Motori i Motorna Vozila

Izvodi iz nastave

Izvodi iz istorije motora• 1860 Lenoar, prvi klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem, bez takta

sabijanja, neefikasano (50 milja na tri točka)

• 1862 Roša, teorijski proces četvorotaktnog motora sa sabijanjem pre sagorevanja, efikasno (samo patent četvorotaktnog motora, ne i motor)

• 1876 Oto, praktičan četvorotaktni motor sa paljenjem varnicom

• 1887 Dajmler* i Benc, primena klipnog motora za pokretanje automobilaPraktična upotreba motora za vozilo pokreće razvoj motora

• 1890 Majbah, četvorocilindrični četvorotaktni motor

• 1892 Dizel, četvorotaktni motor sa samopaljenjem(2 god. ranije teorijski ciklus)

• 1956 Vankel: Rotaciono ekscentrično kretanje klipa (trohoida)Zamena oscilatorno – pravolinijskog kretanja klipa obrtnim kretanjem klipa

MOTOR

Definicija:

Klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem je toplotni motor koji toplotnu energiju, dobijenu sagorevanjem goriva, pretvara u mehanički rad.*

SUS: Sa Unutrašnjim Sagorevanjem

Četvorocilindrični klipni motoruzdužni presek

Četvorocilindrični klipni motorpoprečni presek

Četvorocilindrični klipni motoruzdužni presek

Četvorocilindrični klipni motorpoprečni presek

Rad u p,V dijagramu*kod promene stanja radnog tela

2 2

1 1

g

g

V V

V V

Fp

S

W F h

W p S h

W p V

W pdV

W pdV f V dV

Rad u p,V dijagramu predstavljen je površinom, zbog čega je ovaj dijagram nazvan “Radni dijagram”. (Površina u p,V dijagramu pedstavlja rad).

Površina koja predstavlja rad je omeđena:

•Krivom AB procesa

•Ordinatama u krajnjim tačkama – stanjima procesa

•Odsečkom (V2 – V1) na apscisi

U toku širenja radnog tela (ekspanzija) rad se dobija, znak “+”

U toku sabijanja radnog tela (kompresija) rad se troši, znak “-”

Prvi princip termodinamikeDefinicija

Kada se obavlja mehanički rad W, uvek se dobija i određena količina toplote Q*

i obrnuto:Kada se ima količina toplote Q, može da se dobije

mehanički rad W

Q W

Prvi princip termodinamike je zakon o održanju energije za toplotu.

(Prvi princip t.d. govori o procesima kojima se rad može dobiti iz toplote).

Prvi princip termodinamikeKoličina toplote Q, unutrašnja energija U i rad W

,I IIQ U W

Q dU W

Q dU pdV

U procesu I - II pomeranja klipa radnom telu – gasu se dovodi količina toplote Q.

Dovedena količina toplote Q troši se na promenu unutrašnje energije U radnog tela i na rad W.

Toplota povećava unutrašanju energiju, a rad je smanjuje – troši toplotu: UI > UII

Povećanje unutrašnje energije daje višu temperaturu gasa T i veći pritisak p.

Drugi princip termodinamikeDefinicija

Toplota može da vrši rad samo ako sa tela više temperature prelazi na telo niže temperature.

Za toplotni motor sa periodičnim radom moraju postojati (najmanje) dva izvora toplote, jedan sa višom (zagrejač) i jedan sa nižom (hladnjak) temperaturom.

Ne može se iskoristiti sva dovedena toplota, već se jedan deo neizbežno mora predati hladnjaku, neiskorišćen za dobijanje rada.

(Drugi princip t.d. govori o uslovima za dobijanje rada iz toplote).

Kako obuhvatiti površinu – dobiti rad u p,V dijagramu?

• Koje krive stoje na raspolaganju za obuhvatanje površine?

• Kako izabrati krive tako da “okruže” površinu i da okružena površina bude što veća?

Promena stanja idealnog gasa*Opšta – politropska promena

n

n

pV const

constp f V

Vhiperbola

p = pritisak

V = zapremina

n = izložilac politrope

Jednačina politrope daje krive kojima se može obuhvatiti površina,u radnom, p,V dijagramu. Dobija se integraljenjem iz diferencijalnog oblika prvog principa t.d. i Majerove jednačine cp = cv + R (za 1kg gasa)

Posebni slučajevi promene stanja idealnog gasa

1 0

0

1

n n

n

p const

n

pV const

pV mRT T const

n

pV const p V p V const

V const

izobara

izoterma

izohora

0

0

1

1,4

1

_

p p

v v

q q

qc

dTc c c

nc c c

najcesce

n

toplota mehanicki rad

adijabata

npV const

n

( )n

constp f V

V

Krive promene stanja p f V

0

1 0

constp const

Vconst const

V constp

p

1pV mRT const T const

constp izoterma

Vconst

p adijabataV

1 1,4

const const

V V

Nepovratni procesi Povratni procesi

Opšti kružni procesTermodinamički stepen korisnosti

Radno telo se vraća u početno stanje kad obavi rad – r.t. vrši kružni ciklus

Desnokretno*:

