 1) papučica,

2) glavni koč. cilindar, 3) servouređaj, 4) posuda za izjednačavanje, 5) cijevi

Rad podtlačnog servoojačivača Sa slike 2 vidljivi su osnovni dijelovi (klipnog) podtlačnog servouređaja kakav se u pravilu koristi za povećavanje sile kočenja na današnjim automobilima. U stanju mirovanja kočnica, dakle kada vozač ne vrši pritisak na papučicu kočnice, opruga drži na mjestu podtlačni klip (desno od opruge) s čije je obje strane jednaki pritisak, odnosno dovedeni podtlak. Istovremeno je ventil za podešavanje zraka (zračni ventil) zatvoren. Hidraulički klip kojeg polugom pokreće podtlačni klip stoji u krajnjem (desnom) položaju, a membrana komore na čijem je vrhu zračni ventil nije pod opterećenjem.

Kada započinje kočenje, tekućina dolazi iz glavnog kočničkog cilindra u otvor servouređaja (2). Pritisak tekućine za kočenje sada je pomaknuo zračni ventil, posredovanjem malog klipa, te zrak ulazi u servouređaj kroz zračni ventil. Kako je (atmosferski) pritisak zraka iz okoline viši od dotadašnjeg pritiska u servouređaju (podtlaka) počinje se pomicati podtlačni klip (kratke crvene strelice pokazuju pomak podtlačnog klipa protiv sile povratne opruge) koji putem poluge djeluje na hidraulički klip. Ovaj, pak, potiskuje kočničku tekućinu (sada višim pritiskom) u sustav cijevi koje vode prema svakoj od kočnica. Tako se ostvaruje povećanje pritiska u kočničkom sustavu zahvaljujući razlici atmosferskog pritiska i dovedenog podtlaka.

sl. 2 - Kočnica miruje - 1) zračni ventil

(zatvoren), 2) priključak podtlačnog voda

sl. 3 - Slabo kočenje - 1) zračni ventil je otvoren, 2) ulaz kočničke tekućine, 3)

pritisak pomiče podtlačni klip

Prilikom kočenja punom snagom još više tekućine dolazi iz glavnog kočničkog cilindra u servouređaj. To uzrokuje potpuno otvaranje zračnog ventila (obratite pažnju na položaj membrane ispod njega) te još više zraka ulazi u komoru podtlačnog klipa. Time se, dakako, maksimalno povećava razlika pritisaka što pomiče podtlačni klip u krajnji (lijevi) položaj pritišćući do kraja njegovu povratnu oprugu. Hidraulički je klip (2) također u krajnjem položaju te se kočničkom sustavu isporučuje najveći mogući pritisak kočničke tekućine.

Jednostavno, zar ne? No, dobro. Ostali smo dužni objasniti od kuda uopće taj podtlak. Komora servouređaja na čijem se vrhu nalazi zračni ventil te u kojoj je i spomenuta membrana, priključena je na usisni razvodnik motora (prisjetite se kako to radi) ili na posebnu podtlačnu (vakumsku) pumpu. Opisanu vrstu servoojačivača za kočnički uređaj nazivamo "podtlačnim klipnim servoojačivačem", a poznajemo i "podtlačni membranski servoojačivač". Razlika je tek u tome što ovaj posljednji umjesto podtlačnog klipa ima postavljenu elastičnu membranu preko koje se potom prenosi pritisak zraka na polugu i, dalje, na hidraulički klip. Kako to sve izgleda u praksi, najjednostavnije ćete vidjeti zavirite li pod prednju "haubu" nekog automobila. Metalna "posuda" okruglog presjeka koja stoji okomito u blizini pregradnog lima upravo je naš servouređaj.

Posuda za izjednačavanje Od četvrtog (i posljednjeg) nastavaka naše priče o kočenju oprostit ćemo se kratkim opisom posude za izjednačavanje. Naime, vjerojatno ste se do sada susreli s pojmom dvostrukog (dvokružnog) kočničkog sustava. Radi se o tome da konstruktori automobila pod svaku cijenu (hvala im) pokušavaju izbjeći potpuni prestanak rada kočničkog sustava u slučaju kvara na nekoj od instalacija. U tu su svrhu izmišljeni dvostruki kočnički sustavi koji se, da ne kompliciramo previše, sastoje od dva kompleta instalacija kako bi jedan od njih preuzeo ulogu u slučaju da drugi otkaže. Na našoj slici 5 vidimo posudu za izjednačavanje (to je ona poluprozirna mala

posudica u kojoj kontrolirate razinu tekućine za kočenje) dvostrukog kočničkog sustava. S brojevima 1) i 2) označena su dva, odvojena, kočnička sustava (kruga) koji svaki za

sl. 4 - Jako kočenje - 1) zračni ventil je potpuno ovtoren (ulazi više zraka), 2) i

3) hidraulički i podtlačni klip su u krajnjem položaju

sl. 5 - Posuda za izjednačavanje dvokružnog kočničkog sustava

sebe mogu zaustaviti automobil (ipak, u praksi nisu oba sustava spojena na sve kotače, već se preklapaju dijagonalno ili sl.). Brojkom 3) označen je klip potisnika koji djeluje na dvostruki sustav prenoseći mu pritisak kočenja. On djeluje na oba kruga s time da krug 1) dovodi pod pritisak posredovanjem međuklipa 4). Cilj ovog uređaja je da u svakome trenutku omogući ostvarivanje pritiska u oba kruga tako da u slučaju pucanja instalacija na jednom od njih drugi i dalje omogućava kočenje. Posuda za izjednačavanje 5) u cijeloj ovoj priči ima ulogu održavanja dovoljne razine kočničke tekućine tijekom rada klipa, a odvojena je u dva dijela od kojih svaki opskrbljuje jedan krug sustava.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Škola automobilske tehnike 24. studenog 1999. Disk kočnice Da je kočenje automobila doista uznapredovalo kada su izmišljene disk kočnice probat ćemo vam objasniti u ovom nastavku. Diskovi su danas, uostalom, najznačajniji dio aktivne automobilske sigurnosti

Disk kočnice, dakako, rade na jednakom načelu kao i bubanj kočnice - načelu trenja. No, ovdje je osnovna razlika u tome što se trenje koje je potrebno za usporavanje okretanja kotača ne ostvaruje pritiskanjem kočnikih obloga o unutarnju površinu bubanja, već kočničke obloge (pločice) između sebe stišću metalni disk. Uostalom, sada smo vam upravo otkrili i od kuda disk kočnice "vuku" svoje ime.

sl. 1 - Sastavni dijelovi disk kočnice

Konstrukcija disk kočnice Osnovu disk kočnice sačinajva (zamislite!) metalni disk. Radi se obično o disku koji je napravljen od lijevanog željeza ili čelika, a pričvršćen je za glavčinu kotača tako da se okreće zajedno s njime. Nepokretno pričvršćena uz nosače kotača nalaze se kliješta (čeljust) disk kočnice. Ova kliješta služe kao nosač kočničkih obloga (koje kod disk kočnica nazivamo i disk pločicama ili, jednostavnije, pločicama) koje među sobom "hvataju" disk. Kako su i disk kočnice pokretane hidraulički, opet u "igru" ulaze nekakvi kočnički klipovi, smješteni unutar kliješta. Kliješta disk kočnice u stvari su neka vrsta "sedla" (ponekad ih tako i nazivaju) u kojem su također smješteni i hidraulikom pokretani klipovi. Ovi klipovi, pak, pritišću kočničke pločice koje među sobom stišću disk. Tako (posredno) dolazi do trenja između pokretnih i nepokretnih dijelova te se automobil zaustavlja. Osnovna prednost disk kočnica pred bubanj kočnicama jest u tome što se diskovi slobodno okreću (kliješta ih obuhvaćaju tek u jednom malom dijelu) te se tako i bolje hlade.Time je povećana efikasnost kočenja, a posredno i sigurnost automobila.

sl. 2 - Kako radi disk kočnica: a) papučica kočnice miruje, b) kočenje

Kako to radi? Pogled od naprijed na slici 2 prikazuje nam osnovne dijelove disk kočnice. Vidljiv je metalni disk (sivo) koji je na jednom dijelu obuhvaćen kliještima (bijelo). Na ovoj slici vidimo također i kočničke pločice (smeđe) koje su oslonjene na klipove koje, pak, pokreće kočnička tekućina (crveno). Kada vozač pritisne papučicu kočnice, poveća se pritisak kočničke tekućine i pomaknu se klipovi. Poznato nam je, iz predhodnih nastavaka, da se zbog povećanja površine između klipa glavnog kočničkog cilindra i klipa koji pokreće pločicu disk kočnice povećava i sila pritiska. Tako je moguće da disk pločice velikom snagom pritisnu disk te uspore odn. zaustave kotač.

Varijacije na istu temu Sada kad smo objasnili konstrukciju te načelo rada disk kočnice, red bi bio da spomenemo i neke druge verzije iste priče. Kao prvo, spomenut ćemo disk kočnicu čija kliješta imaju više klipova. Na našim primjerima (slika 1 i 2) prikazane su disk kočnice s dva hidraulički pokretana klipa od kojih svaki pritišće po jednu kočničku pločicu (disk kočnice, gotovo uvijek, imaju dvije pločice - svaku s jedne strane

diska). Sada trebamo naglasiti kako neki, jeftiniji, modeli automobila koriste i kliješta sa samo jednim klipom. Takva su kliješta pomična. Kod njih se pritiskanjem pločice dovodi do pomicanja cijelih kliješta u jednu stranu što, na kraju, dovodi i do kočenja drugom pločicom, bez obzira što klip pritišće tek jednu. No, vjerojatno mnogo zanimljivija konstrukcija jest ona s višeklipnim kliještima. Na slici 3 prikazana je tako disk kočnica sa četveroklipnim kliještima. Ovakva konstrukcija omogućava postavljanje većih kočničkih pločica (samim time i postizanje veće površine trenja te jaču silu kočenja) jer je veliku pločicu moguće ravnomjerno opteretiti većim brojem manjih klipova (koriste se i šesteroklipna kliješta na automobilima visokih performanski itd...).

Vjerojatno nikome nije nepoznat pojam samoventilirajuće disk kočnice. Naime, s povećanjem snaga motora koji se ugrađuju u današnje automobile, porasle su i brzine, a time i potreba za snažnim kočnicama. Kako je glavni neprijatelj automobilskih kočnica oduvijek bilo pregrijavanje, konstruktori su ubrzo shvatili da će hladnija kočnica moći podnijeti više. Upravo zato izmišljena je i tzv. samoventilirajuća disk kočnica. Ovdje metalni disk nije izveden od jednog lijevanog dijela , već je obično nešto širi i po svom obodu ima otvore za hlađenje. Kod samoventilirajućih je kočnica tako poboljšano hlađenje diskova, a time se i povećava njihova izdržljivost, odnosno trenutak kada nastupa "fading" - slabljenje sile kočenja uslijed pregrijavanja. Ipak, potrebna je jedna mala napomena: smaoventilirajuće (S/V) kočnice obično imaju nešto veću ukupnu masu (naprosto u njima ima više metala) od običnih te stoga trebaju malo više vremena da dosegnu radnu temperaturu. To je pogotovo značajno nakon što ujutro krećete s hladnim automobilom. Stoga, napomena glasi: prilikom prvih nekoliko kočenja hladnim kočnicama ostavite dosta mjesta do vozila ispred! No, osim samoventilirajućih susrećemo i poprečno bušene diskove (vidi disk na slici 5).

sl. 3 - Četveroklipna disk kočnica

sl. 4 -

Samoventilirajuća disk kočnica

Poprečni otvori na ovakvim diskovima služe prvenstveno odvođenju plinova koji se stvaraju zagrijavanjem kočničkih pločica, uz što dodatno poboljšavaju hlađenje i čišćenje samog diska.

Iako mogućih "varijacija na temu" kod disk kočnica vjerojatno ima bezbroj, spomenut ćemo tek još jednu, u posljednje vrijeme veoma aktualnu. Naime, često se susrećemo s pitanjem materijala od kojeg je izrađen kočnički disk . Čuli smo tako i da se diskovi natjecateljskih automobila (npr. F1) izrađuju od ugljičnih vlakana (karbona) te da su veoma otporni na zagrijavanje. To je sve točno, no takvi diskovi imaju i znatno višu radnu temperaturu od metalnih te nisu pogodni za primjenu na običnim automobilima. Upravo stoga, dvije su europske tvrtke (Mercedes-Benz i Porsche) nedavno razvile diskove od keramike ojačane ugljičnim vlaknima. Ovakvi bi diskovi trebali dati veću silu kočenja od konvencionalnih na temelju

povećane izdržljivosti spram pregrijavanja (izdržavaju 1400-1600 °C što je čak dvostruko od toplinskih opterećenja metalnih diskova). Mercedes je svoj novi "Ceramic brake disc" namijenio modelu SLR, dok Porsche svoj PCCB (Porsche Ceramic Composite Brake) još uvijek ispituje.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Škola automobilske tehnike 17. studenog 1999. Bubanj kočnice Od čega se sastoje, kako rade i koliko su efikasne bubanj kočnice poslušajte na našem novom satu Školice

Hvala bogu, tema bubanj kočnica prilično je jednostavna te vas ovoga puta nećemo predugo zadržavati u klupama. No, prije nego li opišemo konstrukciju i rad istih, naglasit ćemo kako su upravo bubanj kočnice "tradicionalni" način zaustavljanja, kojemu je u 115-godišnjoj povijesti automobila pripala većina vremena. Disk kočnice, koje opisujemo na slijedećem satu Školice, noviji su izum. Ah, da. Skraćivanju ovog sata još je jedan uzrok - naši

sl. 5 - Keramički disk ojačan ugljičnim

vlaknima (Porsche AG)

su nastavnici, gotovo svi, bolesni i imaju temperaturu što je u posljednje vrijeme normalna pojava među Zagrepčanima. Stoga, imajte milosti i ne pričajte pod satom...

Kočenje kao takvo... Što bi vam prvo palo na pamet kada biste željeli zaustaviti neko vozilo? Pa, stojite li na npr. romobilu, vjerojatno biste spustili nogu na pod. Između tenisice i asfalta tada bi nastalo trenje itd., itd. Upravo na tom, načelu trenja, funkcioniraju kočnice današnjih automobila. Štos je, u stvari, veoma jednostavan. Potrebno je proizvesti izvjesno trenje između pokretnih i nepokretnih dijelova kako bi se ovi prvi (pokretni) zaustavili. Kod automobila, dakako, osnovnim "krivcem" za kretanje smatramo kotač koji se kotrlja po cesti. Brzina vozila proporcionalna je brzini okretanja kotača pa tako njegovim usporavanjem možemo usporiti i cijelo vozilo. Bubanj kočnice, čija je konstrukcija doista veoma jednostavna, djeluju upravo na tom načelu - načelu trenja između kotača i nepokretnih dijelova automobila.

sl. 1 - Sastavni dijelovi bubanj kočnice

Bubanj kočnica No dobro. Ne radi se, doslovno, o trenju između samog kotača. Glavni dio bubanj kočnice, odakle joj dolazi i ime, jest okrugla "zdjela" od lijevanog željeza (sivog lijeva) zvana bubanj (vidi sl.1). Bubanj je pričvršćen na glavčini kotača tako da se s njime zajedno okreće. Nadalje, bubanj se kočnica sastoji i od nosača (svijetli dio, desno na sl.1) na kojem su pričvršćeni kočnički cilindri (ili tek jedan cilindar) te kočničke obloge. Nosač je, zajedno s kočničkim cilindrom (cilindrima) i oblogama pričvršćen nepomično na nosačima kotača. Na nosaču bubanj kočnice pričvršćena je još i cijev za dovod kočničke tekućine te ventil za odzračivanje kroz koji ispuštamo zrak iz cijelog sustava.

Na slici 2 vidimo kako to sve funkcionira. Vanjski prsten predstavlja bubanj naše kočnice (tanke strelice simboliziraju njegovo okretanje). Kočničke su obloge (na svojim metalnim nosačima - čeljustima) spojene na jednom kraju (gornji primjer), dok se na njihovom drugom kraju nalazi kočnički cilindar dvostrane konstrukcije. Kada vozač pritisne papučicu kočnice, tlak kočničke tekućine aktivira cilindar u bubanj kočnici i on raširi čeljusti s oblogama prema unutrašnjoj površini bubnja (crvene strelice prikazuju rad cilindra). Pritiskanjem obloga uz unutrašnjost bubnja javlja se trenje među njima, a kako smo već napomenuli, kotač se okreće zajedno s bubnjem. Stoga, ovo trenje usporava okretanje kotača, a time i zaustavlja automobil. Drugi par slika (ispod) pokazuje nam također rad bubanj kočnice, no takve koja je opremljena s dva kočnička cilindra. U ovom slučaju se koristi kočnički cilindar jednostrane konstrukcije. Svaki od cilindara u takvoj bubanj kočnici tjera čeljust s oblogom na svoju stranu (crvena strelica). Kod ovakve konstrukcije s dva, jednostrana, kočnička cilindra postiže se pravilnije nalijeganje kočničke obloge na unutrašnjost bubnja čime se iskorištava veća površina. Takve su bubanj kočnice stoga i efikasnije, no imaju nešto kompliciraniju konstrukciju. Za kraj ovog dijela opisa spominjemo i povratne opruge (vidi slike) koje služe da bi se kočničke čeljusti s oblogama natrag stisnule nakon što popusti pritisak na papučicu kočnice, odnosno, pritisak kočničke tekućine u cilindru.

sl. 2 - Kako koči bubanj kočnica

Govoreći o bubanj kočnicama moramo naglasiti nekoliko stvari. Kao prvo, njihova zatvorena konstrukcija (sve se odvija unutar bubnja) slabo se provjetrava. Stoga su bubanj kočnice sklone pregrijavanju čime opada snaga kočenja. Upravo stoga, bubanj kočnice proizvođači automobila danas isključivo ugrađuju na stražnjim kotačima slabijih automobila, gdje je njihova manja efikasnost (u usporedbi s disk kočnicama) ipak dovoljna za kočenje vozila. Također, konstrukcija bubanj kočnice dosta je jednostavnija od konstrukcije disk kočnice te proizvođači na neki način i smanjuju cijenu vozila postavljajući relativno jeftine bubanj kočnice na stražnje kotače. Ipak, na bubanj kočnice moguće je postaviti senzore ABS uređaja protiv blokiranja čime se povećava njihova efikasnost. Uostalom, posebni hidraulički sustavi (uređaj za ograničavanje sile kočenja) već se odavno ugrađuje u automobile s ciljem da se smanji sila kočenja na stražnjim kotačima (obično s bubanj kočnicama), a time i njihovo blokiranje. Cijela ova završnica priče spomenuta je zbog jednostavnog fizikalnog problemčića. Naime, prilikom kočenja se težina automobila (zbog naginjanja karoserije) prebacuje naprijed. Stoga prednje kočnice, nerijetko, moraju

podnijeti i do 75% ukupne sile kočenja nekog vozila. Upravo zato, moramo uređajima za ograničavanje sile kočenja i/ili ABS sustavom pripaziti da naglo rasterećeni stražnji kotači ne bi počeli blokirati. No, ovo s prebacivanjem težine je značajno iz zbog toga što nam objašnjava zbog čega je moguće, relativno slabe, bubanj kočnice staviti na stražnje kotače.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Škola automobilske tehnike 10. studenog 1999. Škriiip, škriiip... Snažan motor bez snažnih kočnica isto je što i Doberman bez lanca. Na slijedećim satovima Školice objasnit ćemo vam kako zaustaviti automobil

Dakako, automobil je (da se nadovežemo na rečeno u podnaslovu) najjednostavnije zaustaviti tako da ga zabijete u zid. No, onda biste nakon svakog zaustavljanja morali kupovati novi auto, što je poprilično nepraktično... Priču o kočenju započinjemo kratkim opisom dvaju najčešćih vrsta kočnica.

sl. 3 - Presjek bubanj

kočnice

Kratki nam opis govori kako se u današnje automobile u pravilu ugrađuju dvije vrste kočnica: disk i bubanj kočnice. Bubanj kočnice su "stari štos" jednostavnije konstrukcije i daju slabiju silu kočenja od disk kočnica. Stoga se danas, u jače automobile, ugrađuju disk kočnice na svim kotačima. O smještaju kočnica ne treba mnogo govoriti. Iako je, u prošlosti, bilo nekih varijacija na temu, one su u pravilu montirane uz glavčinu kotača. To znači da kad stavimo kotač, kočnica ostaje unutar naplatka. U ovim ćemo nastavcima vidjeti i da veći kotači imaju veće naplatke, a da u njih stanu i veće kočnice itd. No, škriputavu ćemo priču započinjemo opisom kočničkih cilindara. Moramo, naime, napomenuti kako se sila kočenja u automobilu prenosi hidrauličkim putem. Dakle, kada pritisnete papučicu kočnice, pomakne se nekakav klip u tzv. glavnom kočničkom cilindru. On, pak, pokrene tekućinu cijevima od kojih po jedna vodi do svake kočnice. Stoga ćemo, za početak, opisati rad kočničkih cilindara.

Hidraulika Hidraulika je divna stvar. Sjećamo se, vjerojatno, iz osnovne škole da tekućine spadaju u medije koji se ne daju tlačiti. Upravo stoga, na našem je kočničkom sustavu moguće povećavati silu kočenja koja kreće od papučice kočnice i završava u kočničkom cilindru

(ovdje se ne radi o povećanju sile servouređajem). Na slici 1 shematski je prikazano kako radi povećanje sile papučice. Uzmimo, npr., da pritisak na papučicu kočnice iznosi 3 kg/cm2, a pritisak u glavnom kočničkom cilindru (a) 10 kg/cm2 (zbog djelovanja zakona poluge). Zbog veće površine klipova povećat će se i sila u kočničkim cilindrima u kojima se sada razvija 12 kg/cm2 (klip b - 1,2 puta veće površine od a), odnosno 25 kg/cm2 (klip c - 2,5 puta veće površine od a). Ipak, smanjuje se prijeđeni put klipa. Tako će klip c (ako je 2,5 puta veće površine od klipa u gl. koč. cilindru koji proizvodi pritisak) proizvesti 2,5 puta veći pritisak, ali će njegov pomak biti 2,5 puta manji od pomaka klipa a. Sve jasno?!

sl. 1 - Hidrauličko povećanje sile pritiska

Načelo rada kočničkog cilindra Kao što smo već rekli, potrebna nam je nekakva naprava koja će pritisak papučice kočnice pretvoriti u hidraulički pritisak. U tu svrhu služi glavni kočnički cilindar. S naše glavne slike vidite kako izgleda njegova, prilično jednostavna, konstrukcija (veći cilindar, lijevo na slici). Poluga na "ulazu" cilindra pokretana je papučicom kočnice i nastavlja se na klip. Klip je, pak, naslonjen na povratnu oprugu koja ga vraća u prvobitni položaj kada nestane sile pritiska na papučicu i to je sve. Dva otvora na vrhu cilindra služe za izjednačavanje količine kočničke tekućine, a na desnom se dijelu u cilindru nalazi tzv. "podni ventil" koji osigurava da u sustavu uvijek bude mali predtlak. a) Prilikom kočenja, pritisak na papučicu kočnice stvara pritisak u glavnom kočničkom cilindru tako da klip cilindra potisne kočničku tekućinu. Tekućina, potom, pritišće i otvara podni ventil koji ju propušta dalje u sustav cijevi te prema kočničkim cilindrima kotača (radnim kočničkim cilindrima). Pritisak tekućine tada dolazi u radni cilindar čijim se pomicanjem aktivira rad kočnica. b) Popuštanjem pritiska na papučicu kočnice, tekućina se počinje vraćati u glavni kočnički cilindar čiji je podni ventil otvoren pod njenim visokim pritiskom. Kada pritisak padne, povratna opruga glavnog cilindra zatvara podni ventil ostavljajući mali predtlak u cijelom sustavu. Povrat tekućine uzrokovan vraćanjem klipa u glavnom kočničkom cilindru (pod utjecajem opruge i pritiska) povlači natrag i klipove radnih cilindara te nestaje pritiska na kočnicama. c) U mirujućem položaju sustava klip glavnog cilindra se dovoljno vratio da bi otvor za izjednačavanje ponovno postao otvoren. U cijelom je sustavu zadržan tek mali pritisak kontroliran podnim ventilom.

sl. 2 - Kočnički cilindar: a) pod

pritiskom papučice, b) otpuštanje papučice, c) papučica miruje

Tekućina za kočenje Za kraj, riječ dvije o kočničkoj tekućini. Radi se, zapravo, o posebnoj tekućini nešto veće gustoće (poznajemo i termin "ulje za kočnice") koja prenosi pritisak kroz kočnički sustav. Značajno je da tekućina za kočenje ne smije nagrizati metalne i gumene dijelove (brtve cilindara i klipova su od gume) te mora biti orporna na promjene temperature. Naime, s obzirom da sve automobilske kočnice rade na načelu trenja, na njihovim se površinama razvija izuzetno visoka temperatura. Ona, pak, zagrijava klipove radnih cilindara, a preko klipova i samu tekućinu za kočenje. Stoga je otpornost na zagrijavanje veoma značajna kako bi se

izbjegle eventualne promjene u radu kočničkog sustava.

Na slijedećem satu započinjemo konkretniju priču o samim kočnicama - upoznat ćemo bubanj kočnice. Stoga, pripremite bilježnice, našiljite olovke i pronađite svježu gumicu!

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Škola automobilske tehnike 3. studenog 1999. Šminka i(li) potreba Sve što trebate znati prije nego li se zaletite po nove "šlape" za svog miljenika pročitajte na ovom mjestu. Danas vas vodimo do čari širokih guma

Kao što smo obećali, na ovom vas satu učimo o tome kako izabrati pravu veličinu širih guma za čeličnog ljubimca, kako pronaći odgovarajuće naplatke, te još neke sitne proračune. Ovi se proračuni odnose na otkrivanje najveće brzine automobila, a na izvjestan su način i rekapitulacija gradiva s proteklih sati Školice.

Da se odmah razumijemo. Široke vas gume neće, same po sebi, učiniti bržima. No, da auto s njima izgleda bolje stara je činjenica i amen. Stoga, umjesto da vas uvjeravamo kako sa "šlapetinama" povećavate opasnost od aquaplaninga, kako vam auto troši više i koješta drugo, objasnit ćemo puteve do idealnog izbora širih guma, dakako prema pitanju dimenzija, a ne modela. Jest da bismo sada mogli filizofirati i o tome koje su gume bolje, no tu ćemo temu ostaviti nekom drugome.

Ispravna dimenzija Kao što već znademo s prošlog sata, gume su označene nekakvim dimenzijama. Podsjetimo se: 165 / 70 - 13 znači da je naša guma široka 165 mm, da joj visina poprečnog presjeka iznosi 70% širine, te da ima unutarnji promjer od 13 cola (13 x 25,4 mm). Važno je sada napomenuti slijedeće: Želimo li staviti gume drugačijih dimenzija, obavezno moramo imati na umu da njihov opseg treba biti (približno) jednak opsegu guma što ih je proizvođač isporučio s automobilom. Drugim riječima, od nekoliko opcija koje razmatramo odabrat ćemo onu koja nam daje opseg najsličniji originalnom.

Traženje "jačih" guma započet ćemo odabirom njihove širine. Dakako, ovdje je teško naći pravu mjeru. Kako smo već zaključili, "šire je ljepše", no ni u čemu ne treba pretjerivati. Stavite li pretjerano široke gume, moglo bi vam se dogoditi da one počnu zapinjati po unutarnjim dijelovima blatobrana, bilo kad automobil "sjedne" na nekoj izbočini ili kad smotate upravljač. Za "obranu" od odabira prevelike širine jedini realni lijek je da se raspitate kolika je najveća širina što ju proizvođač nudi uz neku od izvedbi vašeg automobila. Druga dimenzija koju možemo odabrati prema volji je osnovni (unutarnji) promjer. Jasno je da niže gume (one s nižim postotkom poprečnog presjeka) također izgledaju ljepše. No, gumi treba ostaviti i malo mogućnosti da se savija. Značajan element udobnosti, ali i ležanja automobila, pruža svojstvo guma da se "gnječe" pod opterećenjem. Stavimo li na automobil gume preniskog presjeka, smanjit ćemo prostor ugibanja gume, automobil će postati tvrđi i neudobniji, a mogli bi nastradati i dijelovi karoserije koji će ovako trpjeti znatno jače udarce (nema dovoljno debele gume da ih amortizira). Dakle, recimo da su originalne gume dimenzija 165 / 70 - 13 i da ih želimo zamijeniti gumama širine 185 mm te promjera 14 cola (veći promjer - manja visina presjeka). Znamo, jedino na što dalje treba paziti jest opseg gume. Radi se o tome da brzina okretanja kotača mora biti usklađena s brojem okretaja motora onako kako je to proizvođač automobila predvidio. Stoga, veći ili manji opseg gume od originalnog može, osim pogrešnog prikaza brzine na brzinomjeru, imati i druge neželjene posljedice. Kako je opseg neke kružnice jednak 2 x r x P, a P je konstanta (3,141593), možemo reći da se opseg odnosi spram promjera (2 x r) proporcionalno, te ćemo stoga cijeli proračun svesti na usporedbu promjera gume.

Promjer gume jednak je zbroju unutarnjeg promjera i dvije visine poprečnog presjeka, a možemo ga izračunati prema formuli:

sl. 1 - Neke od dimenzija: 1) visina

poprečnog presjeka, 2) unutarnji promjer (promjer naplatka), 3)

vanjski promjer gume

gdje je D traženi promjer, col unutarnji promjer izražen u colima (ne zaboravite ga prije uvrštavanja preračunati u milimetre - col x 25,4), š širina gume u mm, a v visina poprečnog presjeka izražena u %. Ovako dobiveni promjer koristimo kao referencu u odabiru odgovarajuće visine poprečnog presjeka za novu gumu. Rekli smo, da

želimo montirati gume širine 185 mm i promjera 14 cola. Stoga, ostaje nam da izračunamo potrebnu visinu poprečnog presjeka.

To ćemo napraviti pomoću formule:

gdje je v tražena visina poprečnog presjeka izražena u %, D promjer originalne gume, col željeni unutarnji promjer nove gume izražen u colima, a š željena širina nove gume.

Kao što vidite, sve se vrti oko jedne te iste formule. Jednako tako, novu gumu možemo tražiti samo prema kriteriju širine pri čemu je jasno kako ona

mora imati manju visinu poprečnog presjeka za isti unutarnji promjer. Primjer: Želimo umjesto originalnih guma dimenzije 165 / 70 - 13 staviti gume širine 205 mm. Jasno je da će nova guma, zbog veće širine, imati i veću visinu presjeka zadržimo li isti postotak. Stoga, ako želimo ostati na dimenziji od 13 cola, trebamo izračunati novu visinu poprečnog presjeka uz pomoć 2. formule. Vidjet ćemo da se dobiveni postotak smanjio, iako se apsolutna visina presjeka gume nije mijenjala (dobivamo poprečni presjek od 55%). NAPOMENA: Kod izračunavanja nove (potrebne) visine poprečnog presjeka rezultati vam neće uvijek biti zaokruženi na broj djeljiv s 5 (45, 50, 55, 60, 65...). Stoga je dobiveni rezultat potrebno zaokružiti na najbližu postojeću dimenziju (za 205 mm širine i 13 cola dobili smo rezultat 56,34 što zaokružujemo kao 55. Dakle, nova će guma imati dimenzije 205 / 55 - 13).

sl. 2 - 1. formula

sl. 3 - 2. formula

O naplatku Čuli ste, vjerojatno, priče o tome kako nije dobro kupovati naplatke koji "nisu originalni". He, pogledate li malo cijene naplataka koje za svoje modele nude proizvođači automobila, bit će vam ubrzo jasno od kuda potječu ovakve teorije. Uostalom, danas postoji cijelo more proizvođača naplataka čija je ponuda barem jednako kvalitetna, ako ne i bolja, od one što ju u svojim proizvodnim programima imaju proizvođači automobila. No, kupujete li nove (vjerojatno lijevane) naplatke obratite pažnju na dva detalja. Prvi je razmak otvora za vijke. Koliko god to smiješno zvučalo, nije se jednom dogodilo da je netko u dućanu kupio alu-felge od kakve "lijeve" firme i došavši doma shvatio da razmak vijaka uopće ne odgovara onome na njegovom automobilu. Ipak, ovakav slučaj nećete doživjeti kod poznatijih proizvođača naplataka. Druga "caka" malo je kompliciranija i ponajčešće odgovorna za uništavanje ovjesa novim, širim gumama i naplacima. Radi se o tome da sredina naplatka i dio gdje otvori za vijke naliježu na glavčinu kotača moraju biti propisno udaljeni. Kako kod novog, tako i kod starog čeličnog naplatka koji ste dobili uz automobil (slika 4). Pogriješite li u ovoj udaljenosti, možete znatno izmijeniti geometriju ovjesa te time i narušiti vozna svojstva automobila. Ipak, pripazite li na ovo, šire gume same po sebi neće značiti da je auto nastradao, kako to mnogi "znalci" katkada govore.

sl. 4 - Netko voli aluminijske, a netko magnezijske naplatke.

Koliko para...

Uz ovo, napomenimo kako danas većina poznatih proizvođača naplataka navodi uz svaki svoj proizvod kojem je automobilu (i kojem godištu istoga) namijenjen. Stoga, ako zaboravite ravnalo na putu u dućan, nema straha. Samo pripazite na deklaraciju i to je sve.

Najveća brzina Za kraj, obećana priča o izračunavanju najveće brzine vozila. No, prije svega, jedna mala napomena. Ovo se odnosi na automobil kojem znademo prijenosne odnose pojedinih stupanja prijenosa, prijenosni odnos diferencijala i dimenzije guma na pogonskim kotačima. Vjerojatno ste zapamtili, tko nije neka ponovi smjesta (!), iz nastavaka o prijenosu snage kako u mjenjaču automobilskog motora postoje prijenosni odnosi. Da vas sada ne zamaramo ponovno zbog čega su oni tamo, navodimo tek da se radi o smanjivanju brojeva okretaja motora. Ipak, dok prijenosni odnos u 1. stupnju može biti 3,07 : 1 (3,07 okretaja motora za 1 okret pogonskog vratila koje izlazi iz mjenjača), u završnim stupnjevima situacija može biti obrnuta. Tako u 5. stupnju Honda NSX ima odnos 0,77 : 1 (pogonsko se vratilo okreće brže od motora). Iz priče o prijenosu snage smo također naučili i kako kod automobila postoji još jedan prijenosni odnos. radi se o prijenosnom odnosu u diferencijalu (obično se naziva i "završni" stupanj) koji dodatno smanjuje broj okretaja pogonskih vratila (osovina). Tako naša NSX-ica ima završni stupanja 4,06 : 1 (za svaka 4,06 okreta osovine koja iz mjenjača vodi k diferencijalu, kotači će se okrenuti jedamput).

Kuda nas to sve vodi? Pa, sada je već pomalo jasno da možemo izračunati put koji vozilo prelazi znademo li veličinu pogonskih kotača. NSX leži na gumama 205 / 50 - 15 čiji opseg iznosi (2 x r x P) 1841 mm (1,841 m). To nam govori da za svaki puni okret poluosovine naša NSX-ica prijeđe 1,841 m puta. I sada, konačno možemo izračunati brzinu u nekom stupnju prijenosa, dakako znademo li prijenosni odnos tog stupnja, završni stupanj, dimenziju pogonskih kotača te broj okretaja pri kojem želimo izračunati brzinu.

Formula koja nam za ovo treba glasi:

Ovdje je v dobivena brzina kretanja u km/h, o je broj o/min motora za koji želimo izračunati brzinu, k je opseg pogonskog kotača u mm, g je prijenosni odnos mjenjača u odabranom stupnju prijenosa i d je završni prijenosni odnos (diferencijal). Dakle, dobivamo npr. da naša Honda NSX pri 1000 o/min u 5. stupnju prijenosa (prijenosni odnos 0,77 : 1), sa završnim prijenosom od 4,06 te gumama na

sl. 5 - a) razmak otvora za vijke, b) značajna je

udaljenost sredine naplatka od dijela kojim naliježe na

glavčinu

sl. 6 - 3. formula

pogonskim kotačima opsega 1841 mm razvija brzinu od 35,33 km/h. Cool, ne?

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Škola automobilske tehnike 27. listopada 1999. Guma i naplatak Ako je motor srce automobila, kotač je svakako njegova duša ili, hm, tako nekako... Kako god bilo, moderni kotrljajući svijet svoju slobodu može zahvaliti tek jednom izumu - kotaču

Kao prvo, da se razumijemo nešto. Svima vam je, nadamo se, poznato kako automobil stoji na nečemu okruglom. To okruglo se, pak, sastoji od metalnog i gumenog. Metalno nazivamo naplatkom (felgom), a gumeno, zamislite, gumom. Pod pojmom kotača podrazumijevamo naplatak s gumom i/ili zračnicom unutar nje.

Bilo jednom... Povijest kotača kao sredstva pokretanja mogla bi nas odvesti daleko u prošlost ljudskog roda. No, povijest kotača u današnjem smislu stara je tek nekih stotinu i pedesetak godina. Za izumitelja napuhane gume danas smatraju škotskog inženjera Roberta W. Thomsona koji je svoju ideju prvi puta uobličio 1845. godine. No, nije se dugo održala. Već 1870. pojavljuju se prvi kotači s navlakom od čvrste gume koji su omogućili nešto udobniju i sigurniju vožnju. Ipak, gumeni je sloj bio neotporan na trošenje te je 1888. Škot John Boyd Dunlop (veterinar, huh!) izvadio iz naftalina staru Thomsonovu ideju. Dunlopova guma, napravljena za bicikl njegova sina, sastojala se od gumene cijevi ispunjene zrakom. Početkom ovog stoljeća prvi se puta u upotrebi javlja dvodjelna guma, konstrukcija koja se u osnovi zadržala i do današnjih dana. Ideja je bila jednostavna - unutrašnju gumu (zračnicu) trebalo je zaštititi čvršćim gumenim slojem kako bi mogla izdržati veće težine tadašnjih vozila. Krajnji stadij evolucije klasične automobilske gume nastaje 1948. godine kada je upotrijebljena prva guma bez zračnice (tubeless, "šlauhlos"). Ovakva guma izgleda poput vanjske gume, no opremljena je posebno čvrstim unutarnjim rubom koji ju brtvi uz naplatak. Dakako, gume bez zračnice dobile su i posebno oblikovane, jednodjelne i nepropusne naplatke.

sl. 1 - Sastavni dijelovi radijalne gume bez zračnice

Guma Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za pojmove "dijagonalna" i "radijalna" guma. Ovdje se radi o različitim konstrukcijama unutrašnjosti gume. Unutrašnji dijelovi gume (obojeni dijelovi sa slike 1) napravljeni su od slojeva tkanine izrađene od tankih čeličnih niti. Kod dijagonalnih guma svi su ovi slojevi poredani koso (dijagonalno) jedan obzirom na drugi (kao dva plava sloja na slici) odakle i naziv ovoj konstrukciji guma. No, danas se gotovo u pravilu susrećemo s radijalnim gumama. I one imaju slojeve koso postavljenih niti u čeličnoj tkanini, no glavna su im odlika čvršće niti postavljene poprečno na gumu (zeleno). Ove niti položene su radijalno (naziv) te daju znatno bolja dinamička svojstva od niti u dijagonalnim gumama. Današnje su radijalne gume stoga otpornije na savijanje bočnih stranica te time i na deformacije tijekom vožnje. Također, ovakva guma pruža i veću udobnost te sigurnost vožnje s obzirom da se i pri visokim brzinama pravilnije deformira. Radijalna je konstrukcija danas uobičajena za automobilske gume.

U donjem rubu sloja radijalnih niti (zeleno) vidljiva je i okrugla čelična (obično višedjelna) žica. Upravo je povećanjem čvrstoće ove žice omogućeno da se s "običnih" guma prijeđe na one bez zračnice. Dio gume koji se nalazi oko ove žice naziva se "noga" gume, a zadužen je za brtvljenje s naplatkom. Od vanjskih dijelova gume svakako je najznačajnija gazna površina. Gazna površina je sloj gume na kojem se nalaze "šare" odnosno profil. Radi se, u stvari, o kanalima kojima je ispresjecana gazna površina gume, a koji služe za odvođenje vode. Jasno je da bi gazna površina bez ovih šara (glatka guma) imala veću površinu prijanjanja na cestu, a samim time bi i bolje držala automobil u zavojima. Ipak, glatke bi gume (slick gume, kod natjecateljskih automobila) nalijetanjem na sloj vode veoma brzo "zaplivale" (aquaplaning) te bi vozilo izgubilo kontakt s cestom. Posljedicu ovoga, vjerojatno, nikome ne treba posebno opisivati.

Oznake guma Jedna od najvećih noćnih mora svih autoljubaca početnika uvijek su bile oznake na gumama. Radi se, u stvari, o oznakama dimenzija, najveće dozvoljene brzine, konstrukcije, ali i oznakama za identifikaciju proizvođača. Ono što nas najviše zanima svakako su oznake koje nam govore o dimenzijama guma i najvećoj dozvoljenoj brzini vožnje koju one omogućavaju.