• 1 – 2 dovođenje toplote Q i obavljanje rada W (širenje)

• 2 – 1 odvođenje toplote Q0 i trošenje rada W0 (sabijanje)**

• Adijabate tangiraju kružni proces u tačkama 1, 2 i u tim tačkama se menja znak toplote i rada

Termodinamički stepen korisnosti je odnos između toplote pretvorene u rad i ukupno dovedene toplote u ciklusu. Uvek je manji od jedan.0

0

1k kt

k k

Q Q Q W

Q Q Q

Q W W W

Teorijski ciklusi*oto i dizel

1 2 : 0

2 3:

3 4 : 0

4 1:

oto

Q

V const

Q

V const

1 2 : 0

2 3:

3 4 : 0

4 1:

dizel

Q

p const

Q

V const

Teorijski ciklusiLenoar*

1 2 :

2 3:

3 4 : 0

4 5 :

5 1:

p const

usisavanje

V const

Q

V const

p const

izduvavanje

Deo 1 – 2 ciklusa (usisavanje) ne zatvara nikakvu površinu na p,V dijagamu

Ciklus četvorotaktnog motorasa i bez prigušenja

• Bez prigušenja (levo) nema pumpnog rada(rad utrošen na usisavanje svežeg punjenja i na izduvavanje produkata sagorevanja

• Sa prigušenjem (desno) postoji pumpni rad, krive su zaobljene

Dobijanje rada iz toplote u motoru SUSU rečima

• Toplota, dobijena sagorevanjem goriva, daje porast unutrašnje energije radnog tela u radnom prostoru motora. Temperatura i pritisak radnog tela rastu.

• Pritisak radnog tela na gornju površinu klipa daje silu pritiska gasa.

• Sila pritiska gasa pomera klip i vrši rad širenjem radnog tela

• Ostatak toplote radnog tela posle širenja u vidu unutrašnje energije r.t. predaje se okolini

• Dovedena toplota: Zagrejač, izvor toplote• Odvedena toplota: Hladnjak, ponor toplote• Radno telo: Transformacija, od smeše goriva i vazduha

do gasovitih produkata sagorevanja• Pomeranje klipa menja zapreminu radnog prostora

gF

W pdV

IIU Q pdV

II IV V V

IQ U

Jednačina kontinuiteta za fluid u stacionarnom kretanju

3

1 1 1 1 1 1

21 21 1 1 1 2 2 2 2 3

1 2

; _ , _

: _ _ _ . . _ _

_ _ :

, , _

_ _

mm V m kg v m gustina

V

m V Av t t prirast mase na popr pres za vreme t

protok mase fluida

m m kg m kgm Av m A v m m

t t m s s

m m m const zakon o odrzan

1 1 1 2 2 2

1 2

32

1 1 2 2 1 2 1 2

_

, _ _

, _

_ _ , :

, _ , ; ( )

ju mase

m Av A v const

const nestisljiv fluid

m Av const

mV zapremina

V m mV

t t

protok zapremine fluida const

m mV Av A v const V m A A v v

s s

Bernulijeva jednačinaza fluid* u stacionarnom kretanju

2 21 1 1 1 1 2 2 2 2 2

1 2

2 21 21 1 2 2

2

1 2

1 2 1 2

2

_ _ _ _ _ _ _ _

1 1

2 2

, _ _

1 1

2 2

1

2

,

1

2

Zakon o odrzanju energije za fluid u stacionarnom toku

v p gh v p gh const

const nestisljiv fluid

p pv gh v gh const

v p gh const

h h h

v v p p

v d

2

3 2 2 2 2

2

3 2 2 2 2

_ ,

_ ,

_ ,

kg m kg m Ninamicki pritisak Pascal

m s m s m

Np staticki pritisak Pascal

m

kg m kg m Ngh polozajni pritisak m Pascal

m s m s m

Osnovni delovi motora

• Pokretni delovi– Klip sa prstenovima i osovinicom– Klipnjača sa ležištima– Kolenasto vratilo (radilica) sa ležištima i zamajcem– Bregasto vratilo (osovina)– Ventili

• Nepokretni delovi– Glava motora– Blok sa cilindrima ili košuljicama– Kućište (karter)

Osnovni delovi motora

Motorni mehanizamUloge elemenata

• Klip, klipnjača i kolenasto vratilo sa zamajcem čine motorni mehanizam

– Klip pretvara pritisak gasa u silu i svojim kretanjem silu u mehanički rad

– Klipnjača pretvara pravolinijsko kretanje klipa u kružno kretanje radilice i time silu u obrtni moment (ravno kretanje). Povezuje klip i radilicu.