Oznake dimenzija govore nam koliko je guma široka te kolika je visina njezinog poprečnog presjeka. Također, oznake dimenzija govore nam i o promjeru gume koji je ujedno i jednak promjeru naplatka. Na slici 2 vidljiva je oznaka 195/70 HR 14. Brojka 195 podatak je koji nam govori o širini gume i u pravilu je izražen u milimetrima. Broj 70 označava visinu poprečnog presjeka.To znači da je razmak od mjesta gdje guma prijanja na naplatak

(noga) i vrha gazne površine (vidi sliku 3) jednak 70% širine gume. Visina poprečnog presjeka uvijek je izražena u odnosu na širinu gume. Vezano uz to, dolazi nam i pojam niskoprofilne gume. Ovakvim se gumama smatraju one čija visina poprečnog presjeka iznosi 80 ili manje postotaka najveće širine.

Slijedeća je na redu oznaka "H". Ona nam govori o brzinskom razredu u koji spada naša guma, odnosno pokazuje koliko se najbrže možemo s njome voziti.

Oznake najveće dozvoljene brzine

Q ... 160 km/h S ... 180 km/h T ... 190 km/h H ... 210 km/h V ... 240 km/h W ... 270 km/h

Oznaka "R" opisuje nam konstrukciju gume. Jasno je, iz prethodnog poglavlja, kako se radi o radijalnoj gumi. Posljednja brojka pokazatelj je promjera gume i izražava se u colima (1 col = 25,4 mm). Ova dimenzija gume služi nam kako bi mogli odabrati odgovarajući naplatak, s obzirom da će njegova dimenzija također biti prikazana u colima. Promjer gume, izražen u colima, je promjer unutrašnjeg ruba gume, odnosno promjer kruga koji zatvara noga gume (rub koji naliježe na naplatak).

sl. 2 - Oznaka dimenzije, razreda brzine i

konstrukcije gume

sl. 3 - Visina poprečnog

presjeka gume

Naplatak Do sada ste već, vjerojatno, shvatili što je to naplatak. Za one tvrdoglave, ponovit ćemo kako se radi o metalnom dijelu na koji je navučena guma i koji je pričvršćen na automobil (točnije, na glavčinu kotača). Iz prakse vjerojatno većina vas znade i kako postoje dvije najčešće izvedbe naplataka - čelični i aluminijski. Pod pojmom čeličnih naplataka podrazumijevamo one koji se dobivaju uz prosječne automobile ili u nižim paketima opreme. Ovdje se radi o čeličnom disku koji je oblikovan u preši (u pravilu jedan se čelični naplatak sastoji od najčešće dva zavarena dijela) oko kojeg je postavljen nekakav obruč. Obruč omogućava da se na njega montira guma i u tu je svrhu oblikovan. Čelični naplaci obično na sebi imaju i nekakve otvore. Radi se o rupama kroz koje struji zrak radi lakšeg hlađenja kočnica, no naplatak je zahvaljujući tim rupama i lakši.

Lijevani naplaci (najčešće nazvani i aluminijskim naplacima) izrađeni su lijevanjem metala u kalupe i s iznimkom naplataka za natjecateljske i skuplje sportske automobile, izrađeni su u jednom komadu. Termin "aluminijski" ovdje stavljamo pod navodnike jer nisu svi lijevani naplaci nužno izrađeni od aluminija. Katkada su to tek legure aluminija, katkada magnezij itd. Prednosti aluminijskih naplataka, uz bolji vizualni dojam, pred čeličnima prvenstveno se očituju u manjoj težini. Ovo je pogotovo

značajno s obzirom da postavljanje guma većih širina iziskuje i postavljanje širih naplataka koji su, adekvatno, teži. Za kraj opisujemo oznake naplataka. U našim ste tehničkim podacima nerijetko naišli na nekakve "dimenzije naplataka". Nešto poput oznake 5 J x 13 govori nam, u stvari, kako se radi o naplatku širine od 5 cola čiji su rubovi određenog oblika (J - najčešći oblik). Oznaka "x" govori nam kako se radi o jednodjelnom naplatku dok brojka na kraju označava njegov promjer u colima - veličina jednaka promjeru gume.

U slijedećem ćemo vas nastavku Školice naučiti kako odabrati odgovarajuće široke gume za automobil, te koliki je za njih pravilan pritisak. Također, naučit ćemo kako se iz osnovnih tehničkih podataka nekog automobila može izračunati njegova najveća brzina u određenom stupnju prijenosa, s obzirom na veličinu montiranih guma.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Škola automobilske tehnike 8. prosinca 1999.

sl. 4 - Lijevani naplatak i njegovi dijelovi: a) obruč,

b) krak, c) središnji dio s otvorima za vijke

Osnove ovjesa Jupiii, danas započinjemo priču o ovjesu. Objasnit ćemo sve one čudne pojmove poput "poprečnog ramena", "McPhersonove opružne noge", "stabilizatora" i sl...

Ovjes će, nakon priče o motoru, svakako biti najopširnije poglavlje Školice. Pred nama je da vas naučimo ponešto o geometriji, oprugama, udobnosti, ulozi hidrauličkog ulja u svemu tome i koješta drugo. No, započinjući priču o ovjesu (današnji školski sat bit će tek lagani uvod u cijelu problematiku) moramo prvo razjasniti čemu on uopće služi. Problem cijele priče o ovjesu leži u tome što niti jedan njegov dio ne može djelovati samostalno, ne utječući na neki drugi. Upravo zbog te, interaktivne, naravi djelovanja komponenti ovjesa katkad ćemo opisati nešto što ćete u potpunosti shvatiti tek kada pročitate neki od slijedećih nastavaka. No, tu pomoći nema.

Čemu uopće ovjes? Za početak, željeli bismo da jedno bude jasno: Kada bi ceste bile apsolutno ravne ovjes ne bi bio potreban. To je točno, no nemojmo se previše zamarati teorijom. Potpuno ravne ceste nigdje na svijetu ne postoje, pa mi u svoje automobile "guramo" kojekakve stvarčice kako bi se sa što manje muka vozili preko neravnina, rupa, kroz zavoje i sl. Neke od tih stvarčica, a možda i najznačajnije, svakako su opruge i amortizeri. Stoga ćemo na ovom, uvodnom, satu reći ponešto o njihovoj ulozi.

Uloga opruga i amortizera u ovjesu automobila je slijedeća: Opruge drže karoseriju na predviđenoj udaljenosti od podloge Amortizeri ublažavaju okomito gibanje (poskakivanje) karoserije Na slikama 1-3 vidimo različite reakcije karoserije automobila u vožnji, a s obzirom na (teorijsku) konstrukciju ovjesa koja u prvom slučaju nema opruge ni amortizere, u drugom nema amortizere, ali ima

opruge, dok u trećem ima i opruge i amortizere. Kod automobila koji ne bi imao opruga niti amortizera (1) svi bi se udarci s neravnina na podlozi (cesti) prenosili izravno na karoseriju, a tako i putnike. Kada bi automobil imao samo opruge (2) ove bi vibracije bile donekle ublažene, no karoserija bi se neprestano ljuljala nakon prelaska preko neravnine.

sl. 1 - Bez ovjesa - udarac svake neravnine prenosi

se na karoseriju i putnike

Postavimo li na automobil iz drugog primjera još i amortizere postići ćemo da kotači prate neravnine (opruge ih stalno vraćaju u kontakt s podlogom i izravnavaju položaj karoserije), no vibracije su prigušene zahvaljujući amortizerima. Kao što vidimo sa slike 3, krivulja po kojoj se kreće karoserije blaža je od one koju prate kotači. Krivulja koja se nalazi u visini vozačeve glave gotovo je

potpuno ravna. U prostoru za putnike tako dobivamo minimalne vibracije, jer su ih većinu apsorbirale komponente ovjesa.

Priča nas, potom, vodi i do bočnog naginjanja karoserije. Dakako, svi znamo da se automobili naginju u zavojima. I tu "u igru" uskače ovjes koji mora kontrolirati automobil da se ne bi previše naginjao. Ipak, kao i toliko puta do sada, karakteristike ovjesa stvar su kompromisa. Načelno možemo uzeti u obzir da tvrđi ovjes daje više stabilnosti, pogotovo prilikom vožnje kroz zavoje te doprinosi manjem

naginjanju karoserije. To je točno, no, mekši ovjes omogućava udobniju vožnju. Isto tako, tvrdi ovjes prenosi više vibracija na karoseriju što dodatno opterećuje njezine dijelove, dok jaki udarci mogu destabilizirati automobil i izbaciti ga sa željene putanje. Kao što vidimo, rješenje je opet negdje na pola puta.

sl. 2 - Samo opruge - udarci su ublaženi, no

karoserija se neprekidno ljulja

sl. 3 - Dobar ovjes - neravnine na podlozi prate

kotači, prostor za putnike ostaje miran

O čemu ćemo sve pričati Pa, od slijedećeg ćemo se nastavka Školice zadubiti u detalje od kojih se sastoji ovjes automobila. Priču ćemo započeti opisom (teleskopskih) amortizera jer su oni ugrađeni u gotovo svim automobilima. Potom će biti riječi o vrstama opruga koje se danas koriste, a onda i o različitim izvedbama ovjesa. Govorit ćemo o njegovoj geometriji što obuhvaća oblik i položaj nosača kotača (ramena) te njihovu spregu s amortizerima, oprugama i ostalim dijelovima ovjesa. Dakako, nećemo propustiti niti posebne izvedbe ovjesa, kao što su hidropneumatski ovjes, ovjesi povezani po jednoj strani vozila, pa i mistični aktivni ovjes. U dijelu priče koji govori o konfiguraciji ovjesa bit će riječi o pojmovima kao što su multilink, polukruta osovina, Panhardova poluga ili De Dionova osovina.

Međusobno djelovanje određenih komponenti ovjesa čini ovu cijelu priču dodatno zanimljivom jer je, pažljivo proučavajući njihov utjecaj na ponašanje automobila, moguće precizno otkriti npr. što bi na nekom konkretnom vozilu trebalo preurediti kako bi mu poboljšali karakteristike. Ono što je, možda i najveća, mudrost cijele "znanosti" o ovjesu saznajemo kada smo u prilici sagledati cijelu priču - shvatit ćemo da dobro podešen ili prerađen ovjes može učiniti automobil znatno bržim, bez da smo mu uopće povećali snagu motora. Uz to, naučit ćemo prepoznavati neka svojstva ovjesa tijekom vožnje, što će nam omogućiti da bolje razumijemo ponašanje vlastitog automobila kako bi preciznije odredili gdje se nalaze granice njegovih mogućnosti te tako, vožnju učinili sigurnijom i kvalitetnijom.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Škola automobilske tehnike 15. prosinca 1999. Amortizeri

sl. 4 - Benzov auto iz 1886. ima amortizere i spiralne opruge...

sl. 5 - ... jednako kao i današnji BMW Coupé. Ideja je ostala ista, realizacija

je zakomplicirana

Kako smo prošli puta i obećali, danas priču o ovjesu nastavljamo opisom amortizera. Slušajte pažljivo!

Unatoč mnogobrojnim dijelovima koji se u njih ugrađuju, amortizeri su u stvari veoma jednostavne naprave. Jednostavno je, barem, načelo na kojemu oni rade. No, za početak da razjasnimo jednu sitnicu: amortizeri o kojima ćemo danas pričati upravo su oni "teleskopski amortizeri" koje nalazite u tehničkim podacima vozila što ih opisujemo. Također, katkada se koristi i termin "hidraulički amortizeri". Oba spomenuta naziva opisuju, barem dio, načela rada današnjih amortizera. Oni su teleskopski, jer se mijenja razmak njihovih krajnjih točaka (produžavaju se i skraćuju) tako da jedan dio amortizera ulazi u drugi. No, ujedno su i hidraulički, jer se u njima nalazi hidrauličko ulje čije strujanje daje amortizeru potrebna svojstva.

Kako radi i čemu sve to? Uloga amortizera u ovjesu automobila jest prigušivanje vibracija. Sjetite li se proteklog nastavka Školice, bit će vam poznato da se

(teorijski) automobil bez amortizera stalno ljuljao. U tom je primjeru karoserija bila postavljena isključivo na oprugama te su ju i najmanje neravnine na cesti snažno i stalno pomicale, gotovo potpuno nekontrolirano. Da bi se u ovakvo ponašanje karoserije "uvelo malo reda", postavljaju se (teleskopski) amortizeri. Njihova uloga je u tome da prigušuju titraje ovjesa do kojih dolazi prilikom vožnje preko neravnina. Ipak, poznati kompromis opet se javlja. Naime, kako ćemo vidjeti iz opisa rada amortizera, ovo se prigušivanje titraja karoserije temelji na namjernom usporavanju kretanja ovjesa. To, pak, za posljedicu ima prenošenje udaraca s podloge (ceste) na karoseriju. Što jače (tvrđe) amortizere postavimo na neki automobil, karoserija će se brže umirivati nakon što ju zaljulja neravnina na cesti. No, s druge će pak strane tvrđi amortizeri jače prenositi udarce na karoseriju što vožnju može učiniti i neudobnijom od one pri kojoj se automobil stalno ljulja.

Načelo rada teleskopskih amortizera temelji se na strujanju hidrauličkog ulja kroz ventil proračunatih dimenzija. Na slici 1 vidljivi su presjek i shema teleskopskog amortizera. Priča je jednostavna. Iz shematske slike je vidljivo da hidrauličko ulje (crveno) prilikom gibanja jedne strane amortizera prema drugoj (stiskanja amortizera) počinje teći kroz mali ventil na klipu za brtvljenje. Upravo o propusnosti ovog ventila ovisi i brzina kojom će se amortizer moći stisnuti. Drugi ventil, prikazan na shemi, također služi propuštanju ulja, no ovaj puta prilikom rastezanja amortizera. S obzirom na ovakvu "podjelu uloga" oba su ova ventila jednosmjerna, tj. propuštaju ulje samo prilikom stiskanja ili rastezanja amortizera.

Ipak, ostali smo vam dužni objasniti zbog čega uopće dolazi do stiskanja i rastezanja amortizera. Naime, završeci našeg hidrauličkog amortizera (okrugli dijelovi s provrtom, gore i dolje) pričvršćeni su svaki na svojem mjestu - jedan na karoseriji, a drugi na nosačima ili glavčini kotača. Iako će vam položaj amortizera postati jasniji u kasnijim nastavcima, napominjemo ga ovdje da biste shvatili od kuda se javlja to stezanje i rastezanje.

sl. 1 - Presjek i načelo rada teleskopskog hidrauličkog amortizera

Podvarijante i ostalo Kao i svugdje, i u priči o amortizerima imamo nekih varijacija na temu. Među najznačajnije svakako spadaju razlika između jednocjevnih (jednostrukih) i dvocjevnih (dvostrukih) amortizera te plinski amortizeri. Na slici 2 vidite prvu navedenu varijaciju, odnosno, teleskopski amortizer s dvostrukom cijevi (lijevo) te teleskopski amortizer s jednostrukom cijevi (desno). Iako je načelo rada u oba slučaja jednako, dakle hidrauličko ulje struji kroz ventile, razlike su u unutrašnjoj konstrukciji ovih amortizera. Dvocjevni (dvostruki) amortizer prikazan lijevo na slici 2 koristi vanjsku cijev (smještenu oko cijevi s uljem i klipom za brtvljenje) kao spremnik za suvišno ulje. Naime, kada se amortizer stišće, odnosno kada kotač naleti na povišenje te se približi karoseriji, kod dvocjevnih se amortizera ulje potiskuje (uz pomoć klipa) iz unutrašnje u vanjsku cijev (tanki plavi sloj u stvari predstavlja istisnuto ulje koje se sada nalazi u prostoru između vanjske i unutrašnje cijevi). Tzv. "podni ventil" koji se nalazi na ulazu u vanjsku cijev zadužen je kod dvocjevnog amortizera za kontrolu brzine protoka ulja, tj. "tvrdoće amortizera". Jednocjevni je amortizer sličniji našem primjeru sa sheme na slici 1. Kod njega se koristi tek jedna cijev, a ulje cirkulira kroz ventil smješten na samom klipu te stalno ostaje u jednoj te istoj cijevi. Sada je potrebno naglasiti da su kod svih izvedbi amortizera ventili u pravilu jednosmjerni. Drugim riječima, jedan ventil kontrolira strujanje ulja prilikom stiskanja, a drugi prilikom rastezanja amortizera. Kod većine automobila ova dva ventila nisu jednako podešena (na istu propusnost), što je i logično uzmemo li u obzir da su sile koje kotač tjeraju prema gore prilikom naleta na neko povišenje daleko veće od onih koje potom rastežu amortizer, tek pod težinom samog kotača.

No, da bi stvari bile još kompliciranije proizvođači komponenti ovjesa izmislili su amortizere čija se "tvrdoća" može regulirati. Radi se, pojadnostavnjeno govoreći, o kotačiću na vrhu amortizera (vidi sliku 3) čijim se zakretanjem podešava rad ventila za propuštanje hidrauličkog ulja unutar amortizera. Većinom, amortizeri imaju tek jednostruko ili "jednosmjerno" podešavanje. To znači da ih je moguće podešavati tek u jednom smjeru gibanja, utječući na tek jedan jednosmjerni ventil. Kod takvih se amortizera u pravilu radi u ventilu koji kontrolira povrat kotača, tj. rastezanje amortizera. Ipak, maštoviti su konstruktori u međuvremenu osmislili i amortizere s potpunim podešavanjem kod kojih je moguće mijenjati svojstva u oba smjera, tj. za oba ventila. Dakako, onima "najrazmaženijim" prodaju se takvi amortizeri s regulacijom pomoću prekidača na

sl. 2 - Dvostruki (lijevo) i

jednostruki amortizer

sl. 3 - Amortizer s

podešavanjem tvrdoće

ploči s instrumentima. Sada, uostalom, i znate kako radi ovjes (obične, ne hidropneumatske konstrukcije) na automobilima kojima se može podešavati tvrdoća (obično su to položaji "Comfort" i "Sport").

Plin Eh da. Vjerujemo da malo tko od vas nije čuo za pojam tzv. "plinskih amortizera". No, iako jezično gledajući ovaj izraz baš i ne odgovara, s obzirom na konstrukciju takvih amortizera, u njima doista ima plina. O čemu se zapravo radi. Hidrauličko ulje koje se nalazi unutar teleskopskog amortizera sklono je zagrijavanju izazvanom stalnim strujanjem kroz ventile na brtvilnom klipu. Takvo se zagrijano ulje, dakako, s vremenom počinje rastezati, tj. počinje mu se povećavati obujam. Povećanjem obujma ulja unutar amortizera povećava se i pritisak itd., itd... Da bi se nekako kompenzirala ta razlika obujma do koje dolazi unutar amortizera kada je on hladan/topao, izmišljeni su plinski amortizeri. Kod njih je, unutar cijevi, ubačen plin pod određenim pritiskom kojeg od ulja dijeli posebna brtva za razdvajanje. Kod ovakvih se amortizera povećanje obujma ulja kompenzira stiskanjem prostora u kojem se nalazi plin. Obratno, kada se amortizer ohladi i kada se ulje stisne (kada mu se smanji obujam) plin koji je pod pritiskom počinje se širiti nadoknađujući tako prostor nastao hlađenjem hidrauličkog ulja. Plinsko punjenje ove vrste omogućava amortizerima bolje podnošenje visokih opterećenja (i temperatura) te se takvi amortizeri u pravilu ugrađuju na sportske i natjecateljske automobile.

Najavljujući opsežnu temu ovjesa u prvom smo nastavku ove priče rekli kako su mnoge teme koje ćemo ovdje spominjati međusobno povezane na takav način da jedne bez drugih ne mogu biti u potpunosti razumljive. Isto ovo vrijedi i za priču o amortizerima. Na slici 4

prikazana su tri plinska amortizera s podezivom visinom platforme - nosača opruge. Ipak, ulogu i svrhu podešavanja ovog nosača moći ćemo vam objasniti tek kada u slijedećem nastavku "progovorimo" o oprugama. No, upravo zbog takve "interaktivne" prirode teme ovjesa niti današnju priču nećemo

sl. 4 - Plinski amortizeri s podesivom

platformom

moći u potpunosti dovršiti. Ono što nam ostaje za objasniti jest sam smisao podešavanja amortizera, odnosno njihove, eventualne, zamjene. Naime, iz opisa rada hidrauličkog amortizera jasno je da on pruža otpor sabijanju, ali s vremenom i biva potpuno stisnut. Imamo li tako amortizer s npr. ventilom od 50 kg ništa se s njime neće dogoditi dok ne ga ne opteretimo s 51 kg. Tada će se amortizer polako početi stiskati dok ne dođe do kraja. Teorijski bi se vozilo opremljeno isključivo amortizerima (bez opruga koje nose težinu karoserije) u zavoju počelo postepeno naginjati (brzina naginjanja ovisila bi o propusnosti ventila u amortizerima), sve dok amortizeri i karoserija ne bi "legli" na svoje graničnike.