– Kolenasto vratilo predaje obrtni moment potrošaču (zamajac)

Mehanizam razvodaradnog tela

• Bregasto vratiloPokreće ventile za izmenu radnog tela.Radno telo kod usisavanja čine vazduh pomešan sa gorivom ili samo vazduh*, posle sagorevanja produkti sagorevanja.Za dva obrta radilice bregasto vratilo četvorotaktnog motora napravi jedan obrt: Po jednom se otvori usisni i izduvni ventil.

• VentiliUsisni i izduvni, zatvaraju i otvaraju prolaz radnom telu i upravljaju izmenom radnog tela.

Gorivo se može dodavati karburatorom, ili ubrizgavati u usisni kolektor (single point) ili u usisni vod u blizinu usisnog ventila (multi point) ili direktno u cilindar

Radni prostor

Glava motora, blok motora i klip čine radni prostor promenljive zapremine.Zapreminu rad.pr. menja klip svojim kretanjem u cilindru.

U radnom prostoru se obavlja

– radni proces uz dobijanje rada– izmena radne materije uz trošenje rada

– Klip se kreće u bloku motora između:

SMT – Spoljne “Mrtve” Tačke iUMT – Unutrašnje “Mrtve” Tačke

SMT i UMT su krajnji položaji do kojih klip dolazi u kretanju*

Radna, Kompresiona i Ukupna zapremina

• Radna zapremina Vh je zapremina određena hodom h klipa i prečnikom D cilindra poprečnog preseka S= D2/4

Vh = hS

• Kompresiona zapremina Vc je zapremina radnog prostora koja preostaje po dolasku klipa u SMT.(To je komora za sagorevanje čija se zapremina računa ili meri).Kompresija = sabijanje

• Ukupna zapremina Vu je zbir radne i kompresione zapremine (klip u UMT).

Vu = Vh + Vc

Stepen kompresije

Stepen kompresije ili stepen sabijanja motora je odnos između ukupne zapremine i kompresione zapremine cilidra.

Viši stepeni kompresije daju više rada u pV dijagramu.

Oto motori su ograničeni u stepenu kompresije fenomenom detonativnog sagorevanja.

Dizel motori su ograničeni u stepenu kompresije porastom masa i sa porastom mase inercijalnim silama.

u h c

c c

V V V

V V

Moment i snaga motoraSnaga motora je maksimalna efektivna snaga

(zamajac) motora pri punom otvoru leptiraFizičko značenje snage jeste količina rada u

jedinici vremena

a. Statički moment T [Nm] je proizvod sile F [N] i kraka l [m] sile

b. Dinamički moment se vezuje za snagu P [W] motora preko obrtanja [rad/s] ili n [o/s] kolenastog vratila u vremenu t [s], polazeći od rada W [Nm=J] na putu s [m] sile F [N].

Snaga motora jednaka je proizvodu momenta motora i ugaone brzine motora, iskazane u [rad/s], gde je (rad [m]), ili celih obrtaja 2n [o/s].

Snaga se ne može neposredno meriti jer je računska veličina po obrascu za snagu.

Probni – radni stolovi za “merenje snage”:Kod nalaženja krive snage P motora meri se moment

T [Nm] (na kočnici) i pripadajuća brzina n [o/min] motora. Potom se snaga izračunava za svaku željenu tačku krive.

.

.

2

2

a

T F l

b

W F s

W sF F v F r

t tP T

n

P Tn

Poređenje oto i dizel motora po momentu i broju obrtaja kod dobijanja snage

Dizel motori imaju veće momente od oto motora za jednake snage.

Veći momenti dizel motora pri istim snagama ostvaruju se većim radnim zapreminama motora.

Brzohodi dizel motori ne prelaze lako brzine od 4000 [o/min].

Oto motori lako dostižu brzinu od 7200 [o/min].

Razlike u brzinama oto i dizel motora potiču od prirode ciklusa po kojima rade i razlike u masama.

Dovođenje toplote u dizel motoru je razvučeno po izobari, paljenje je spontano: Nema tačnog trenutka upaljenja smeše kao kod oto motora varnicom, smeša je heterogena umesto homogena.

Masa mašinskih elemenata zbog većih stepena kompresije ne dopušta velike brojeve obrtaja.

2

2

2D D D

O O O

D O

D D O O

OD O

D

O D D O

P Tn

P T n

P T n

P P

T n T n

nT T

n

n n T T

Elastičnost motora*Elastičnost motora je sposobnost motora da

poveća obrtni moment pri smanjenju broja obrtaja kod porasta spoljnih otpora.

Oto motori su prirodno elastičniji od dizel motora.Sa dizel motorim se češće menjaju stepeni prenosa pri

porastu opterećenja (brdo).

Orijentacione vrednosti:Oto: ET = (1.25-1.45), En = (1.5-2.5)Dizel: ET = (1.05-1.25), En = (1.3-1.6)

Odnosi su takvi da je elastičnost broj uvek veći od jedan.

Manje elastični motori moraju imati više stepeni prenosa od više elastičnih motora da bi bili dobro iskorišćeni.

max

max

max

maxT

P

Pn

T

TE

T

nE

n

Dijagram elastičnosti motora*

Ubrzanje i maksimalna brzina vozila*

Iz jednačina ravnoteže sile Fo vuče vozila u kojoj učestvuju spoljni otpori i inercijalne sile, sledi:

1. Tokom ubrzanja, dv/dt > 0, što je veći moment motora ubrzanje vozila biće veće, jer preostaje više momenta (snage) motora za ubrzanje posle savlađivanja spoljnih otpora.

2. Kad ubrzanje prestane, dv/dt = 0, vozilo dostiže maksimalnu brzinu, v = vmax = const, n = const.Sva snaga (moment) motora troši se na savlađivanje spoljnih otpora

Sa motorima malih radnih zapremina mogu se dobiti velike snage P i time velike maksimalne brzine, ako se brzo okreću.(Primer F1: n = 18 000 o/min, ograničeno)

22

max

1cos sin

2 2

0 0

2

eo dr w cl inTr inRot out in t t

d

od

o o d out in

in

out

TF F F F F F F F i

r

G dv dvF KAv Gf G J

g dt dt r

P F v F r T n T T

dva T

dtP nT

v v const

n const

Dijagram sila otpora kretanju vozila*

Ubrzanje i maksimalna brzina vozila sa dizel i oto motorom

P=2T·n (snaga)Za iste snage, posmatrajući formulu• Sa većim momentima T i manjim brojem n obrtaja dizel motori bolje ubrzavaju vozilo

od oto motora, jer im preostaje više momenta posle savlađivanja spoljnih otpora.Imaju veće radne zapremine zbog manjeg broja n obrtaja.

• Sa manjim momentima T većim brojem n obrtaja oto motori lošije ubrzavaju od dizel motora jer im preostaje manje momenta posle savlađivanja spoljnih otpora.Imaju manje radne zapremine zbog većeg broja n obrtaja.

U praksi, zbog manjih brojeva obrtaja za iste maksimalne brzine vozila sa dizel motorima načelno moraju imati manje redukcije u transmisiji, (direktnije prenose), što smanjuje vučnu silu vozila. Osim toga, mase motora koje transliraju i rotiraju (klipovi, klipnjače, kolenasto vratilo, zamajac) su veće nego kod oto motora pa su i njihove inercijalne sile veće, što umanjuje intenziet ubrzanja.* Ukupan rezultat je oko 200 ccm veća radna zapr. dizel od oto oko 1500 ccm, za iste snage.

Deo popularnosti vozila sa oto motorom zasniva se upravo na činjenici da razvijaju slične maksimalne brzine kao dizel motori, a da imaju manje radne zapremine. Ipak, sa stanovišta bezbednosti sobraćaja značajno je ubrzanje, a ne maksimalna brzina. Vozilo koje bolje ubrzava je bezbednije u preticanju. Drugi deo popularnosti leži u tome što su oto motori “življi”, više se okreću i lakše povećavaju broj obrtaja zbog manjih masa i precizniji su na pedali gasa od dizel motora.

“Moment dobija trku, snaga prodaje vozilo”

je izreka kojom se stavlja do znanja da su za takmičenja važna ubrzanja, a za kupce maksimalne brzine

Idealan i stvaran moment*Idealno iskorišćenje snage motora

dobiće se ako je snaga maksimalna i konstantna u celom području broja obrtaja. (Hiperbola).

Kada je

P = Pmax = const

sposobnost motora za transformaciju energije je najveća.

Idealan i stvaran moment motora se veoma razlikuju – transformacija energije toplotnih klipnih motora je nepovoljna.

2P Tn const

constT

n

Broj obrtaja motora pri maksimalnom momentu i maksimalnoj snazi

a. Prirast momenta pri maksimalnoj snazi je negativan*.b. Prirast snage pri maksimalnom momentu je pozitivan*.

Sa porastom broja obrtaja prvo moment dostiže maksimum, a posle toga snaga dostiže maksimum.

U početku sa porastom broja obrtaja rastu i moment i snaga.U jednom području broja obrtaja snaga raste iako moment

opada.Na kraju opadaju i moment i snaga i stiču se u nuli.