Sada nam postaje jasno čemu služe amortizeri - usporavanju gibanja ovjesa, odnosno djelomičnoj neutralizaciji njegovog titranja. Ipak, bez opruga koje stvari vraćaju na svoje mjesto, ništa ne bi bilo moguće. No, to je već tema slijedećeg sata Školice.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------- Škola automobilske tehnike 29. rujna 1999. Kvačilo No, dobro. Završili smo s motorom i prelazimo na druge dijelove automobila. Sada bi vas, doduše, trebali poslati na ispit iz prethodnog poglavlja, no naši su nastavnici plemeniti...

U posljednje smo vrijeme dobili više pisama u kojima nas pitate, ili nam predlažete, kada ćemo u Školici početi pisati o nekim drugim dijelovima automobila (osim motora). Treba naglasiti da je naš nastavni program takav da svako područje obrađujemo detaljno i, katkada, malo sporo. No, motor se sastoji od mnogo vitalnih dijelova i priključenih agregata, te smo na njega s pravom potrošili čak 22 školska sata. Sada je, početkom nove školske godine, došlo vrijeme za neka druga područja. Prelazak na novi dio nastave "ublažili" smo s dva, neutralna, teksta iz kojih smo naučili ponešto o tekućinama bez kojih - ni makac. Stoga, zasučite rukave. Poglavlje o prijenosu snage motora započinjemo danas, pričom o kvačilu.

sl. 1 - Sastavni dijelovi kvačila s tanjurastom oprugom

Kvačilo (ili kuplung) je dio koji služi da bi se, prema potrebi, mogao prekinuti prijenos snage između motora i mjenjača. Da malo pojasnimo, reći ćemo kako prijenos snage u automobilu započinje na izlaznom dijelu koljenastog vratila i nastavlja se na kvačilo odakle odlazi prema mjenjaču. Iz mjenjača, snaga se prenosi do diferencijala te, na kraju, putem (polu)osovina do kotača. Uz ovo, jedna mala digresija. Kao i uvijek, da bi štovani kolege strojari mogli u miru spavati, napominjemo kako ćemo radi lakšeg razumijevanja teme govoriti o "prijenosu snage motora", premda bi, možda, ispravnije bilo reći "prijenos momenta motora". Najznačajniji dio kvačila, koji vidite lijevo na našoj glavnoj slici, je tzv. lamela, ili stručnije, tanjur spojke. Radi se u stvari o metalnom kolutu na koji su s obje strane zalijepljene (ili zakovane) obloge. Ove obloge, rade na istom principu kao i obloge kočnica, tj. kada su pritisnute o zamašnjak osiguravaju trenje potrebno da bi se snaga prenosila bez gubitaka. No, cijela priča zapravo počinje od zamašnjaka. Zamašnjak, koji je pričvršćen na izlaznom dijelu koljenastog vratila, ima na sebi površinu predviđenu za nalijeganje lamele kvačila. S druge strane lamele kvačila nalazi se potisna ploča. Pritiskom na papučicu kvačila u stvari se pomiče potisna ploča (posredstvom potisnog ležaja). Ona, tada, pritisne lamelu kvačila o zamašnjak (vidi sl. 2) te se cijeli taj sustav počinje okretati. Iz slika je vidljivo i to da kolut od kojega se sastoji lamela kvačila ima u sredini nekakav nazubljeni otvor. U tom je otvoru pričvršćena osovina kvačila koja, kada je lamela pritisnuta o zamašnjak i kada se okreće, prenosi snagu s koljenastog vratila prema mjenjaču. Na kolutu lamele kvačila nalaze se i opruge čija je uloga u ublažavanju trzaja koji bi se mogao prenijeti na mjenjač kada "otpustimo kuplung" (kada se lamela zavrti zajedno sa zamašnjakom).

sl. 2 - Načelo rada kvačila s tanjurastom (lijevi par) i spiralnim oprugama. Položaj a)

- kvačilo prenosi snagu, položaj b) - kvačilo je razdvojeno

Je, da ne bi sve bilo tako jednostavno, naše kvačilo ima još nekoliko bitnih dijelova. Jedan od bitnijih je i potisna ploča. Radi se opet o nekakvom metalnom tanjuru (ili prstenu, što ovisi o vašem filozofskom pristupu problemu...) s namjenom da lamelu kvačila pritisne o zamašnjak. Potisna ploča je tako napravljena da se može slobodno okretati. To je potrebno zato što potisna ploča, kada je papučica kvačila otpuštena, u stvari čvrsto naliježe na lamelu kvačila koju, s druge strane, okreće zamašnjak. Da bi se mogao ostvarivati potreban pritisak potisne ploče na lamelu kvačila (dovoljan da prijenos snage s radilice prema mjenjaču "poteče" bez proklizavanja), s njene se stražnje strane nalaze opruge. Ove opruge pritišću potisnu ploču prema lameli kvačila, a samu lamelu prema zamašnjaku. To je "normalni" položaj kvačila i u njemu je omogućen prijenos snage. Kada pritisnemo papučicu kvačila, mi u stvari, posredstvom niza poluga, djelujemo na sabijanju ovih opruga čime se lamela kvačila odvaja od zamašnjaka. Tako se, pritiskom na papučicu, prekida prijenos snage kroz kvačilo. Opruge koje pritišču potisnu ploču mogu biti spiralne ili tanjurastog oblika (uobičajenije). Sastavni dijelovi kvačila s tanjurastom oprugom prikazani su na našoj slici 1. Poklopac spojke nepomično je pričvršćen na zamašnjak i okreće se zajedno s njime. Na njega se, s unutarnje strane, oslanjaju opruge koje pritišću potisnu ploču. Potisni ležaj posljednji je od vitalnih dijelova spojke, a preko njega se prenosi sila s polužja koje vodi od papučice kvačila. Unutar potisnog ležaja prolazi osovina kvačila, prema mjenjaču.

Svatko tko je vozio automobil s automatskim mjenjačem zna da u njemu nije trebao pritiskati papučicu kvačila. Da bi takva vožnja, s automatskim mijenjanjem stupnjeva prijenosa, bila moguća, automobili s automatskim mjenjačima opremljeni su hidrauličkim kvačilom. Osnovni dijelovi hidrauličkog kvačila su dva rotora, od kojih rotor pumpe pokreće motor, a rotor turbine nalazi se sa strane mjenjača (sl. 3). Ova dva rotora okreću se neovisno jedan o drugome unutar kučišta napunjenog uljem. Uz to, rotori su odvojeni malim međuprostorom tako da nigdje nisu u kontaktu. Kada motor zavrti rotor pumpe, centrifugalna sila pokreće ulje prema lopaticama rotora turbine. Dodavanjem gasa ubrzava se okretanje rotora pumpe čime se povećavaju inercijske sile ulja koje kruži unutar zatvorenog kučišta. Kada ove sile svladaju otpor rotora turbine, on se počinje okretati, prenoseći tako snagu motora prema mjenjaču. Iz ovog je opisa vidljivo da prijenos snage unutar hidrauličke spojke ovisi o brzini rada motora. Stoga su hidrauličke spojke automobila opremljenih automatskim mjenjačima proračunate tako da pri najnižim brojevima okretaja (prazni hod) među rotorima djeluju iznimno male sile. Rezultat je mirovanje rotora turbine, a time i mjenjača te samog automobila. U praksi se ovi sustavi izvode s malo povećanim djelovanjem sila na rotor turbine, pa nerjetko vidimo da vozači automobila s automatskim mjenjačem stalno drže nogu na kočnici - automatici već bez dodavanja gasa lagano kreću naprijed. Na slici 4 prikazane su tri faze rada hidrauličkog kvačila: a) u praznom hodu inercijske su sile premale da bi zavrtile rotor turbine b) pri srednjem broju o/min motora kvačilo kao da "proklizava" - rotor pumpe se još uvijek okreće znatno brže od rotora turbine c) pri visokim se brojevima okretaja motora javljaju velike sile unutar kučišta kvačila. Inercija ulja tada je dovoljno visoka da pokrene rotor turbine istom brzinom kao i rotor pumpe

I na poslijetku, čemu sve to? Uloga kvačila je u prekidanju prijenosa snage s motora na mjenjač. Dakako, ovaj je prekid neophodan kako bi se omogućilo mijenjanje brzina, bez da pri tome "sameljemo" unutrašnjost mjenjača.

P.S. Kad nakon ovog nastavnog sata krenete doma i sjednete u auto, ne zaboravite stisnuti kuplung...

Škola automobilske tehnike 6. listopada 1999.

sl. 3 - Hidrauličko kvačilo

sl. 4 - Tri faze rada hidrauličkog kvačila

Mjenjač Ivice, reci nam čemu služi kvačilo? Pa, hm, da vozaču ne bi bilo dosadno. Mislim, da služi kako bi on imao što pritiskati tijekom vožnje. Sjedni Ivice, pišem ti jedinicu i nauči do slijedećeg tjedna!

Ovaj podnaslov ne znači da samo oni koji se zovu Ivica ne znaju ništa o kvačilu. Znači tek, da neki nisu ponovili gradivo. Pa, recite sada, kako ćemo na slijedeći sat, ako neki ne znaju niti što smo pričali na proteklom? No, u redu. recimo da svi znate o čemu se radilo.

Kao što smo već u proteklom nastavku Školice rekli, sustav prijenosa snage automobilskog motora započinje kvačilom koje je pričvršćeno na izlaznom dijelu koljenastog vratila. Poslije kvačila, na red dolazi mjenjač ("getriba" za ljubitelje lokalnog dijalekta). Zapravo, kvačilo upravo i služi tome da bismo mogli upotrebljavati mjenjač. Pojednostavnjeno govoreći, da bi se promijenio stupanj prijenosa (brzina) potrebno je, na kratko vrijeme, prekinuti prijenos snage s motora na mjenjač. Upravo tu, u "igru" ulazi kvačilo koje omogućava taj prekid. No, koja je zapravo uloga mjenjača?

Mala opaska. Slike i tekst koji ih prati, dosta su pojednostavnjeni. Jasno je, samo po sebi, da ćemo danas teško susresti automobil s ručnim mjenjačem koji ima tek četiri stupnja prijenosa. No, kako svi ručni mjenjači rade prema jednakom načelu, odabrali smo opciju jednostavnijeg primjera. Kada bismo pogon, iz motora, "tjerali" izravno na kotače, naš bi se teorijski automobil ponašao poput jednostavnog autića s elektromotorom. Koliko gasa - tolika brzina. Ipak, u praksi je potrebno naći neke kompromise (zar

opet?). Uzmemo li u obzir činjenicu da se motor automobila okreće brzinom proporcionalnom pritisku na papučicu akceleratora (gasa), mogli bismo brzinu kretanja prilagođavati isključivo pritiskom noge. Ipak, ta je teorija izvediva isključivo u idealnim uvjetima. Kada bi takav automobil došao na uzbrdicu, naglo bi se povećalo opterećenje na njegov pogonski sustav i motor bi s vremenom (stalno gubeći broj okretaja) prestao raditi. Upravo stoga, u automobilski sustav prijenosa snage ugrađuju se mjenjači. Uzmimo sada, ilustracije radi, svima znatno bliži primjer - bicikl. Kada se vozite po ravnoj cesti, mjenjač vam se nalazi u, recimo, 5. stupnju prijenosa. No, iznenada se ispred vas stvorila uzbrdica. Jasno je, prebacujete u "nižu" brzinu (stupanj prijenosa koji označujemo manjim brojem). Primjer bicikla je veoma koristan, jer se kod njega prijenosni odnosi izvode u njihovom najjednostavnijem (gotovo teorijskom) obliku. Tako kod jednostavnijeg bicikla, na osovini pedala imamo jedan zupčanik određenog promjera i (što je u stvari relevantno) određenog broja zubaca. Kada je mjenjač "ubačen" u brzinu kojom se s ovog zupčanika prijenos snage vodi na zupčanik jednakih dimenzija (jednakog broja zubaca) govorimo o tzv. "direktnom prijenosu". Dakle, koliko puta okrenemo pedale, toliko će se puta okrenuti i kotač jer je zupčanik na osovini pedala vezan lancem sa onim zupčanikom na osovini kotača koji ima jednak broj zubaca. Ipak, dolaskom uzbrdice ubrzo će vam ponestati snage. Rješenje koje se jedino postavlja jest prebacivanje mjenjača u "niži" stupanj prijenosa. To znači da ćete sada prijenos prebaciti

sl. 1 - Ručni mjenjač s četiri stupnja prijenosa

na zupčanik (na kotaču) koji ima veći broj zubaca od zupčanika na osovini pedala. Efekt ovakvog prebacivanja je taj da (ukoliko sada zupčanik na osovini kotača ima npr. 2 puta više zubaca od onog na osovini pedala) pedale okrećete jednakom brzinom kao i prije, no kotač se okreće upola sporije. Ipak, sada je efektivna snaga koju prenosite s pedala na kotač dva puta veća što vam omogućava vožnju uzbrdicom.

Kod našeg automobila, kao što vidimo iz primjera bicikla, možemo stoga podešavati snagu koju prenosimo na pogonske kotače promjenom stupnja prijenosa. Dakako, obrnuti slučaj također vrijedi. Drugim riječima, šaljemo li pogon s motora na zupčanik mjenjača koji je većeg broja zubaca od zupčanika na kotaču, smanjit ćemo snagu pogona, no i povećati brzinu okretanja kotača. U praksi, prijenosni odnosi mjenjača u automobilima završavaju na nekih (npr.) 0,82 : 1. To znači da neki automobil, čiji prijenosni odnos u najvišem (recimo petom) stupnju prijenosa iznosi 0,82 naprema 1, za svakih 0,82 okretaja koljenastog vratila napravi 1 okretaj osovine koja izlazi iz mjenjača. Kada bi to bio bicikl, (dakle bez diferencijala - vidi slijedeći nastavak), kotač bi se okretao brže od pedala. U praksi to znači veliku brzinu vožnje, no malu snagu za svladavanje uzbrdice. Dakako, u nižim prijenosnim odnosima ovi se omjeri znatno mijenjaju, pa tako u 1. brzini možemo imati odnos od 3,42 : 1. To znači da će se radilica okrenuti 3,42 puta dok se osovina koja izlazi iz mjenjača okrene tek 1 put. S ovakvim bi prijenosnim odnosom na biciklu ostvarili 3,42 puta sporije okretanje kotača od pedala, ali i 3,42 puta veću snagu (moment, preciznije) koju prenosimo na cestu. Poanta cijele priče je ta da motoru smanjimo opterećenje koje u određenim situacijama mora podnositi, te da u obrnutom slučaju povećamo brzinu kretanja vozila.

sl. 3 - Stupnjevi prijenosa mjenjača s 4 brzine: 1) prazni hod, 2) 1. brzina, 3) 2.

sl. 2 - a) direktan prijenos, b) uzbrdica

brzina, 4) 3. brzina, 5) 4. brzina, 6) hod unazad (rikverc)

Mjenjač, ili mjenjačka kutija, je u stvari hrpetina zupčanika koje pomoću nekakvih poluga dovodimo u željene međusobne odnose. Tako prebacivanjem ručice mjenjača (govorimo o ručnom, ili manualnom, mjenjaču kod kojeg se stupnjevi mijenjaju rukom, a ne automatski) poluge (vilice za pomicanje zupčanika u mjenjaču) mijenjaju međusobne položaje zučanika čime se ostvaruju i promjene u prijenosnim odnosima.

1) Prazni hod: Zupčanici izlazne osovine (I) koja vodi od kvačila odn. koljenastog vratila čvrsto su vezani za osovinu i okreću se s njom. No, zupčanici pogonske osovine (P) koja vodi do diferencijala odn. kotača slobodno se okreću na svojoj osovini i ne prihvaćaju pogon od zupčanika izlazne osovine 2) 1. brzina: Najveći zupčanik pogonske osovine poluge čvrsto spajaju s najmanjim zupčanikom izlazne osovine (najveći prijenosni odnos, npr. 3,42 : 1 što znači da zupčanik na osovini koja vodi k diferencijalu ima 3,42 puta više zubaca od zupčanika izlazne osovine s kojim je u vezi). Ostvaruje se najveći prijenos snage k pogonskim kotačima, ali i najmanja brzina njihovog okretanja 3) 2. brzina: Sada se zupčanik 1. stupnja prijenosa opet slobodno okreće na pogonskoj osovini. Čvrsto spojen s njom u ovom je slučaju zupčanik za 2. brzinu kojeg su poluge (vilice) za pomicanje zupčanika dovele u vezu s odgovarajućim zupčanikom na izlaznoj osovini. Ostvaren je (npr.) prijenosni odnos od 1,84 : 1 u korist zupčanika na pogonskoj osovini (pogonska osovina se okreće 1,84 puta sporije od izlazne) 4) 3. brzina: Slično kao i u prošlom primjeru, sada su zupčanici pogonske osovine (1. i 2. brzina) "izbačeni iz igre", a posao obavlja zupčanik 3. stupnja prijenosa. Ostvaruje se odnos od npr. 1,29 : 1 što znači da se pogonska osovina sada okreće 1,29 puta sporije od izlazne 5) 4. brzina: Pojednostavnjenim primjerom prikazujemo završni stupanj prijenosa. Svi su zupčanici pogonske osovine isključeni, te se pogon s izlazne osovine nastavlja u jednakom omjeru na pogonsku osovinu. Drugim riječima, omjer prijenosa je 1 : 1, tj. za svaki će se okretaj koljenastog vratila osovina koja vodi k diferencijalu okrenuti 1 puta. 6) hod unazad: Poluge za pomicanje zupčanika sada su uključile jedan zupčanik između zupčanika izlazne i pogonske osovine. Jasno je da se sada zupčanik pogonske osovine okreće u suprotnom smjeru (prijenosni odnos je npr. 3,42 : 1)

O bože, ako je sada nekome sve ovo jasno, neka se trenutno javi. Odmah će dobiti peticu! Jel' tako Ivice?

Škola automobilske tehnike 13. listopada 1999. Automatski mjenjač Ono što je nekoć bila tek privilegija bogatih, danas nalazimo i u automobilima najnižih klasa - automatski mjenjač

Jučer smo okupili nastavnike da pogledaju što li su sve "nadrobili" tijekom proteklog sata Školice. Zaključivši da je priča o mjenjaču doista komplicirana i, vjerojatno, nekima donekle nerazumljiva, odlučili smo malo smanjiti tempo. Za danas... Stoga, umjesto slobodnog sata koji vam ne možemo dati, evo jedne kratke priče posvećene onima koji često stoje usred gradske gužve. Danas pričamo o automatskom mjenjaču - jednoj od blagodati moderne tehnike.

sl. 1 - Djelomični presjek i najznačajniji dijelovi automatskog mjenjača

sl. 4 - Polužje koje vodi od ručice k mjenjačkoj kutiji

Neke se stvari, katkada, počnu razvijati iz krivog smjera. Kada je krenula masovnija upotreba automatskog mjenjača, moglo ga se dobiti tek u luksuznim automobilima. To je, u stvari paradoks. Naime, automatski je mjenjač najkorisniji upravo u gradskoj gužvi kada za prijeđenih 50-ak metara treba stati i krenuti desetak puta. U gradskoj gužvi, pak, najčešće srećemo male automobile. Svi oni koji svakodnevno "uživaju" u vožnji središtem nekog od većih gradova, dobro će znati o čemu govorimo. Žuljevi na desnoj ruci i dosada neprekidnog "šaltanja" u devedesetima su postali i naša svakodnevnica.

sl. 2 - Tri međusobna položaja zupčanika u planetariju: sheme a) i b) predstavljaju 2 stupnja prijenosa naprijed, dok je planetarij na shemi c) u položaju za hod unatrag

Načelo rada automatskog mjenjača je, u stvari, jednostavno izuzmemo li iz cijele priče činjenicu da se unutar njega kreće cijela hrpetina svakojakih dijelova. Sve zanimljivo vezano uz automatski mjenjač odvija se unutar tzv. planetarija. Planetarij je u stvari sklop zupčanika (vidi sl. 1) koji su međusobno povezani. Središnji zupčanik okružen je s nekoliko manjih, a oko ovih kruži plašt čija unutarnja strana također tvori jedan zupčanik. Blokiranjem pojedinih zupčanika unutar planetarija mijenjaju se i njihovi međusobni odnosi. Kako su zupčanici od kojih se sastoji planetarij različitih veličina (i brojeva zubaca), ovim se kombinacijama (sl. 2) dobivaju i različite brzine okretanja pogonske osovine. Različite brzine okretanja pogonske osovine, znamo, u stvari predstavljaju i različite stupnjeve prijenosa.