Do pada momenta sa povećanjem brzine motora na višim brojevima obrtaja dolazi zbog povećanja otpora strujanja na strani usisa. Opada zapreminska efikasnost. Potrebno je da usisni ventili budu duže otvoreni. Istovremeno rastu i unutrašnji otpori u motoru - trenje. Na kraju sva snaga preostala posle savlađivanja spoljnih otpora odlazi na savlađivanje unutrašnjih otpora, a vozilo ne ubrzava.

Može se napraviti šema razvoda ventila i za vrlo visoke brojeve obrtaja tako da ventili budu duže otvoreni (takmičenja). Međutim, tada će motor biti neekonomičan na srednjim brzinama i imati nestabilan rad na manjim brzinama zbog velikog preklapanja ventila. (Rešenje: VVT).

2

.

2

0

0

.

2

1 10

0

a

P T n

dP dTn T

dn dndT T

dn n

b

PT

n

dT dPP

dn n dn ndP P

dn n

Tipične krive momenta i snage oto motora sa prirodnim usisavanjem

Prirast momenta i snage*

Dijagram stepena prenosa menjačkog prenosnika prema idealom momentu*

Efikasnost oto motora• Toplotna efikasnost

– Drugi princip termodinamike – ne može se iskoristiti sva dovedena toplota za dobijanje rada: Topli izduvni gasovi odlaze u atmosferu. Nepoklapanje idealnog i stvarnog ciklusa, jer se ne mogu ostvariti uslovi za odvijanje idealnog ciklusa: Brzina dovođenja i odvođenja toplote je konačna (± Q/t<<∞), a ekspanzija ne ide ni do atmosferskog pritiska. Gas nije idelan, cv const. Gubitak 45%.

– Toplotni gubici u razmeni toplote sa zidovima cilindra, odakle se toplota delom zrači, a delom predaje rashladnoj tečnosti. Nema potpunog sagorevanja: Nastanak ugljenmonoksida u izduvu. Neefikasno sagorevanje u blizini hladnih zidova cilindra gde se plamen gasi: Nastanak ugljovodonika. Gubitak 15%.

– Stehiometrijska smeša =1, (“idealno sagorevanje”) neophodna za rad sa trostepenim katalitičkim konvertorima. Nije potpuno homogena, pa je potrošnja goriva veća. Manja potrošnja goriva je sa =(1.1 – 1.3), gde više vazduha obezbeđuje bolju prisutnost kiseonika oko molekula isparenog goriva. Gorivo je bolje iskorišćeno. Međutim, siromašnija smeša sporije sagoreva, pa je linija dovođenja toplote po izohori u pV dijagramu pomerena udesno i zahvata manje površine. Gubitak 7%.

– Izmena radne materije – pumpni rad. Gubitak 10%.

• Mehanička efikasnost– Trenje pokretnih delova motora: klip sa klipnim prstenovima, ležaji radilice,

bregasti mehanizam (indiciran i efektivan rad).– Pogon pomoćnih agregata – pumpa za ulje, gorivo, hlađenje, alternator...

Gubitak 10%.

Preostaje za pokretanje vozila 13%

Mere za povećanje efikasnosti oto motora:Područje rada turbokompresora*

Mere za povećanje efikasnosti oto motora

Indirektno i direktno ubrizgavanje• Indirektno ubrizgavanje – ubrizgavanje u usisne vodove

Gorivo uzima toplotu za isparavanje od okolnog vazduha i sa (relativno) toplih zidova usinih vodova. U cilindar ulazi ugrejana smeša, pa je krajnja temperatura sabijanja viša. To snižava konstruktivan stepen kompresije zbog ograničenja usled detonativnog sagorevanja. Niži stepen kompresije daje manje rada (pV dijagram).

• Direktno ubrizgavanje – ubrizgavanje u cilindar motora Gorivo uzima toplotu za isparavanje od vazduha u cilindru. Isparavanje goriva u cilindru hladi vazduh. Početna temperatura vazduha se snižava, pa je i krajnja temperatura sabijanja niža*. Moguće je konstruktivno koristiti veći stepen kompresije.

• Slojevito punjenje** je poseban slučaj direktnog ubrizgavanja. Gorivo se ubrizgava u taktu kompresije (pri kraju) u pravcu svećice. Zajedno sa vazduhom u prostoru se formira gorivi sloj oko svećice u vidu oblaka magle. Gorivi sloj je okružen negorivim slojem vazduha ili mešavine vazduha i recirkulisanih izduvnih gasova (EGR). Termička izolacija gorivog sloja (u prostoru) negorivim slojem sprečava razmenu toplote sa zidovima cilindra u toku sagorevanja. Leptir je potpuno otvoren, nema prigušenja, smanjuje se pumpni rad usisa.Maksimalna količina usisanog vazduha ili vazduha i recirkulisanih gasova (nerazređen vazduh na početku sabijanja daje najveći stepen kompresije na kraju sabijanja i najviše rada (pV dijagaram). Nedostatak: Koncept slojevitog punjenja koristi mali deo radne zapremine i radi sa malom količinom goriva – toplote, pa je dobijeni moment mali. Broj obrtaja je takođe mali, pa je i razvijena snaga mala. Moguće je savladati samo manja opterećenja.

• Siromašna smeša >1 ili smeša sa viškom vaduha je ekonomičnija od stehiometrijske =1. Međutim, nije primenljiva za motore koji imaju samo trostepeni katilizator za neutralizaciju štetnih materija u izduvnim gasovima.

“Idealno” sagorevanje u homogenom radu

“Idealno” sagorevanje je sagorevanje sa homogenom i stehiometrijskom smešom =1.

Ipak, iako je smeša kvantitativno stehiometrijska, kvalitativno gorivo se kondenzuje na zidovima cilindra, što remeti homogenost ukupne smeše u prostoru za sagorevanje.

Na zidovima cilindra je <1, što znači da je u ostatku prostora >1*. Plamen napreduje sporije kroz smešu sa viškom vazduha, kriva dovođenja toplote se pomera u desno u pV dijagramu, dobija se manje rada.

Kada plamen dođe u blizinu zidova cilindra, toplota se troši na promenu faze kondenzovanog goriva na zidu – isparavanje goriva. Bogata smeša nastala isparavanjem goriva sa zidova cilindra uz nedovoljno vazduha daje ugljovodonike u produktima sagorevanja, čemu doprinosi i slabljenje plamena usled isparavanja goriva, što zahteva toplotu.

Nastaju i toplotni gubici kroz razmenu toplote iz cilindra sa zidovima kod kondenzacije goriva, a potom i kod sagorevanja smeše blizu zidova. Toplota predata zidovima odlazi kroz hlađenje cilindra u okolinu (atmosfera) zračenjem i preko rashladne tečnosti.

Gubici toplote motora i dobijen mehanički rad*

Struktura uštede goriva kod direktnog ubrizgavanja i slojevitog punjenja• Sagorevanje bliže “idealnom”* u gorivom sloju i smanjenje toplotnih gubitaka kroz

zidove prostora za sagorevanje 5% (kvalitet sagorevanja i toplotne izolacije gorivog sloja)

• Učestan rad sa umanjenim pumpnim gubicima 5% (manje prigušenje leptirom)

Slojevito punjenje je toplotno izolovano od okoline jer je okruženo vazduhom i/ili vazduhom i izduvnim gasovima, nema razmene toplote sa okolinom zbog čega je ekonomičnije u odnosu na homogeno. Pri slojevitom punjenju leptir je potpuno otvoren.

Podela motora

• Prema ciklusu– Oto– Dizel

• Prema taktnosti (izmeni radne materije)– Četvorotaktni– Dvotaktni

• Prema konstrukciji– Broj, položaj i raspored cilindara1,2,3,4,5,6*,8,10,12* - cilindričniVertikalni, horizontalni, nagnutiLinijski, “V”, (“W”) (kraći blok), “B” – bokser (klipovi u susret)...

*Motori čiji su momenti i sile inercije prvog i drugog reda prirodno uravnoteženi – bez dodavanja protivtegova na kolensto vratilo

Taktnost motora i izmena radne materije

• Četvorotaktni

– Četiri hoda klipa, dva obrta radilice za jedan ceo ciklus za dobijanje korisnog rada i obavljanje pumpnog rada (pump.)

– Taktovi (geometrijski):• Usisavanje (pump.)• Sabijanje (ciklus)• Širenje (koristan rad)• Izduvavanje (pump.)

Prikaz rada i taktova četvorotaktnog motora

Taktnost motora i izmena radne materije

• Dvotaktni– Dva hoda klipa, jedan obrt radilice za ciklus– Taktovi:

Hod klipa ka SMT:Usisavanje (ispod klipa – u kućište motora) + Sabijanje (iznad klipa)

Hod klipa ka UMT:Širenje (iznad klipa, dobijanje rada), Izduvavanje (otvaranje izduvnog kanala)Ubacivanje svežeg punjenja i ispiranje (otvaranje prelivnog kanala)

Proces sagorevanja je isti kao i kod četvorotaktnih motora, padvotaktni motori mogu da rade i po oto i po dizel ciklusu*(Ako usisavanje nije u kućište motora – bez prelivnog kanala, potreban

je napojni kompresor sa malim nadpritiskom)

(Dvotaktni oto motori koji se podmazuju mešavinom i usisavaju smešu u kućište mogu da rade i u obrnutom smeru – način podmazivanja to omogućava)

Prikaz rada i taktova dvotaktnog motora

Taktovi i procesi

Geometrijski taktovi i stvarni procesi se u praksine podudaraju!