Osnovni "dodaci" koji pomažu u radu automatskog mjenjača su pojasne kočnice i lamelna kvačila (sve pokretano hidraulički) te hidrauličko kvačilo opisano u pretposljednjem nastavku Školice. Lamelna kvačila, koja se poput pojasnih kočnica nalaze unutar automatskog mjenjača, imaju ulogu uključivanja odnosno prekidanja prijenosa snage između motora i pojedinih dijelova mjenjača s planetarijima. Zaustavljanje pojedinih dijelova planetarija unutar automatskog mjenjača moguće je izvesti pojasnim kočnicama. Ove kočnice nisu ništa drugo do prstenovi koji su na jednom mjesu presječeni. Takav je prsten postavljen oko dijela koji treba zaustaviti, a njegovim se stiskanjem (koje omogućava presjek) zapravo obuhvaća i stišće dio koji treba zaustaviti. Djelovanjem ovakvih pojasnih kočnica moguće je zaustaviti vrtnju pojedinih dijelova planetarija te tako i mijenjati stupnjeve prijenosa.

Vožnja automobila opremljenog automatskim mjenjačem znatno je jednostavnija od vožnje s manualnim mjenjačem. Automobili s automatikom imaju tek dvije papučice - akceleratora i kočnice, čime je izbačena potreba za radom s kvačilom. Vozač mora ubaciti ručicu mjenjača u željeni položaj (P = parkiranje, R = hod unatrag, N = prazni hod, D = vožnja, S,L ito što i npr. 1, 2 = ograničavanje prijenosnog odnosa) te dodati gas i to je sve. Centrifugalni regulator koji se nalazi unutar automatskog mjenjača određuje koji će

sklopovi zupčanika biti uključeni kako bi se odredio pravi stupanj prijenosa. Načelno gledajući, povećanjem broja okretaja motora doći će i do promjene stupnja prijenosa (prema višem stupnju) pri predhodno određenom broju o/min. Ipak, to je tako samo u

sl. 3 - Automatski mjenjač tvrtke ZF. Vidljivo je hidrauličko

kvačilo (lijevo)

sl. 4 - Automatski mjenjač s kontrolnim

sklopom (desno od mjenjača)

teoriji jer su današnji automatski mjenjači opremljeni brojnim senzorima opterećenja te trenutak promjene stupnja prijenosa prilagođavaju načinu vožnje i uvjetima kretanja vozila. Za kraj ćemo tek objasniti spomenuto ograničavanje prijenosnog odnosa. Kako automatski mjenjač, načelno, mijenja stupnjeve prijenosa ovisno o brzini rada motora, moguće ga je ograničiti da radi tek u npr. 1 ili 2 stupnju. To znači da ćete svom automatiku "narediti" da ne smije prebacivati više od 2. brzine, za slučaj kada je vozilo pod velikim opterećenjem (vožnja velikom uzbrdicom i sl.).

Škola automobilske tehnike 20. listopada 1999. Diferencijal

Završavajući priču o prijenosu snage došli smo i do diferencijala. No iako i ovdje ima nekakvih zupčanika, ne bojte se. Nije komplicirano...

U danima kada je jedina alternativa jahanju, ili pješačenju, bila kočija nitko nije niti pomišljao na probleme koje će donijeti vozila sa samostalnim pogonom. Kočija se kotrljala na četiri kotača od kojih se svaki vrtio u svom ležaju. No, uvođenjem u "igru" motora s unutarnjim sagorijevanjem stvari su se znatno izmijenile. Problem koji se tada pojavio zove se jednostavno "vožnja kroz zavoje", a koju nikako nisu mogla savladati prva motorna vozila s parom pogonskih kotača. Raspodjela snage između istih vršila se jednostavnim prijenosom. Nekakva je osovina vodila od motora, a njezin ze moment na sredini puta između pogonskih kotača dijelio na dva jednaka dijela. Drugim riječima, oba su se kotača okretala zajedno, kao kod igračke gdje su spojeni na zajedničku osovinu. Ipak, prilikom vožnje kroz zavoje (slika 1) javlja se problem prijeđenog puta. Na gornjem dijelu slike kotači voze ravno i prelaze jednaki put. No, prilikom vožnje kroz zavoje kotač koji se nalazi s unutarnje strane zavoja (donja slika) prelazi manji put pri čemu se javlja i razlika u brzini okretanja između njega i kotača s vanjske strane zavoja. Vozila sa čvrsto povezanim kotačima u ovakvim su se slučajevima propinjala i, nerijetko, prevrtala jer su kotači međusobno pokušavali ubrzati odnosno usporiti jedan drugoga. Rješenje ovog problema pronađeno je u magičnom sklopu zupčanika nazvanom - diferencijal.

Diferencijal Osnovni sastavni dijelovi diferencijala prikazani su na slici 2 (izgled diferencijala vozila sa stražnjim pogonom). Stožasti zupčanik pogonske osovine (crveno) okreće veliki tanjurasti zupčanik (plavo) koji se zbog većeg broja zubaca okreće sporije od njega (prijenosni odnos diferencijala). Na velikom su zupčaniku pričvršćena dva do četiri manja koji služe za izjednačavanje brzine vrtnje (žuto), a sami pokreću zupčanik pogonske osovine kotača (poluosovine) - zeleno. Značajno je sada napomenuti nekoliko stvari. Iz razlike veličina zupčanika pogonske osovine i velikog tanjurastog zupčanika vidimo još jednu ulogu diferencijala, a ta je da dodatno smanjuje brzinu vrtnje pogonskih osovina. Također, kako je "izlaz" snage iz diferencijala podijeljen na dvije osovine (ne više na jednu koja čvrsto spaja oba kotača) ovakve osovine nazivamo "poluosovinama".

Načelo rada Kako u stvari radi diferencijal, prikazano na slici 3, prilično je jednostavno i temelji se na potrebi da moment pogonske osovine (koja dolazi iz mjenjača -

crveno na sl. 2) bude raspodijeljen između oba pogonska kotača tako da se oni mogu okretati različitim brzinama. Detaljno, priča izgleda ovako (slika 3): lijevo i desno na slikama nalaze se poluosovine sa pripadajućim zupčanicima (stošci na primjeru).

1) - kada se oba kotača okreću jednakom brzinom (vožnja ravno) zupčanici za izjednačavanje ne okreću se u svojim ležištima već kruže zajedno sa zupčanicima poluosovina. 2) - u drugom slučaju imamo primjer kada je lijeva poluosovina usporena (lijevi je kotač na unutarnjoj strani zavoja). U ovom se slučaju zupčanici za izjednačavanje počinju okretati u svojim ležištima i time kotrljati preko zupčanika poluosovine koja je usporena (zaustavljena). 3) - kompletan sklop diferencijala (obratite pozornost na smjer okretanja zupčanika u sva tri primjera). Pogonski zupčanik okreće veliki tanjurasti zupčanik koji je čvrsto vezan sa ležištima zupčanika za izjednačavanje. Odavde, priča ponovno kreće iz početka.

sl. 1 - Unutarnji kotač (donja

slika) prelazi manji put od vanjskoga i time se sporije

okreće

sl. 2 - Osnovni sastavni dijelovi

diferencijala

Diferencijal s blokadom - LSD Kao i uvijek, teorija i praksa podosta se razlikuju. Kada biste automobilu s običnim diferencijalom podigli u zrak jedan pogonski kotač, upalili motor i ubacili mjenjač u brzinu, isti bi se počeo okretati dok bi drugi ostao mrtav hladan, prikovan uz zemlju. Ovo je moguće upravo stoga što diferencijal dozvoljava različite brzine okretanja pogonskih kotača. No, u praksi takav rad prijenosa snage može biti i problematičan. Pri bržoj vožnji kroz zavoje nerijetko se događa da se, zbog naginjanja karoserije, kotač s unutarnje strane zavoja odigne od zemlje. U tom će se slučaju ovaj kotač nastaviti vrtiti u prazno, no diferencijal će i "prekinuti" okretanje kotača s vanjske strane. U krajnjim situacijama, ovakav gubitak pogona može rezultirati tek jednim - zanošenjem i vožnjom po travi (ako, hvala bogu, kraj ceste nije provalija). Da bi se ovakve pojave koliko-toliko ograničile, na automobile boljih karakteristika ugrađuje se diferencijal s blokadom, popularno zvan i LSD (od eng. - Limited Slip Differential). Sastavni dijelovi diferencijala s blokadom prikazani su na slici 4.

LSD je, u osnovi, jednake konstrukcije kao i običan diferencijal s iznimkom jednog para "kvačila" (kliznih stožaca) - (1). Kod vožnje ravno, proračunato trenje stožaca omogućava da LSD radi poput običnog diferencijala. Također, ništa se ne mijenja niti prilikom sporije vožnje kroz zavoje. No, povećanjem momenta koji dolazi s pogonske osovine, a time i brzine okretanja tanjurastog zupčanika (7) u diferencijalu centrifugalni sustav pomaže oprugama (3) da čvršće pritisnu stošce koji tako blokiraju zupčanike poluosovina (4).

sl. 3 - Shematski prikaz rada

diferencijala: 1) vožnja ravno, 2) kroz zavoj, 3) kompletan

diferencijal

Tako se ponovno povezuje okretanje zupčanika za izjednačavanje (6) s okretanjem poluosovina (2 i 5) čime se smanjuje gubitak pogona na kotačima. Dakako, pretjeramo li s blokiranjem rada diferencijala, vratili bi se na početak priče i slučaj s proklizavanjem i prevrtanjem. Stoga je sustav blokiranja mehaničkih LSD diferencijala proračunat i prilagođen automobilu (u opisima diferencijala s blokadom često susrećemo i vrijednosti izražene u postocima koje nam govore koliko će rad diferencijala biti blokiran pri krajnjim uvjetima vožnje).

------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Škola automobilske tehnike 22. rujna 1999. Skliski dio priče Kako ćemo motoru najbolje olakšati da se ne muči u radu znaju sve domaćice. Načelo podmazivanja strojeva jednako je onome kojim postižemo da se jaje ne zapeče u tavi

Ulja koja se koriste u motorima s unutarnjim sagorijevanjem tradicionalno su dobivana destilacijom sirove nafte (mineralna ulja). No, danas su ih, gotovo u potpunosti, zamijenila sintetička ulja koja su dobivena, najčešće, od ugljičnih spojeva i alkohola. Sintetička ulja otpornija su na visoke temperature te ih je moguće dulje koristiti, bez potrebe za čestim mijenjanjem.

Pravu ulogu motornih ulja možemo u potpunosti sagledati tek kada cijelu priču bacimo pod mikroskop. naime, koliko god nam neki pokretni dijelovi motora izgledali glatko ispolirani, pod velikim povećanjima primjećujemo da njihove površine ipak imaju dosta neravnina. Kada bismo takav dio pustili da se giba unutar, ili oko, nekog drugog jednako

sl. 4 - Konstrukcija diferencijala s blokadom

"savršeno" ispoliranog dijela motora, cijela bi naprava ubrzo prestala raditi. Sitne, prostim okom nevidljive, neravnine na površinama pokretnih dijelova prilikom rada motora zapravo nalijeću na iste takve neravnine dijelova u kojima se ovi gibaju. Pojednostavnjeno, možemo si predočiti bregastu osovinu koja je opremljena s po nekoliko ispoliranih površina (prisjetite se sata na kojem smo učili o bregastoj i objašnjavali njezin izgled) koje ju pozicioniraju unutar ležaja. Prilikom njezina okretanja (jedan okret za svako otvaranje/zatvaranje ventila) dolazi do trenja uzrokovanog upravo "sudaranjem" mikroskopskih neravnina na površini bregaste osovine i mjesta na kojem je ona uležajena. To trenje za posljedicu ima povećavanje temperature obaju dijelova, a zagrijani i (samim time) omekšani dijelovi skloni su oštećenjima. Klasična posljedica nedostataka u podmazivanju, ili potpunog kolapsa sustava za podmazivanje, u automobilskom motoru je prestanak rada.

Vjerojatno ste, ne jednom, čuli kako je nekome motor "zaribao". Radi se upravo o tome da je, uslijed lošeg ili nikakvog podmazivanja, došlo do povećanog trenja među pokretnim dijelovima motora. Ti su se dijelovi potom pretjerano zagrijali, deformirali i cijela se stvar zaglavila. Kako bismo sve to spriječili, pokretne dijelove motora opskrbljujemo uljima koja znatno smanjuju moguća trenja. Princip na kojemu u stvari "radi" motorno ulje je jednostavan. Molekule ulja "zavlače" se između mikroskopskih neravnina na pokretnim dijelovima motora te im omogućavaju da jedni preko drugih lakše klize. Dakako, ovdje trebamo staviti i jednu napomenu. Naime, niti jedno podmazivanje nije idealno te se zbog toga, ali i drugih parametara koji se javljaju u vidu raznih opterećenja među dijelovima u pokretu, elementi automobilskog motora ipak troše. S vremenom dolazi do istrošenja ležajeva i raznih drugih površina po kojima klize, ili se oko (unutar) njih okreću dijelovi motora. Naravno, takvo je trošenje neuporedivo manje od onoga koje bi se pojavilo kada ne bismo koristili podmazivanje.

Trebamo napomenuti i, potpuno tehničku (jel' tako dragi strojari?), činjenicu da se dva pokretna dijela koja su u međusobnom kontaktu uvijek izrađuju s nekom međusobnom tolerancijom. To znači da između neke osovine i nekakvog prstena oko nje, koji ju pridržava na pravom mjestu i služi kao ležaj, uvijek postoji izvjesna tolerancija, odnosno razmak. Taj razmak je tu, dakako, da bi se dijelovi mogli uopće okretati jedni unutar drugih, no u našem slučaju uloga razmaka je i ta da se napravi mjesta u koje ulje za podmazivanje može ući.

Nekoliko je osnovnih uloga što ih ulje u motoru mora ispunjavati:

1. Ulje podmazuje pokretne dijelove kako bi se smanjilo njihovo trošenje. Razmaci između pokretnih dijelova ispunjeni su uljem, pa se ti dijelovi u stvari gibaju na tankim slojevima ulja čime se ostvaruje smanjenje trenja i unutarnjih gubitaka snage u motoru. 2. Ulje u svojem kretanju kroz motor sakuplja toplinu. Na donjem dijelu uobičajenih automobilskih motora uvijek se nalazi korito (karter) u kojem je smješteno ulje. Tijekom rada motora pumpa kanalima tjera ulje prema svim pokretnim dijelovima koje je potrebno podmazati te se ono tamo zagrijava, preuzimajući na sebe dio topline. Prilikom povratka u korito ulja se hladi predajući toplinu i samom koritu koje ju "iznosi" u okolinu

preko svojih stijenki. Ovdje treba naglasiti kako su motori visokih karakteristika katkada opremljeni i hladnjacima za ulje (konstrukcije slične hladnjacima rashladne tekućine) čime se postiže bolje hlađenje ulja, a tako i dijelova motora koji su u međusobnom kontaktu. 3. Ulje popunjava razmake između ležajeva i pokretnih dijelova. Pri naglim promjenama u dinamici rada motora, zbog razmaka potrebnog da bi se dijelovi mogli pokretati, javljaju se velika opterećenja. Sloj ulja koji se nalazi između ležajeva i pokretnih dijelova u ovome slučaju služi za ublažavanje tih opterećenja čime se također smanjuje njihovo trošenje. 4. Ulje pomaže međusobnom brtvljenju pokretnih dijelova motora. Uz ulogu podmazivanja među klipnim prstenovima i unutarnjim stijenkama cilindara, ulje doprinosi i njihovom međusobnom brtvljenju čime se dodatno sprečava mogućnost prolaska plinova (pogotovo u ekspanzijskom taktu) između klipa i stijenke cilindra. 5. Ulje čisti motor. Prolaskom kroz ležajeve motorno ulje za sobom odnosi i sitnu nečistoću, pa čak i male otkrhnute dijelove motora. Strujanjem ulja kroz motor sve se odvodi u korito na čijem dnu ostaju krupnije čestice, dok se one sitnije zadržavaju u filteru za ulje.

U nastavku navodimo i osnovna svojstva ulja potrebna za pravilno podmazivanje motora:

1. Ispravna viskoznost. Viskoznost je otpornost ulja prema tečenju. U stvari, radi se o tome da ulja manje viskoznosti lakše teku kroz za to predviđene dijelove motora, dok ona veće viskoznosti teku teže. U praksi možemo pojednostavniti priču i reći da se radi o osobini koja se manifestira slično gustoći tekućine. Ulje preniske viskoznosti neće se dovoljno dugo zadržavati na površinama dijelova koje je potrebno podmazivati. S druge pak strane, ulje previsoke viskoznosti pri pokretanju hladnog motora ne može na vrijeme doći do svih mjesta koja treba podmazivati. Korištenje ulja ispravne viskoznosti (kakvu propisuje proizvođač motora) je, kao što vidimo, najznačajniji čimbenik ispravnog podmazivanja. Dakako, gustoća ulja se mijenja s promjenom njegove temperature te ovakva ulja nazivamo uljima jedinstvene viskoznosti.

2. Indeks viskoznosti. Ovo je mjera koja nam govori koliko se mijenja gustoća ulja (jedinstvene viskoznosti) s promjenom njegove temperature. Naime, mogući problem se javlja kod ulja koja bi u radu hladnog motora mogla biti pregusta, a previše rijetka kada se motor zagrije. Stoga se uljima, uz razne druge aditive, dodaju i sredstva za unapređivanje indeksa viskoznosti kako bi njihova gustoća ostala približno jednaka u velikom rasponu temperatura. 3. Stupnjevi (brojevi) viskoznosti. Kod ulja jedinstvene viskoznosti

postoji više stupnjeva. Tako, npr., imamo "zimska" ulja (W=winter) oznaka SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W itd. (SAE = Society of Automotive Engineers - prema kojem je razvijen sustav gradacije motornih ulja). Za druga korištenja ulja, osim tzv. zimskih, možemo naići na oznake SAE 20, SAE 30, Sae 40 itd. Dakako, napominjemo kako se ovdje i dalje radi o uljima jedinstvene viskoznosti. Što je viši broj u ovoj oznaci, ulje je gušće. 4. Ulja višestruke viskoznosti. Kod većine motora današnjih osobnih automobila naći ćemo uputu za korištenje ulja višestrukog stupnja viskoznosti. Radi se, u stvari, o uljima kojima su dodana sredstva za unapređivanje stupnja viskoznosti kako bi se ostvarile približno jednake karakteristike pri većem rasponu temperatura. Tako ulje višestruke viskoznosti gradacije SAE 5W-30 ima viskoznost ulja SAE 5W kada je hladno, odnosno viskoznost ulja gradacije SAE 30 kada je vruće.

Za kraj ćemo napomenuti još nekoliko svojstava kojima se odlikuju današnja ulja namijenjena automobilskim motorima. Poboljšanja karakteristika ulja, kao što smo već vidjeli, ostvaruju se dodavanjem raznih aditiva. Tako se u današnjim uljima mogu naći dodaci koji sprečavaju koroziju dijelova motora koji su u dodiru s uljem, ali i dodaci za čišćenje koji poput kakvog sapuna skidaju sagorjele naslage s unutarnjih površina motora i odnose ih u korito. Upravo zbog takvih ostataka sagorjevanja stara motorna ulja bivaju tamnija ili katkada i potpuno crna (ipak, nemojte mijenjati ulje toliko rijetko...).

---------------------------------------------------------------------------------------------------

13. rujna 1999.

Podjela ulja prema viskoznosti: A - ulja jedinstvene

viskoznosti, B - ulja višestruke viskoznosti, C - ulja koja lako teku

Škola automobilske tehnike Dobra kapljica! Bez straha, u današnjoj priči neće biti mnogo kemije. Objasnit ćemo kako se benzin proizvodi, od čega se sastoji te koje su mu karakteristike značajne za pravilan rad motora

Iako bismo priču mogli započeti od "stoljeća sedmog", ljudi su za naftu znali daleko prije nego li je ismišljen motor pokretan njezinim derivatima, povijest benzina ostavljamo nekim drugim nastavnicima.