Naprimer: Proces sagorevanja se odvija i u taktu sabijanja

Razlog: Inercija u paljenju goriva/smeše

Ispiranje i preklapanje ventila

Stanje u radnom prostoru na kraju izduvavanja:

• U kompresionoj zapremini nalaze se zaostali gasovi od procesa sagorevanja

• Struja sagorelih gasova usmerena je ka izduvnom ventilu

• Klip je u SMT (i ne ulazi u kompresionu zapreminu)

Pitanje za bolje punjenje motora pri velikom opterećenju:Kako izbaciti zaostale gasove iz kompresione

zapremine?Zaostali gasovi nemaju kiseonika za sagorevanje, a

zauzimaju deo prostora koji bi se mogao napuniti svežom smešom za dobijanje više rada.

Ispiranje i preklapanje ventila

• Usisni ventil se otvara pre kraja takta izduvavanja

• Sveže punjenje kroz usisni ventil ulazi u cilindar• Koristi se inercija struje sagorelih gasova usmerenih ka

izduvnom ventilu: Strujanje sagorelih gasova se ne okreće ka usisnom ventilu – ne odlazi u usisini vod kroz otvor usisnog ventila

• Sveže punjenje ustrujava kroz usisni ventil, zauzima prostor u kompresionoj zapremini, potiskuje sagorele gasove ka izduvnom ventilu i “ispira” radni prostor

Iako se radni prostor ispira, sveže punjenje i sagoreli gasovi se ipak mešaju. Po završetku izduvavanja uvek zaostaje jedan deo sagorelih gasova u cilindru.

Ispiranje i preklapanje ventila• Kod ispiranja istovremeno su otvoreni usisini i izduvni ventil:

Ventili se “preklapaju”

• Ugao koji napravi kolenasto vratilo za vreme kada su istovremeno otvoreni izduvni i usisini ventil zove se“ugao preklapanja ventila”

• Brzina klipa kod ispiranja je mala:Klip prolazi kroz SMT, gde menja smer kretanja.Kada klip menja smer kretanja, brzina klipa jednaka je nuli.

• Brzina struje kod ispiranja zavisi od brzine motora.Ispiranje daje efekte na visokim brojevima obrtaja – velikim brzinama motora. Na malim brzinama preklapanje ventila škodi: Ustrujavanje je sporo, efekat ispiranja izostaje, a klip deo izduvnih gasova kroz usisni ventil potiskuje u usisni vod. Izduvni gasovi se potom, kad klip krene ka UMT, vraćaju u cilindar. Punjenje svežom smešom i/ili vazduhom se smanjuje, nehomogenost smeše je izrazita, pa motor radi nestabilno. (AVT).

Ispiranje radnog prostora na kraju takta izduvavanja*

Trajanje procesa izduvavanja po taktovima

• Proces izduvavanja počinje na kraju takta ekspanzije• Nastavlja se u toku takta izduvavanja• Produžava se u taktu usisavanja

Prema tome:Geometrijski, proces izduvavanja zahvata tri takta

Izduvavanje je pražnjenje radnog prostora od produkata sagorevanja

Usisavanje i preklapanje ventila

Na otvaranje i ugao otvaranja usisnog ventila na početku takta usisavanja utiču dva faktora:

1. Efikasnost procesa ispiranja za trenutnu brzinu motoraRanije otvaranje ventila za veće brzine, kasnije za manje brzine

2. Uslov za bezudarni dodir bregastog para – brega bregastog vratila i podizača ventila na početku otvaranja ventila:Mala brzina odizanja ventila sa sedišta na početku otvaranja ventila. Protočna površina na malo odignutom ulaznom ventilu je mala, prigušenje na usisavanju veliko, pa ispiranje nije efikasno.Ranije otvaranje usisog ventila u principu za punu površinu protočnog preseka povećava ugao preklapanja ventila.

Usisavanje i inercija struje kod punjenja radnog prostora

(volumetrijska - zapreminska efikasnost)Stanje u radnom prostoru na kraju usisavanja:• Sveže punjenje ustrujava u radni prostor• Struja svežeg punjenja ima inerciju

Inercija struje punjenja je veća ukoliko je brzina motora veća (kinetička energija fluida je veća)

• U radnom prostoru pritisak je malo manji od spoljnog• Klip se nalazi u UMT

Brzina klipa pri prolasku kroz UMT je nula: Klip pri prolasku kroz UMT menja smer kretanja.