Benzin je jedan od brojnih derivata sirove nafte koji se proizvodi u rafinerijama destilacijom unutar frakcijskog tornja. Sirovu se naftu u rafineriji zagrijava na temperaturu vrelišta njezinih sastavnih dijelova te se njihove pare odvode u frakcijski toranj. Tamo se iste hlade i kondenziraju na različitim visinama. Iz ovog tornja potom izlaze razni derivati koje se razvrstava, dodatno pročišćava te se nekima od njih dodaju aditivi radi postizanja određenih komercijalnih karakteristika. Ovakvim se postupkom frakcijske destilacije iz 100 litara sirove nafte dobije oko 44 l benzina te brojni drugi derivati. Benzin, kakav koristimo za pokretanje današnjih automobila, u stvari je ugljikovodik (HC) koji se sastoji uglavnom od vodika (H) i ugljika (C) uz dodatak nekih aditiva. U slučaju idealnog izgaranja u motoru, sav bi benzin trebao sagorjeti ostavljajući tek vodu (H2O) i ugljični dioksid (CO2) kao nusprodukte izgaranja. Pa ipak, u praksi nije tako, te dio benzinskih para (HC) ostaje nesagoren napuštajući ispušni sustav vozila zajedno s dušičnim oksidima (NOx) i ugljičnim monoksidom (CO) koji se stvaraju u procesu iszagranja. Jednadžba na slici 1 prikazuje što se događa tijekom procesa izgaranja u cilindru benzinskog motora.

sl. 1 - Proces sagorjevanja benzina

Izgaranje započinje gorenjem ugljikovodičnog goriva u prisutnosti dušika (N) i kisika (O2) iz zraka. Primjećujemo da se HC nalazi s obje strane jednadžbe što pokazuje kako dio goriva ostaje nesagoren napuštajući cilindar motora u obliku benzinskih para. Uz HC, ispušni plin sadržava i CO, CO2, NOx i H2O (vodenu paru). Ugljični monoksid jedan je od produkata nepotpunog sagorijevanja i nastaje kada se jedan atom ugljika spoji s jednim atomom kisika (umjesto s 2 atoma kisika). Nedostatak kisika u ovom slučaju sprečava stvaranje ugljičnog dioksida. CO je veoma otrovan plin koji može izazvati smrt kod ljudi koji, npr., provedu tek tri minute u zatvorenoj garaži uz upaljeni motor automobila.

Uz zagađenje izazvano ispušnim plinovima vozila pokretanih motorima s unutarnjim sagorjevanjem veoma često spominjan pojam je i smog. Naime, jedan od izvora smoga je reakcija do koje dolazi između ugljikovodika (HC) i dušičnih oksida (NOx) u prisutnosti sunčeve svjetlosti. Stoga je i sprečavanje stvaranja dušičnih oksida u motoru

jedan od načina borbe protiv smoga. Dušični se oksidi stvaraju pri visokim temperaturama izgaranja. Kada temperatura dosegne više od 1371°C (izgarajući plinovi unutar motora dostižu temperaturu i do 2482°C) dio dušika i dio kisika iz zraka se spaja stvarajući NOx.

Isparivost benzina jedna je od njegovih najznačajnijih karakteristika. Najznačajnijih, jer se benzin koji više isparava bolje može pomiješati sa zrakom. Također, lakše je pokrenuti hladni motor s benzinom koji više isparava. Benzin koji slabo isparava može ući u cilindre u obliku kapljica koje, potom, dolaze na stijenke cilindara i s njih ispiru ulje. Takako, takav slučaj povećava trošenje košuljica, samih klipova te klipnih prstenova. Ipak, isparivost goriva treba biti prilagođena uvjetima u kojima se ono koristi. Benzin prevelike isparivosti može parama "začepiti" dovodne cijevi i tako zaustaviti rad motora.

sl. 2 - INA rafinerija Sisak

Oktanska vrijednost benzina najčešće je spominjana karakteristika ovog goriva. U stvari, radi se tek o otpornosti spram detonativnog izgaranja. Detonativno izgaranje nastaje kada se dijelovi smjese zapale sami od sebe (nastaju dva plamena: onaj koji se širi od svječice i onaj od samopaljenja) te kada se sudare dva čela plamena. Taj sudar frontalnih dijelova dvaju plamena unutar cilindra čujemo kao nekakvo "kuckanje" iz motora. U praksi, radi se o poznatom slučaju kada na uzbrdici dajete previše gasa u previsokom stupnju prijenosa. Motor počinje kuckati što, u stvari, predstavlja nepravilno (detonativno) izgaranje. Mnogi pri ovakvoj pojavi, pogrešno, kažu kako se to "čuju ventili". Treba napomenuti da detonativno izgaranje može znatno oštetiti motor. Mogućnost pojave detonativnog sagorjevanja veća je kod motora s visokim stupnjem kompresije. Stoga se i prodaju goriva različitih oktanskih vrijednosti prilagođena upotrebi na različitim motorima. Priča je, zapravo, veoma jednostavna i govori da veći oktanski broj garantira i veću otpornost spram detonativnog sagorjevanja. Drugim riječima, Fićeka nećete zeznuti stavite li u njega 98 oktanski benzin, ali Porscheu se nikako ne bi svidjeo 95-oktanac. Oktanska vrijednost benzina određuje se posebnim jednocilindričnim ispitnim motorom kojem je, tijekom rada, moguće mijenjati omjer kompresije. Takav se motor pušta u pogon s gorivom kojem mjerimo oktansku vrijednost nakon čega ga se pušta u pogon s mješavinom dvaju ugljikovodika od kojih je jedan izooktan (veoma otporan spram detoniranja), a drugi n-heptan koji rado detonira. Benzin označujemo oktanskom vrijednošću od (npr.) 90 kada u motoru za ispitivanje pokaže jednaku otpornost spram detoniranja kao i pokusno gorivo s 90% izooktana i 10% n-heptana. Dobro poznati način rješavanja problema otpornosti goriva spram detonativnom sagorjevanju je dodavanje olovnog tetraetila benzinu čime se omogućava korištenje istog goriva u motorima višeg stupnja kompresije (uz ovaj dodatak povećava se oktanski broj). Ipak, kao što znamo, olovo baš i nije neki posebno zdrav metal (uf!) pa se, u svijetu, već od sredine 70-ih godina počinju u javnu upotrebu uvoditi bezolovni benzini. Uz to, ulijete li olovni benzin u automobil opremljen katalizatorom, za vrlo ćete ga kratko vrijeme uništiti stvarajući na površinama platinskog saća naslage koje onemogućavaju normalne procese eliminiranja HC.

sl. 3 - Bilo jednom u Americi...

Škola automobilske tehnike 8. rujna 1999. Kanalizacija motora Kako se automobilski motor rješava svojeg "otpada", uz pohvalnu brigu o zaštiti okoliša, saznajemo na današnjem satu gdje opisujemo cijelu hrpu vrućih metalnih cijevi, te nekakva slova grčkog alfabeta

Poput svih živih bića, naš motor muči muku s neprobavljenim sastojcima svoje hrane. Do sada smo već naučili kako na njegova usta dolaze gorivo i zrak, te kako se sve to u njegovom želucu probavlja uz dramatično izgaranje pri visokim temperaturama. No, motor nije savršen. Dio prožvakanog ipak ostaje neprobavljen, što se na kraju prehrambenog procesa mora nekako izbaciti. Razlika motora s unutarnjim sagorijevanjem i živog bića ovdje je tek u tome što on nusprodukte svoje prehrane izbacuje stalno (užas!).

Osnovni dijelovi ispušnog sustava prikazani su na sl. 1. Nakon izgaranja, vrući plinovi kroz otvoreni ispušni ventil odlaze u ispušnu granu, prolaze pokraj lamba-sonde (čemu ta grčka slova?), ulaze u katalizator te nakon njega prolaze kroz jedan ili više prigušivača. Na poslijetku, sve što je ostalo odlazi u atmosferu pa mi to onda lijepo

udišemo, i tako to...

Ispušna grana, ili ispušni kolektor, svojim je izgledom slična usisnoj grani. No, ovdje se radi o cijevima koje se nastavljaju na ispušne otvore cilindara. Ispušna grana u "običnih" je automobila najčešće izrađena od metala lijevanog u kalupu, no ima ih i koje su izrađene od

sl. 1 - Osnovni dijelovi ispušnog sustava

automobila

sl. 2 - Ispušni kolektor 4-cilindričnog motora

međusobno zavarenih valjanih cijevi (poput grane motora visokih performansi prikazane na sl. 2). O grani ne treba mnogo pričati, osim što ćemo spomenuti da ju (dok motor radi) ne treba pipati jer su, kao što znamo, ispušni plinovi koji kroz nju prolaze izuzetno visoke temperature. No, ono što je tehnički ipak značajnije, je konstrukcija ispušne grane, od kojih na slici 3 vidimo četiri najuobičajenije. Lijevo je prikazan ispušni kolektor jeftinog četverocilindraša, obično napravljen od lijevanog metala. Ispušni se plinovi ovdje dovode iz sva 4 cilindra cijevima koje se spajaju na jednom mjestu odakle sve ide prema katalizatoru i prigušnim loncima. No, druga slika prikazuje već malo "pametniji" kolektor. Kod njega su ispušne cijevi spajane postepeno čime se smanjuju unutarnji otpori ispušnog sustava (protutlak) uz što se ubrzava njihovo strujanje. Slijedeća je još jedna verzija iste priče, dok ona desno prikazuje ispušni kolektor motora kakvi se ugrađuju na sportske automobile (pa i Formulu 1 i sl.). Ovdje je osnovni cilj konstrukcije (sve su cijevi približno jednake duljine) da se minimalno smanji protutlak kako bi ispušni plinovi strujali što brže olakšavajući tako "posao" motoru koji svoj radni vijek provodi na relativno visokim brojevima o/min (jedna takva grana je i ona sa slike 2).

sl. 3 - Različite izvedbe ispušnih grana - najkompliciranije je najbolje (i

najskuplje)

U posljednjih godina, gotovo neizostavni, dio svih modernih motora je i tzv. Lambda sonda. Ova neobična naprava grčkog imena u stvari je senzor koji očitava količinu kisika u ispuhu. Kako smo već prije naučili, za potpuno izgaranje benzina potrebno je ostvariti omjer količine goriva i zraka od 14,7 : 1 (u korist zraka, dakako).

Lambda, koja je postavljena na mjestu gdje se sve cijevi ispušnog kolektora spajaju u jednu, mjeri količinu kisika u ispušnim plinovima i "uspoređuje" ju s količinom njegovog postotka u atmosferi. Sama sonda, veličine prosječne svječice, je električni uređaj koji na promjenu količine O2 (plinovi ulaze kroz otvore na vrhu) u ispuhu reagira promjenom napona na svom električnom priključku (raspon je obično

između 0,15 i 1,30 V). Kada je omjer goriva i zraka ubačenih u cilindar približan stehiometrijskom idealu (14,7:1) lambda daje napon od cca. 0,45 V (450 mV). Kada sadržaj kisika padne ispod te vrijednosti, napon na izlaznom konektoru lambde se povećava što upućuje na bogatu mješavinu. Dakako, kod siromašne mješavine je obrnuto. Ovaj naponski signal iz lambda sonde putuje do središnjeg računala koje pomoću njega

sl. 4 - Lambda sonda

prilagođava količinu goriva što se ubrizgava u cilindre (položaj lambda sonde u ispušnom sustavu i njezina konstrukcija prikazani su na sl. 5).

Zanimljivo je napomenuti kako je lambda sondu moguće koristiti i za podešavanje starijih motora (bez katalizatora i sličnih "divota") što, katkada, rade natjecatelji s ograničenim budžetima. Za tu se svrhu na ispušnoj grani (gdje se sve cijevi spajaju u jednu) probuši rupa u koju se zavije Lambda. Običnim se voltmetrom potom mjeri napon na priključku lambde te je tako moguće podesiti idealnu mješavinu, bilo na rasplinjaču ili sustavu s ubrizgavanjem.

Noćna mora svih "trkača" na modernim automobilima svakako je katalitički konvertor (presjek - sl. 6) ili, popularnije, katalizator. Ovo je, u stvari, metalna kutija u kojoj se nalazi saćasti keramički monolit, najčešće, presvučen platinom. Uloga katalizatora, koji se koristi kod motora pokretanih bezolovnim benzinom, je u smanjivanju emisije štetnih plinova. Današnji, tzv. trostazni, katalizatori djeluju na ispušne plinove tako da izazivaju oksidaciju ugljičnog monoksida (CO) i ugljikovodika (HC) te redukciju dušičnih oksida (NOx). No, da bi se ovi procesi mogli odvijati na šupljikavoj površini unutrašnjosti katalizatora, potrebno ga je dovesti na radnu

temperaturu (300 - 800 °C). Najveći problem ovdje se javlja kod pokretanja hladnog motora kada ispušni plinovi prolaze kroz nezagrijani katalizator. U svrhu što bržeg dovođenja katalitičkog konvertora na radnu temperaturu, u ispušnim se sustavima današnjih motora pribjegava različitim rješenjima. Najčešće se primjenjuje sustav naknadnog upuhivanja svježeg zraka u ispuh (ispred katalizatora) čime se, dodavanjem kisika, povisuje temperatura ispušnih plinova. Druga verzija zagrijavanja je ona s električnim grijačima unutrašnjosti katalizatora (male okrugle točkice na saćama monolita - sl. 6). Noćna mora, spomenuta na početku ovog odlomka, u stvari proizlazi iz činjenice da unutrašnja struktura katalizatora stvara veliki otpor strujanju ispušnih plinova čime se smanjuje snaga motora (kod nekih, navodno, i do 20%!), pa su katalizatori danas (kako na benzinskim tako i diesel motorima) još uvijek stvar velikih

sl. 5 - Konstrukcija i smještaj O2 senzora

sl. 6 - Presjek keramičkog katalizatora s električnim

grijačima

polemika i proučavanja (postavlja se pitanje svrhe redukcije štetnih plinova ovakvim "blokiranjem" ako, potom, za postizanje iste snage kao i bez katalizatora, treba staviti snažniji motor koji sagorjeva više goriva).

Na kraju ispuha dolazi, vjerojatno i najpoznatiji dio, ispušni lonac. Pravilnije rečeno "prigušivač", ovaj je dio ispušnog sustava, opet, nekakva metalna kutija kojom se pokušava postići smanjenje buke. Naime, plinovi koji nastaju izgaranjem smjese goriva i zraka veoma se brzo šire izlazeći iz cilindara pod visokim pritiskom (i nadzvučnom brzinom). Uslijed toga, u ispušnom sustavu ovi plinovi uzrokuju veoma snažne titraje (frekvencije od nekoliko tisuća u minuti) koji bi, bez adekvatnog prigušenja, stvarali ogromnu buku (vjerojatno ste, berem jednom, čuli motor nekog natjecateljskog automobila koji nije imao ispušni "lonac"). Kako bi se umirilo ove titraje, na kraju (poslije katalizatora) ispušnog sustava postavljaju se prigušivači. Najjeftinija, i najčešća, konstrukcija prigušnog lonca vidljiva je na vrhu slike 7. Ovdje se radi o tzv. refleksijskom prigušivaču koji znatno usporava strujanje plinova, no time i stvara relativno veliki protutlak u ispušnom sustavu, smanjujući tako upotrebljivu snagu motora. Najbolje rješenje, glede protutlaka, je apsorpcijski prigušivač (na dnu slike 7). Kod njega plinovi prolaze perforiranom cijevi omotanom apsorpcijskim (prigušnim) materijalom. No, kod ovakvih se prigušivača brzina strujanja plinova ne smanjuje znatno što za posljedicu ima i znatno veću buku motora (uz to, tek će dobro proračunate dimenzije ispuha dati doista veću snagu, kakav god prigušivač mi stavili). Kao i uvijek, proizvođači automobila nude kompromisno rješenje. To je apsorpcijsko - refleksijski prigušivač (sredina slike 7) koji se prema stvorenom protutlaku i buci na izlazu nalazi, dakako, negdje oko "pola puta" između prethodna dva rješenja.

Ipak, treba naglasiti kako je dozvoljena količina buke regulirana i zakonskim propisima. Stoga ćete sa šminkerskim ispušnim loncem, poput "Peco big-bore" (sl. 8) teško izazvati vesele osmjehe policije u pristojnim zemljama Zapada...

sl. 7 - Najčešće konstrukcije ispušnog lonca (strelice pokazuju smjer strujanja plinova)

--------------------------------------------------------------------------------------------------------- Škola automobilske tehnike 25. kolovoza 1999. Puhalice Koliko god mi filozofirali o nekakvim viševentilskim motorima, dorađenoj elektronici i tko zna čemu, ozbiljna igra sa snagom započinje tek s primjenom puhalice

Iako vjerujemo kako su se gotovo svi autoljupci barem jednom negdje sreli s temom turbopunjača, moramo misliti i na one koji to nisu. Uostalom, ovo je ipak škola za početnike. No i vama koji mislite da su puhalice mačji kašalj, savjetujemo jedno solidno ponavljanje gradiva. Stoga, sjednite u klupe!

Većina današnjih motora koji pokreću automobile koristi tzv. "atmosferski usis". Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za nekakve atmosferske motore, barem u pričama o Formuli 1. No, dakle. Poznato nam je iz prijašnjih nastavaka da je zrak iz atmosfere potrebno nekako ugurati u cilindar. Silu koja se za to brine nazivamo Atmosferski tlak i radi se o uobičajenom pritisku zraka koji nas okružuje na površini mora (atmosferski tlak iznosi 14,7 psi = 101,3 kPa = 1 bar). Klip u svojem gibanju od gornje mrtve točke stvara u cilindru podtlak, obično nazvan i (djelomični) vakum. Taj podtlak dovodi do razlike između atmosferskog pritiska i onog u usisnom sustavu motora (koji je pri usisnom taktu manji od atmosferskog). Upravo zbog toga, naša sila - Atmosferski tlak, tjera zrak u

sl. 8 - Velika cijev - mnogo buke, ali

ne i uvijek više snage (dinamika fluida je komplicirana stvar...)

usisni sustav i, ovisno o otvorenosti leptira, u sam cilindar. No, poznato nam je i da je za izgaranje neke količine goriva u cilindru potrebna i određena količina zraka. Logično je da, želimo li iz motora izvući veću snagu, moramo u njemu sagorjeti i više goriva. No, za taj je proces potrebno i više zraka, a atmosferski ga tlak ne može ubaciti u usis više nego li to određuje spomenuta razlika pritisaka. Tu u pomoć uskaču uređaji za prednabijanje zraka koje dodajemo atmosferskim motorima kako bi im povećali snagu, zadržavajući pri tome isti radni obujam.

Sve uređaje za prednabijanje zraka zajedničkim imenom nazivamo "kompresori", a razlikujemo turbokompresore (pokretane strujom ispušnih plinova) te mehaničke kompresore (pokretane remenom ili lancem s koljenastog vratila). U prvom nastavku priče o prednabijanju reći ćemo riječ-dvije o turbokompresorima (turbopunjačima). Princip rada ove vrste kompresora vidljiv je na slici 1. Turbokompresori se sastoje od dva osnovna dijela, a to su: turbina kompresora te pogonska turbina. Kompresorska turbina u stvari je kotač na kojem se nalaze lopatice. Rotacija tih lopatica pokreće zrak koji je pod

atmosferskim tlakom ušao u kompresor iz dovoda (cijevi koja vodi od filtera zraka ili sl.) te ga pod povećanim tlakom tjera dalje prema motoru, odnosno, cilindrima. Na drugom kraju osovine na kojoj se nalazi kompresorska turbina smještena je pogonska turbina. I ova turbina ima kotač s lopaticama a pokreće ju struja ispušnih plinova koja dolazi iz cilindara (ispušne grane motora). Ispušni plinovi tako prolaze preko lopatica pogonske turbine što izaziva njihovu rotaciju, nakon čega napuštaju turbokompresor putujući dalje, u ispušni sustav. Kako su pogonska i kompresorska turbina spojene jednom osovinom, struja ispušnih plinova posredno pokreće i kompresorsku turbinu. Jasno je iz samog načela rada turbokompreora da kao rezultat na njegovom izlazu dobivamo struju zraka pod pritiskom većim od atmosferskog. Tako je u cilindre moguće ubaciti više zraka, a samim time i više goriva koje će u potpunosti sagorjeti. Rezultat svega je značajno povećanje snage motora.

sl. 1 - Shematski prikaz turbopunjača

Jasno je da se s povećanjem pritiska na papučicu akceleratora (dodavanjem gasa) povećava i brzina rada motora, a samim time i brzina strujanja ispušnih plinova. Rezultat toga je i povećanje brzine okretanja turbina u turbokompresoru (brzine dostižu i do 120.000 o/min). Ipak, kao i toliko puta do sada, moramo zadovoljiti neke kompromise. Turbokompresor je proračunan da daje neke određene vrijednosti pritiska (prednabijanja) na izlazu iz turbine pri određenim brzinama rada motora. No, jasno je da njegova uloga mora pokrivati što veći raspon brojeva o/min. Problem se javlja kada motor natjeramo u područja visokih okretaja. Turbokompresor, koji je proračunan da daje potreban pritisak i pri nižim brojevima o/min, pri izrazito visokim brzinama može početi isporučivati previsoki pritisak prednabijanja. Kako bi se spriječile moguće štete koje bi ovako visok pritisak uzrokovao, uz turbokompresore se ugrađuju i "wastegate" (dump-valve) sigurnosni ventili (zlatni dio na vrhu turbokompreora - početna slika). Uloga ovih ventila je da oslobode dio pritiska s izlaznog dijela turbokompresora (puštajući ga u atmosferu) i tako smanje tlak u usisnom sustavu. Wastegate ventili obično su pokretani pneumatskim putem pomoću membrane (dijafragme) koja se nalazi pod pritiskom proizvedenim u turbini. Kada ovaj pritisak dostigne najveću proračunanu vrijednost, membrana ovog ventila pomiče polugu koja pak otvara tzv. "bypass" prolaz. Bypass je u stvari cijev kroz koju suvišni pritisak napušta usisni sustav motora. Valja napomenuti kako su wastegate ventili u nekim automobilima pokretani i elektromagnetski, uz kontrolu središnjeg računala.

sl. 2 - Kučišta pogonske i kompresorske

turbine

Na slici 3 prikazan je turbokompresor promjenjive geometrije. Naime, osim prevelikog pritiska, u prednabijanju se javlja i problem poznat kao "kašnjenje" (turbo-lag). Svi koji su vozili automobile s turbokompresorima stalne geometrije poznaju efekt koji se javlja pri naglom dodavanju gasa u nižim brojevima okretaja. Kako je cijeli kompresor proračunan za neke srednje vrijednosti pritiska ispušnih plinova, jasno je da pri niskim brojevima o/min tlak u ispuhu nije dovoljan da zavrti lopatice pogonske turbine na brzinu potrebnu za ostvarivanje potrebnog pritiska prednabijanja. U "običnim" se turbo-automobilima tako može osjetiti nagli udar (naglo ubrzanje) koji dolazi kada se tlak u ispuhu dovoljno poveća. Kako bi se izbjegli ovakvi nedostaci i postigao efikasan rad turbopunjača pri nižim brojevima okretaja motora, izmišljene su pogonske turbine s krilcima promjenjive geometrije. Ovakva (dodatna) krilca, upravljana središnjim računalom, usmjeravaju struju ispušnih plinova na lopatice pogonske turbine kako bi se najbolje iskoristio raspoloživi pritisak struje ispuha te poboljšalo prednabijanje i pri nižim brojevima okretaja. Drugi način rješavanja ovog problema je u postavljanju dvaju turbopunjača (bi-turbo) manjih dimenzija čije su mase pokretnih dijelova manje te postižu potrebnu brzinu vrtnje i uz relativno sporu struju ispušnih plinova.

sl. 3 - Turbokompresor promjenjive geometrije

sl. 4 - Položaj turbopunjača na motoru (Cosworth Turbo)

Škola automobilske tehnike 4. kolovoza 1999.

Učitana pamet

Sve opisano u prošlom nastavku govorilo je kako elektronika motora donosi zaključke. No, ona je prvo trebala nešto i naučiti. O tome govorimo ovaj puta

Ovaj vas puta nećemo previše gnjaviti. Zapravo, današnji je nastavak Školice skraćen, a u klupi ćete sjediti znatno manje. Razlog je tome taj što nam je ostalo za objasniti tek nekoliko detalja vezanih uz automobilsku elektroniku. Prvi dio današnjeg nastavnog sata objašnjava kako ECU "uči". Dakako, jasno je da se nitko sam po sebi nije rodio pametan, pa tako niti naše upravljačko računalo. Sva pamet kojom Elektronički kontrolni modul donosi brze zaključke vezane uz trenutak paljenja i potrebnu količinu goriva nalazi se u programu koji je unesen u njegovoj memoriji. U stvari, kada pred utrku Formule 1 vidite zakrabuljene mehaničare kako mahnito priključuju svoja prijenosna računala u nekakve konektore na bolidu, bit će vam jasno da provjeravaju ili dorađuju parametre potrebne za ispravan rad elektroničkih sustava. Bolidi Formule 1 su, na njihovu sreću, u stvari "instant" vozila kod kojih je na brzinu moguće promijeniti sve, pa tako i software koji upravlja radom motora, te ga prilagoditi

karakteristikama određene staze i sl.

sl. 1 - Mapa prema kojoj ECU donosi 'pametne zaključke' izgleda

poput tablice množenja

Sadržaj ROM memorije jedna je od najznačajnijih "knjiga" potrebnih za rad motora. Podaci upisani u ovaj čip nazivaju se "Mapom" i sadržavaju tablice pomoću kojih CPU, uz unos ulaznih parametara,

proračunava kakvi su izlazni parametri potrebni. Jedna takva Mapa prikazana je i na sl.1. Okomito na mapi poredani su podaci o položaju leptira (opterećenje), dok se vodoravno nalaze kolone podijeljene obzirom na brzinu rada motora (broj o/min). Kao u nekakvoj tablici množenja, CPU u ovoj mapi pronalazi mjesto na kojem se križaju vrijednosti ulaznih parametara položaja leptira i broja okretaja motora te očitava unaprijed unesenu

vrijednost koja je ujedno i šifra za određivanje izlaznih parametara. Tako, npr., jedan ulazni parametar može prikazati položaj leptira kodiran kao "4" (recimo oko "pola gasa"), a drugi brzinu motora kodiranu kao "6" (recimo 3000 o/min). Na križanju tih dviju kolona nalazi se šifra "96" koja za CPU znači točno određenu količinu goriva koje je potrebno ubrizgati i/ili točan trenutak paljenja.

sl. 2 - Uobičajen smještaj upravljačkog

računala u automobilu - kutija je sakrivena ispod obloge pokraj suvozačevih vratiju

Završetak priče o Elektroničkom kontrolnom modulu tiče se "tuniranja", odn. prerađivanja parametara potrebnih za rad motora. Treba uzeti u obzir da serijski ECU-i koje nalazimo u svakodnevnim automobilima nikako nisu reprogramabilni. Točnije, iako je iz njihove KAM memorije moguće očitati što "muči" motor, ne može se utjecati (softverski) na njegov rad i eventualno mu povećati snagu i sl. Razlog tome je jednostavan i objašnjiv je time što proizvođači automobila žele zadržati sve za sebe, odnosno natjerati vlasnike da odlaze isključivo ovlaštenim servisima koji jedini imaju računala i software kojim se može očitavati KAM. Dakako, nova su vremena donijela mnoštvo elektronike u automobile, pa jednostavno brušenje glave, poliranje usisnih kanala i sl. više nisu jedini i pravi putevi ka uspjehu, želimo li povećati snagu motora. Ono što danas prvo treba "napasti" jest upravo ECU. U tu svrhu raznorazni prerađivači automobila (tuneri) nude kojekakva rješenja. Najčešće se tu radi o nadomjesnom CPU za koji, ovi isti, garantiraju kako će značajno osnažiti motor. Ipak, ako i uspijete išćupati stari CPU iz ECU-a te ubaciti novi, rezultat će obično biti polovičan. Problem je u tome što se zamjenom CPU-a najčešće dobiva elektronika koja radi s istim ROM parametrima (mapama), ali naprosto na svim šiframa dodaje malo više goriva. No ipak, to nije pravi put. Najbolje (i najskuplje) rješenje u stvari je zamjena cijelog ECU-a ili barem CPU-a i ROM čipova ili reprogramiranje ovih posljednjih (EEPROM) odn. njihova zamjena (PROM). Tako je moguće u automobil "uvaliti" novi CPU ali i novu mapu parametara prema kojoj on radi.

Škola automobilske tehnike 28. srpnja 1999. Mozak

Došao je trenutak za sve ljubitelje elektronike. Na današnjem ljetnom satu upoznat ćemo se s prvim dijelom priče o računalu koje kontrolira rad motora

Iako bi neki od kolega iz matične novine ovaj tekst sigurno mogli bolje napisati, naši su se nastavnici potrudili sastaviti jednostavan i svakome razumljiv prikaz rada automobilske elektronike. Svjesni smo isto tako da spram prirode možda i nije fer automobilski kompjuter (Elektronički upravljački modul) nazivati mozgom, no on je nešto čiji bi se rad, među svim komponentama od kojih je motor sastavljen, najbolje mogao opisati kao "razmišljanje". Elektronički upravljački modul (ECU - Electronic Control Unit; ECM - Electronic Control Module) u stvari je bezlična metalna kutija s čije se vanjske strane nalazi niz nekakvih električnih konektora i nastavci za montiranje kutije u automobil, dok joj je "iznutrica" ispunjena kojekakvim čipovima, tiskanim pločicama i drugim elektroničkim divotama. Unutrašnjost ECU-a u stvari izgleda poput malog računala, što on zapravo i jest. Ipak, radi se o poprilično primitivnim uređajima čija je "pamet" još kilometrima daleko od, npr., pameti stroja na kojem trenutno čitate Školicu.

sl. 1 - Položaj senzora za očitavanje broja o/min na motoru i

njegov prikaz (detalj)

Osnova rada ECU-a temelji se na obrađivanju ulaznih parametara s određenih dijelova motora, te odašiljanju podataka nekim drugim komponentama istog. Najveći dio posla

što ga ECU obavlja jest kontrola trenutka paljenja i količine goriva koje se isporučuje motoru. Do podataka potrebnih za "razmišljanje" naš Elektronički kontrolni modul (ECU) dolazi uz pomoć niza senzora. Prisjetimo li se nastavka školice u kojem je bilo opisano koljenasto vratilo (radilica) sjećamo se da je na jednom njegovom kraju bio pričvršćen nekakav kotač koji podsjeća na zupčanik. O čemu se radi? Optički, ili magnetski, senzor postavljen uz taj kotač šalje ECU-u signal svaki puta kad ispred njegovog "nosa" projuri oznaka pričvršćena na kotaču (sl.1). Ona je najčešće izvedena u vidu utora, rupice ili zupca na njegovom obodu. Kako se radilica okreće, ta oznaka prolazi ispred senzora koji trenutno o tome obavještava ECU. U ECU-u se potom mjeri vrijeme koje je proteklo između dva prolaza oznake i na taj se način izračunava brzina okretanja radilice (br. okretaja motora u min.). Brzina rada motora je, kao što smo već svojedobno naučili, osnovni parametar za proračunavanje trenutka paljenja. Ovako obrađen podatak, ECU šalje sustavu za paljenje koji potom točno zna kada treba dati struju svječici. U teoriji, naš bi kotač na radilici mogao imati tek jedan zubac, dok se u praksi pokazalo dovoljnim postavljanje tek 2 takve oznake. Ipak, to vrijedi samo kod motora koji se vrte velikom brzinom i gdje su promjene broja o/min relativno male (motor Kavasaki 16V od 908 ccm služi se upravo s 2 očitavanja po jednom okretu radilice, no on se vrti oko 11000 o/min).

Problem se, kod automobilskih motora, javlja prvenstveno pri pokretanju. Kada okrenete ključ u kontakt-bravi motor se zavrti s nekih 250 o/min, no taj broj skače na 800 ili više u trenutku paljenja prvog cilindra. Stoga je u praksi potrebno postaviti daleko više oznaka na taj kotač koji onda doista nalikuje nekakvom zupčaniku. Tako, npr., Opelovi motori iz serije ECOTEC koriste 58 zubaca, dok se na Ford Mondeu nalazi 36. U ova dva slučaja rezultat je taj da ECU dobiva update brzine okretanja motora 58 odnosno 36 puta za jedan okret (360°) koljenastog vratila, što je sasvim dovoljno. Ovdje treba još napomenuti kako ćete, gledajući ove zupčanike, primijetiti da neki zupci nedostaju (kod Opela 2, Forda 1). To je postavljeno kao referentna točka kako bi ECU "znao" točno u kojem se položaju u nekom trenutku nalazi radilica. Drugi značajni ulazni parametar Elektroničkog kontrolnog modula je položaj leptira na usisnom sustavu. kako je položaj leptira direktno vezan uz to koliko je pritisnuta papučica akceleratora, o njemu ovisi koliko će ECU goriva "odobriti" motoru. I tu je, na leptiru, smješten jedan senzor koji svoje podatke šalje u ECU odakle oni, obrađeni, idu k sustavu za ubrizgavanje. Ovaj, pak, prema dobivenim parametrima određuje koliko će trajati "puls" ubrizgavanja, tj. koliko će vremena mlaznice biti otvorene (podsjetite se priče o ubrizgavanju goriva). Treći ulazni parametar ilustriran na shemi (sl.2) je podatak koji dolazi s lambda sonde. O ovom će senzoru (lambda je senzor koji mjeri postotak kisika u ispušnim plinovima) biti više riječi u jednom od budućih nastavaka Školice u kojem ćemo opisivati ispušni sustav. No, recimo tek da je i taj podatak od presudne važnosti za točan proračun koji se radi u ECU-u, s ciljem održavanja pravilnog rada motora.

sl. 2 - Shematski prikaz elektroničkih uređaja motora

Iz do sada izrečenog, vidljivo je kako se struktura elektroničkog upravljanja motorom (Motor management) sastoji iz tri osnovne grupacije prikazane na sl.2. To su: senzori ulaznih parametara (plavo), sam Elektronički kontrolni modul (ECU) te sustavi koji upravljaju motorom, a koji informacije potrebne za pravilan rad dobivaju od ECU-a (zeleno). Dakako, tu je i napajanje svih komponenti električnom energijom. Zavirimo li malo u

unutrašnjost ECU-a vidjeti ćemo tri osnovna dijela. To su CPU, ROM i RAM. Vjerujemo da nikome nije posebno potrebno objašnjavati što ove, u svijetu računala uvriježene, skraćenice znače, no... CPU (Central Processing Unit) je glavni procesor koji preračunava dobivene ulazne parametre pomoću programa koji se nalazi u njemu. ROM (Read Only Memory) je memorija sastavljena od jednog ili više čipova u kojoj se nalaze podaci prema kojima CPU usklađuje proračun podataka. Drugim riječima, ROM je poput neke vrste knjige u kojoj će liječnik naći opis bolesti tipične za neke simptome (ulazni parametri), a u njoj će naći i preporučeni lijek za istu. Značajno je da CPU ne može mijenjati parametre zapisane u ROM memoriji. Stoga neki ECU-i imaju ugrađen izmjenjivi čip nazvan PROM (Programmable Read Only Memory) u kojem također nije moguće mijenjati podatke, ali ga se može zamijeniti čipom s pohranjenim drugačijim podacima. Tako možemo utjecati na "dijagnozu" koju donosi CPU, a time i na rad motora. Treća izvedba ove memorije zove se EEPROM (Electrically Erasable PROM) i predstavlja memorijski čip koji možemo priključiti na računalo te tako mijenjati unesene parametre. RAM (Random Access Memory) je memorijski čip koji je aktivan samo dok je motor uključen. Drugim riječima, njegovi se podaci počinju upisivati paljenjem motora, a brišu se gašenjem. RAM čipovi služe kako bi CPU u njih mogao upisati podatke dobivene od senzora s ulaza, trenutne kalkulacije i slične informacije koje se stalno mijenjaju. CPU u radu stalno pristupa RAM memoriji, briše stare i unosi nove podatke.

sl. 3 - Bez straha, ovo nije

stonoga već jedan najobičniji CPU

Posljednji memorijski čip koji treba opisati je KAM (Keep Alive Memory) i jedna je vrsta RAM-a. U ovaj čip CPU također može unositi podatke, brisati ih i zamjenjivati novima, a poseban je prema tome što "pamti" upisano dok god je priključen na izvor napona. KAM memorije služe prvenstveno za pohranu "kodova poteškoća u radu motora" (trouble codes), a to su informacije koje je (u servisu) moguće očitati pomoći kontrolnog računala i tako doznati kakav su problem u radu motora zabilježili senzori. Dakako, KAM memorija se briše isključivanjem napona, tj. odspajanjem akumulatora.

Škola automobilske tehnike 21. srpnja 1999. Tko nema u glavi...

Naš je motor veoma čudan. Ima trbuh na kojeg je nalijepljena glava. O glavi motora i prostoru za izgaranje priča današnji nastavak

Dakle, da nije sve u glavi dokaz je i motor s unutarnjim sagorijevanjem. Najbolji dokaz tome jest taj da se "mozak" nalazi negdje drugdje. No, o čipovima pomoću kojih naš motor misli, u jednom od slijedećih nastavaka. Danas će biti riječi o glavi motora i nekakvim, čudnim, udubljenjima u njoj, koja nazivamo prostorima za izgaranje.

Kako glava motora izgleda, vidljivo je sa slika. Uočit ćete veoma brzo da je njezina sličnost s blokom motora poprilična. Glava je, doduše, manja (blok je uostalom trbuh motora, kako smo već zaključili), no ponovo se radi o nekakvoj hrpi lijevanog metala. Da nas sada za riječ ne bi uhvatili sitničavci strojarske struke reći ćemo kako se: glave i blokovi motora "u pravilu" izrađuju lijevanjem, no kao i svugdje i tu ima iznimaka. No, dobro. Sad kada smo ustanovili kako se izrađuje glava motora (postupak je, dakle, identičan onome koji smo opisali u prošlom nastavku govoreći o procesu izrade bloka) napomenut ćemo tek jedno. To je da se lagane legure, poput aluminijskih, češće primjenjuju pri izradi glave motora, nego li pri izradi bloka. U modernim automobilima gotovo da i nema više pogonskog stroja čija glava nije izrađena od aluminijskog lijeva (ili lijeva Al legure), dok su blokovi od sivog lijeva (lijevano željezo) još dosta česti. Razlog tome je višestruk i odnosi se prvenstveno na činjenicu da Al legure mogu lakše podnijeti opterećenja kojima je izložena glava motora

te da se glava izuzetno jako zagrijava (jer su u njoj smješteni prostori za izgaranje smjese) te ju je potrebno dosta hladiti (aluminij provodi i odvodi toplinu znatno bolje od željeza). Kao još jedan razlog, još uvijek, velike rasprostranjenosti blokova od SL-a navest ćemo i primjer iz prošlog nastavka: Al je premekan da bi po njemu bez velikog trošenja mogli kliziti klipovi itd...

sl. 1 - Četverocilindrični bokser

motor iz Alfe 33 u stvari je "Dvoglavo čudovište"

Jasno je, također iz prošlog nastavka, da različiti motori imaju različite oblike. Linijski (redni) motori imat će tako jednu glavu, "V" motori često dvije, a bokseri u pravilu dvije (vidi sliku 3 iz 14. nastavka: "Hrpa metala"). No, ono što nas najviše zanima je čemu glava služi. Prvenstveno, tu su komore za izgaranje u kojima iskra svječice izaziva izgaranje smjese. Prostora za izgaranje ima u svakojakim oblicima (sl. 2), no "školski primjer" svakako je prostor u obliku polukugle. U njemu su 2 (ili više) ventila pravilno razmještena u krug, dok se u sredini nalazi svječica. Takav oblik je

zahvalan jer iskra najefikasnije pali cijelu smjesu te je osigurano (gotovo) potpuno izgaranje. Drugi ilustrirani prostor za izgaranje je onaj oblika kade. Takva se konstrukcija odlikuje kratkim putem iskre i velikom otpornošću prema detonativnom izgaranju, no problem se javlja kada u njega poželimo smjestiti više ventila. Treći oblik sa slike 2 prikazuje prostor za izgaranje koji je uvučen u čelo klipa. Ovakav oblik (poznat i kao Heronova glava) omogućava postizanje veoma visokog stupnja kompresije i često se koristi kod motora kojima je provrt cilindra veći od hoda klipa. Tipičan je prema tome što je kod njega glava motora gotovo potpuno ravna, bez udubljenja. Posljednji oblik prostora za izgaranje je klinastog oblika. Ovdje su prednosti slične kao i kod drugog oblika (kade), no ponovo se javlja problem sa smještajem većeg broja ventila, dok čelo klipa gotovo uvijek mora biti duboko urezano kako bi se napravilo mjesta za ventile (dok su otvoreni). Jasno je da niti jedan od ovih oblika prostora za izgaranje nije idealan. Stvar izbora, kao i toliko puta do sada, pitanje je konkretnog motora koji se projektira (ili prerađuje) te njegovih očekivanih karakteristika.

sl. 2 - Najčešći oblici prostora za izgaranje

Govoreći o glavi motora moramo se osvrnuti i na njezin gornji dio. Već pri letimičnom pogledu (dakako, kada je skinut "poklopac ventila") možemo procjeniti radi li se o OHV (Overhead-valve) ili o OHC (Overhead-camshaft) glavi motora. Prva na sebi ima tek ventile s oprugama i klackalicama koje pomiču šipke pokretane bregastom osovinom smještenom

u bloku motora (tko nema u glavi, ima u bloku...) (vidi nastavak "Bregasta osovina I", sl. 2b), dok je druga, upravo ona famozna priča s bregastom osovinom (osovinama) u glavi motora (sl. 2a). Uz OHV oznaku srećemo tako i, jednako famoznu, DOHC oznaku koja ne znači ništa drugo do "Glava motora s dvije bregaste osovine" (Double OverHead Camshaft). Spomenuti poklopac ventila nije ništa drugo do komad lima koji je dobro zabrtvljen s gornje strane glave motora i koji služi da sačuva ulje u kojemu se sustav za pokretanje ventila "kupa" dok motor radi. Na tom je poklopcu obično smješten i čep za ulijevanje ulja u motor.

sl. 3 - Da konačno jednom

riješimo dilemu: Što je što!!! (izvučen tankom

linijom je poklopac ventila)

Završetak priče je jedna kratka napomena, a zove se brtvilo glave motora. Radi se u stvari o brtvi koja se postavlja između glave i bloka i koja "dihta" taj spoj, sprečavajući moguće curenje plinova ekspandirane smjese, ulja ili tekućine za hlađenje.

Škola automobilske tehnike 15. srpnja 1999. Hrpa metala

sl. 1 - Tko pod haubom svog auta nađe ovakav blok (W12) dobiva odmah besplatnu kavu od

cijele redakcije!

Kao i svako živo biće i naš motor ima trbuh. Samo što se kod njega to zove "blok". U njemu se kriju razni dijelovi i rupe, a od kuda mu ime, nikada nismo ustanovili...

Eh da. Kao prvo, moramo vam objasniti zašto Školica kasni. Naime, jučer je direktor škole zatekao svoje nastavnike kako spavaju u zbornici. Doista! Kada ih je probudio, objasnio im da će dobiti smanjenu plaću za srpanj i razgovor sa stegovnom komisijom, oni su se lijeno ustali i počeli spremati za novi sat. Eto, no školica je ipak tu, a slijedećeg tjedna opet sve po starom. Dakle, srijeda. Obećavamo.

Blok je, u stvari, osnovni dio motora. Možda ne svojom konstrukcijskom kompleksnošću, no tu je titulu zaslužio obzirom da su na njega pričvršćeni praktički svi ostali dijelovi motora. Blokovi su, najčešće, izrađeni od lijevanog željeza (sivi lijev) ili željeza miješanog s drugim metalima, poput nikla i kroma. Dakako, sve više motora u modernim automobilima ima blokove izrađene od aluminijskih legura čija je osnovna prednost u relativno maloj težini. Uz to, aluminij lakše provodi toplinu te se takvi motori mogu i bolje hladiti. Sam naziv "blok" vjerojatno i potječe od toga što je ovaj dio motora u osnovi hrpetina metala u kojoj se nalaze razni otvori i provrti. Tako su u bloku motora smješteni provrti cilindara ali i razni provrti s kojekakvim navojima namijenjenim pričvršćivanju drugih dijelova motora. Također, u bloku se nalaze i otvori (tzv. "džepovi") namijenjeni strujanju vode za hlađenje (kod motora koji imaju vodeno hlađenje, dakako). Blok motora, od kojeg god da je materijala, izrađuje se lijevanjem u višedjelnom kalupu u kojem su unutrašnji dijelovi motora (npr. džepovi za rashladnu tekućinu) oblikovani od pijeska. Nakon lijevanja, ovaj se pijesak istresa ostavljajući za sobom slobodne otvore unutar bloka. Slijedeća faza u izradi je čišćenje, nakon čega na red dolazi bušenje svih potrebnih otvora (rupa za vijke i protok ulja za podmazivanje), strojna obrada cilindara i površina na koje drugi dijelovi moraju precizno nalijegati.

sl. 2 - Kako skratiti motor - košuljice

cilindara slijepljene su jedna na drugu čime se štedi na prostoru

Na obrađeni blok motora pričvršćuju se slijedeći (osnovni) dijelovi: koljenasto vratilo (koje je pričvršćeno s donje strane bloka), klipovi s prstenovima i klipnjačama koje se pak, spajaju na koljenasto vratilo, glava motora (u kojoj su oblikovani prostori za izgaranje) te pumpa za ulje s koritom motora. Dakako, blok motora služi i kao "držač" za razne druge dijelove. Na njemu su pričvršćeni i alternator (generator struje), elektropokretač motora, pumpa za rashladnu tekućinu itd. Također, iz bloka motora izlaze i nosači kojima se motor pričvršćuje za karoseriju automobila. Novi motori

nakon sklapanja, u tvornici, dobivaju ulje i marš na posao! No ipak, to je obično tek kratki probni rad nakon kojeg slijedi ugradnja u automobil itd. Zadnji dio priče, dakako, je onaj kada prolazite ispred izloga nekog salona i gledate čeznutljivo u auto, gleda on vas, kao da je oduvijek tu. Ipak, taj je auto prošao dosta toga, prije, što ćemo sve naučiti pažljivo prateći Školicu.

sl. 3 - Razni blokovi, razni motori: od linijskog 6 cilindraša, preko V6

motora do 4 cilindričnog boksera

Kako je već bilo spomenuto, najzanimljivija varijacija na temu bloka motora svakako je upotreba aluminijskih legura. No, osim spomenutih prednosti manje težine i boljeg odvođenja topline (u usporedbi s blokovima od sivog lijeva) aluminijski blokovi imaju i jednu popriličnu manu - malu tvrdoću. Kao što se sjećate (to se odnosi samo na one koji su pazili na satu), u priči o cilindru i klipu spominjali smo i nekakve košuljice cilindara. Radi se u stvari o tome da klip sa svojim prstenovima "struže" po unutrašnjoj strani cilindra koja stoga mora biti otporna na trošenje. U motorima čiji je blok izrađen od alu-legura konstrukcija bez košuljice ne bi bila upotrebljiva jer bi se relativno mekani blok prebrzo potrošio. Stoga se u takvim motorima gotovo u pravilu nalaze košuljice, bilo

"suhe" ili "mokre" (vidi 12. sat predavanja). Ipak, i tu ima iznimaka, a rješenje dolazi u vidu magičnog materijala - silikona. Silikonske su čestice, naime, veoma tvrde te ih neki proizvođači ubacuju u leguru od koje se izrađuje blok. Nakon lijevanja, cilindri takvog bloka podvrgavaju se jetkanju (nagrizanju kiselinom) koje praktički skida izuzetno mali sloj aluminija s unutrašnjosti cilindara ostavljajući tako tvrda silikonska zrnca izloženima. Klip tada može kliziti preko tih zrnaca uz minimalan otpor i trošenje.

Škola automobilske tehnike 7. srpnja 1999. Iz ravnog u okruglo

Jedva smo nagovorili nastavnike da održe ovaj, trinaesti, nastavak "Školice". Oni su, naime, jako praznovjerni i preplašili su se da nitko neće doći na sat. No, ipak, uspjeli smo ih nagovoriti da ne stupe u jednodnevni štrajk upozorenja i ne dijele neopravdane sate u imeniku. Uostalom, smak svijeta prošao je bez većih tegoba, sada je sve OK.

Koljenasto vratilo, ili "radilica", jedan je od najznačajnijih dijelova motora i brine se za prijenos snage s klipova na mjenjač, te dalje, kotače. Radilica je izrađena od jednog dijela i obično je lijevana ili kovana, te naknadno podvrgnuta strojnoj obradi kako bi se napravili "čepovi" za ležajeve, provrti za podmazivanje te prednji i stražnji nastavak. Energija koja se razvija izgaranjem smjese goriva i zraka potiskuje, kao što znamo iz prošlih nastavaka "Školice", klip prema dolje. Na njega je, pak, osovinom (klipnim svornjakom) pričvršćena klipnjača koja predstavlja vezu između klipa i koljenastog vratila. Donji dio klipnjače (vidi sliku iz 12. nastavka), sastoji se iz dva dijela koji čine okrugli otvor unutar kojega se nalazi ležaj. Ovaj, donji dio, klipnjače pričvršuje se za koljeno radilice na kojem se nalazi "čep" s provrtom za podmazivanje. Tako se ostvaruje gibljiva veza između klipnjače i koljenastog vratila, neophodna da bi se pravocrtno gibanje klipa (posredstvom klipnjače) prevelo u kružno gibanje koljenastog vratila. Na strani suprotnoj od ležajeva klipnjače ("čepova" koljenastog vratila) nalaze se protuutezi koji osiguravaju ravnomjeran rad motora. Drugim riječima, ovi utezi "peglaju" vibracije do kojih dolazi prilikom djelovanja sila koje potiskuju klip. Dakako, veoma je značajno i pravilno podmazivanje ležajeva na čepovima koljenastog vratila jer sila koja potiskuje klip prema dolje može iznositi i do 18.000 N.

Na krajevima koljenastog vratila nalaze se nastavci za pričvršćivanje prigušnika vibracija, remenica, zamašnjaka... S prednje strane (motora) nalazi se završetak koljenastog vratila na kojem je pričvršćen prigušnik vibracija. Radi se o ulošku s metalnim i gumenim dijelovima namijenjenom umirivanju torzijskih vibracija (koje pomiču koljenasto vratilo naprijed-natrag). Njegova je uloga prvenstveno ta da dovoljno "umiri" koljenasto vratilo kako ne bi puklo uslijed preopterećenja. Također, na istom se (prednjem) završetku radilice nalaze i nastavci za spajanje remenica koje pokreću pumpu za vodu, alternator, bregaste osovine i sl. Noviji motori, prvenstveno oni s elektroničkim beskontaktnim paljenjem, na prednjem dijelu koljenastog vratila imaju montiran i disk za mjerenje brzine vrtnje. Takav je disk izveden ili u obliku zupčanika ili po obodu ima rupice (udubljenja). Optički senzor koji se nalazi neposredno uz ovaj disk šalje informacije središnjem upravljačkom računalu motora o brzini pomicanja zubaca ili rupica. Taj se podatak potom preračunava u broj okretaja motora (broj okretaja koljenastog vratila) koji je jedan od najznačajnijih parametara potrebnih za rad managementa (upravljačkog sustava). Pomoću ovog podatka motor "zna" u kojem trenutku treba dati iskru svječici, kontrolira se ubrizgavanje goriva u motor itd...

Na drugoj strani koljenastog vratila nalazi se nastavak na koji je pričvršćen zamašnjak. Zamašnjak je, u stvari, okrugli metalni disk koji svojom inercijom tijekom vrtnje pokreće koljenasto vratilo preko tzv. "mrtvih točaka klipova" i praznih neradnih taktova održavajući tako stalnu brzinu vrtnje. Zamašnjak je karakterističan prema tome što na svom obodu ima raspoređene zupce. Isti naliježu na zupčanik elektropokretača (anlasera) koji se pokreće prilikom startanja motora.

Posebnih "varijacija na temu" u priči o koljenastom vrartilu gotovo da i nema. Razlike su tek u broju ležajeva kojima je radilica pričvršćena za blok motora, te u materijalu od kojeg je izrađena i veličini protuutega. Jasno je, da se u motorima visokih karakteristika (sportski i/ili natjecateljski automobili) pokušava što više smanjiti težina pokretnih dijelova kako bi se olakšao rad i povećao najviši broj okretaja. Takvi su motori obično opremljeni koljenastim vratilima s malim i laganim protuutezima te znatno olakšanim zamašnjakom. Dakako, pri niskim brojevima okretaja ovako će se prerađeni motor prilično tresti što se u komercijalnim vozilima izbjegava na opisani način (dodatnom težinom koja "pegla" vibracije). Još jedna varijanta današnje teme je koljenasto vratilo "V" motora. Ovakvi pogonski strojevi imaju po dvije klipnjače (suprotnih klipova) spojene na jedan, prošireni, čep koljena. Katkada se čepovi "V" motora izrađuju i kao dvostruki s malim (ekscentar) razmakom radi postizanja boljeg raspoređivanja sila.

Škola automobilske tehnike 30. lipnja 1999. Početak priče

sl. 1 - Položaj, provrt i hod klipa Hvala Bogu, ovaj je nastavak doista jednostavan. Malo odmora za vas, ali i naše predavače na dvanaestom satu školice

Možda je priča o klipovima, klipnim prstenima i cilindrima trebala doći na samom početku školice, no, naši nastavnici su rekli da mora ovako. Pa dobro.

Cilindar je, vjerojatno, osnova svega. On određuje jediničnu zapremninu motora (ukupna zapremnina = jedinična x broj cilindara), ali i buku koju ćete proizvesti škripajući gumama na semaforu. U pravilu, oni koji pod poklopcem motora imaju više cilindara glasnije škripe... No, šalu na stranu. Cilindar je, kao što mu i samo ime govori, dio motora okruglog presjeka (odsječak cijevi) koji je definiran prvenstveno promjerom, ali i dužinom. Ona dužina koja nas kod cilindra u

sl. 2 - Osnovni dijelovi klipa

stvari zanima je razmak između GMT (gornje mrtve točke - najvišeg položaja čela klipa) i DMT (donje...) ili, kako se ta dužina još naziva Hod klipa. Čitate li tehničke podatke nekog automobila često ćete naići na podatak "provrt x hod". Recimo da piše 75 x 79 mm to znači da je unutrašnji promjer cilindra 75, a hod klipa 79 mm. Tako možemo izračunati jedinični obujam nekog motora (=obujam jednog cilindra). Iz toga bi proizašlo da naš motor provrta i hoda 75 x 79 mm ima jedinični obujam od 0,349 litara. Ako je to, npr., 4 - cilindraš, jedinični obujam množimo s 4 i dobivamo obujam motora (1,396 l = 1396 cm3). Malo matematike, (rječima: promjer na kvadrat puta Pi puta dužina) neće nikoga ubiti... Dakako, postoje motori i s više, ali i manje cilindara. Najčešći rasporedi cilindara u motoru su sljedeći: redni motori imaju cilindre u nizu (najčešće kod motora malog obujma), V motori u obliku slova "v" čime se štedi na ukupnoj dužini motora, a boxer motori imaju

cilindre postavljene jedan nasuprot drugog (veoma ravnomjeran raspored sila i niska silueta motora). Za kraj treba spomenuti i izvedbe cilindara. Klasično rješenje svakako su cilindri s "košuljicom". Takvi imaju unutar promjera još jednu "cijev" od drugog materijala otpornog na trošenje. Motori napravljeni od kvalitetnih slitina nemaju košuljice te klip direktno "dere" po stijenkama cilindra koje su ujedno i dio bloka motora. Posebno rješenje su tzv. "plivajuće košuljice" česte kod motora visokih performansi. Takav motor (rješenje često u malim japanskim "zujalicama" niskog obujma) ima košuljice koje nisu usađene u cilindrični dio bloka, već stoje (gotovo) samostalno kako bi se olakšao pristup do njih vodi za hlađenje motora.

sl. 3 - Presjek klipnih

prstenova (gornja dva su kompresijski, donji je uljni)

Klip je "ono" što u cilindru trči gore-dolje. Radi se u stvari o metalnom dijelu koji ima otprilike oblik čaše okrugla presjeka okrenute naopako. Njihov je zadatak da na sebe (na čelo klipa) preuzmu potisak sile koja se u cilindru stvara izgaranjem smjese goriva i zraka. Klipovi su klipnjačama spojeni na koljenasto vratilo gdje se njihovo pravocrtno gibanje prevodi u kružno (o klipnjačama i koljenastim vratilima, "radilicama", bit će više riječi u slijedećem nastavku Školice). No, kako bi se omogućilo gibanje klipa, njegov je promjer nešto manji od unutrašnjeg promjera cilindra (odn. košuljice cilindra). Da bi se ipak omogućilo brtvljenje, tj. da prilikom izgaranja plinovi ne bi prolazili pokraj klipa u donji dio motora, klipovi su opremljeni s nekoliko prstenova. U najvećem broju slučajeva radi se o tri prstena od kojih su dva kompresijska, a jedan uljni. Kompresijski prstenovi zaduženi su za brtvljenje između klipa i stijenke cilindra, dok uljni prsten "briše" višak ulja sa stijenke i odvodi ga u donji dio motora. Ovi prstenovi (nazivaju se i "karike") glavni su razlog zbog čega stari i istrošeni motori dime. Vjerojatno ste već više puta čuli kako netko kaže da je taj i taj motor nekog automobila istrošen jer mu iz ispuha izlazi plavičasti dim. Radi se upravo o istrošenim klipnim prstenovima koji (prvenstveno uljni) propuštaju male količine ulja u prostor za izgaranje. Dakako, takva je pojava štetna, smanjuje snagu motora, a dugim zanemarivanjem može se dovesti i do potpunog uništenja klipnih prstenova, oštećenja košuljice cilindra i sl.

Na svu sreću, današnji moderni motori malo pate od ovakvih mehaničkih boljki. Danas krepava elektronika...

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS motori) su toplotni motori kod kojih produkti sagorevanja (koji su višeg energetskog potencijala, nastalog oslobađanjem toplote), svojim direktnim dejstvom vrše mehanički rad.

Podela Dele se na:

• klipne (motori promenljive zapremine):

o rotacioni, tj. sa obrtnim klipovima (vankelov motor); o translatorni (linijski), tj. sa oscilujućim klipovima. U užem smislu, naziv

klipni motori označava ove motore, a koristi se i naziv "klasični" klipni motori. U ovu grupu spadaju benzinski motori i dizelski motori, a mogu biti dvotaktni i četvorotaktni.

• strujne (gasna turbina, mlazni i raketni motori);

Klipni SUS motori Klipni motori sa unutrašnjim sagorevanjem su motori koji se koriste na današnjim automobilima. Osim na motornim vozilima (putničkim automobilima, kamionima, motociklima), radnim mašinama (traktorima, kombajnima i dr.) i mehanizaciji uopšte, koriste se i na brodovima (veliki, sporohodni dizel motori), čamcima, a u manjoj meri i za pogon lokomotiva i letelica. Procenjuje se da se u ovim motorima potroši preko 25% ukupne svetske potrošnje energije (industrija, transport, grejanje, ...). U drumskom transportu troše skoro 99% energije, u vodenom preko 75%, dok u železničkom i vazdušnom i manje od 10%.

Kod motornih vozila se u ogromnoj većini koriste "klasični" klipni motori, mada stalno ima pokušaja za uvođenje vankelovog motora. Postoje i pokušaji ugradnje gasne turbine (američki tenk M1 Abrams ima ovakav pogon), ali to je izvodljivo samo kod teških vozila. U poslednje vreme prisutni su u hibridni pogon, pa i električni.

Ovi motori ostvaruju mehanički rad na račun potencijalne energije produkata sagorevanja. Po tehničkim svojstvima, glavni konkurent ovim motorima je gasna turbina, mada je njena upotreba ograničena zbog potrebnih gabarita i mase. U praksi, razvoj ide u drugom pravcu - hibridni pogon. Automobilski motori kao gorivo koriste (motorni) benzin, dizel gorivo ili tečni naftni gas - TNG (tzv. plin), eventualno Komprimovani prirodni gas - KPG. Zbog nedostatka nafte kao osnovne sirovine, automobilska industrija pokušava da nađe alternativnu vrstu goriva.

Rad klipnog SUS motora

Postoje takozvani četvorotaktni i dvotaktni klipni SUS motori. Četvorotaktni ciklus SUS motora (takozvani Oto ciklus) se sastoji od sledećih taktova (koraka rada), koji su prikazani i na animaciji:

• 1. Usisavanje goriva i vazduha kroz ventil, klip ide dole • 2. Sabijanje (kompresija) gorivno vazdušne smese, klip ide gore • 3. Detonacija (eksplozija) goriva potaknuta električnom iskrom pokreće klip, koji

se kreće nadole • 4. Izbacivanje sagorelih gasova, ciklus se vraća na korak 1, klip ide gore u ovom

koraku rada

Vrste SUS Motora Postoje drugačije vrste SUS motora. Razlikuju se u tome na koji način usisavaju vasduh i gorivo, u koliko takta im treba da vrše operaciju in na način na koji se pali gorivo. Na primer, u dizel motorima samo sabijanje goriva i kiseonika je dovoljno za sagorevanje. U drugim vrstama kao, što su četvorotaktni motor i dvotaktni motor, sagorevanje se vrši uz pomoć svećice koja protera strujnu varnicu kroz gasove i zapali ih.

Strujni SUS motori

Kod strujnih motora, rad se ostvaruje na račun kinetičke energije produkata sagorevanja, koji ekspandiraju u obliku mlaza koji se koristi bilo za stvaranje potiska bilo obrtnog momenta.

Gasna turbina koristi za svoj pogon gas, mlazni motori koriste kerozin, a raketnim osim goriva, treba isporučivati i kiseonik.