Koristi se inercija struje svežeg punjenja: Usisni ventil se zatvara posle prolaska klipa kroz UMT, čime se poboljšava punjenje radnog prostora. Naročito važno za brzohode motore.

Pri većim strujnim brzinama moguće je ubaciti u cilindar do 10% više punjenja nego što je veličina radne zapremine.

Trajanje procesa usisavanja po taktovima

• Proces usisavanja počinje na kraju takta izduvavanja (preklapanje ventila)• Nastavlja se u toku takta usisavanja• Produžava se u taktu sabijanja

Prema tome:Geometrijski, proces usisavanja zahvata tri takta

Za poboljšanje punjenja tokom usisavanja koriste se pored inercije struje i oscilovanje “gasnog stuba” u usisnim vodovima – poremećaji pritiska izazvani otvaranjem i zatvaranjem usisnog ventila. (“Dinamičko nadpunjenje”).

Usisavanje je punjenje radnog prostora novim radnim telom. U opštem slučaju radno telo čine vazduh, gorivo, recirkulisani izduvni gasovi,

pare goriva (evap-oto) i gasovi iz kućišta motora. (Ulje iz gasova treba da bude izdvojeno-separirano i vraćeno u kućište motora).

Dijagram preklapanja ventila*

Visina izdizanja ventila (ordinata) u zavisnosti od ugla (apscisa) kolenastog vratila kod izmene radnog tela

L1: Veće preklapanje ventila za veće brzine motora i veće visine izdizanja ventila

L2: Manje preklapanje ventila za manje brzine motora i manje visine izdizanja ventila

Dijagram izmene radne materije i šema razvoda*

• Levo: Izmena radne materije – pumpni radNa šemi je po pritisak okoline, pr pritisak izduvavanja, pa pritisak usisavanja: pr > po >pa

• Desno: Šema razvoda oto i dizel motoraUglovi otvaranja i zatvaranja usisnih i izduvnih ventila sa preklapanjem ventila

Punjenje cilindraoto i dizel motora*

Punjenje cilindra čine:1. Vazduh2. Gorivo3. Pare goriva i vazduha (3)4. Zaostali izduvni gasovi5. Recirkulisani izduvni gasovi

(3) Dizel motor nema uvođenje para goriva i vazduha –“evap system” zbog manje isparljivosti goriva i prirode ciklusa-samopaljenja.

Ubacivanje para dizel goriva u toku usisavanja imalo bi za posledicu upaljenje goriva u taktu kompresije, u trenutku dostizanja temperature samopaljenja goriva pre paljenja ubrizganog goriva.Rezultat: Gubitak snage tokom kompresije uz mehaničko i termičko naprezanje motora.

Punjenje cilindra – oto motor• Recirkulacija izduvnih gasova povratkom kroz poseban vod – spoljna

(eksterna) na usis motora se vrši da bi se za vreme rada sa siromašnom smešom snizila najviša temperatura sagorevanja.Visoka temperatura sagorevanja (>2000K) produkuje azotne okside NOx.. Količina izduvnih gasova koja se ubacuje u cilindar kontroliše se EGR ventilom kojim upravlja računar.

• Na malim brojevima obrtaja (<2000) struja usisa je spora pa zbog preklapanja ventila zaostali sagoreli gasovi mogu dospeti kroz usisni ventil u usisini vod kada je pritisak u usisnom vodu manji od pritiska u izduvnom vodu. (U usisnom i izduvnom vodu postoje stalne pulsacije pritiska).

– Kod većeg punjenja (opterećenja motora) – rada sa bogatom smešom, vraćanje izduvnih gasova kroz usisni ventil u usisni vod je nepoželjno. Za nepromenljivu šemu razvoda može se umanjiti dinamičkim efektima struje preko promenljive geometrije usisa, ili otkloniti nadpunjenjem.

– Kod manjeg punjenja (opterećenja motora) – rada sa siromašnom smešom u slojevitom radu, vraćanje izduvnih gasova kroz usisni ventil u usisni vod je poželjno. Tada se to naziva “interna” recirkulacija. Interna recirkulacija izduvnih gasova se efikasno ostvaruje promenljivom šemom razvoda, VVT, kada je moguće umanjiti ili odstraniti potrebu za EGR – ventilom.

Motor može biti opterećen više ili manje na svakom broju obrtaja. Velika opterećenja motora naročito na niskim brojevima obrtaja povišavaju temperaturu sagorevanja. Tada se dovodi značajna količina toplote po ciklusu (WOT), raste moment motora, a mehanički rad sporo odvodi-ekspanzija je spora.

Pumpni rad, oto i dizelpriroda gubitaka

• Pumpni rad – rad za izmenu radnog tela uzima deo rada dobijenog iz motora

– Za vreme usisavanja klip radi protiv pritiska u kućištu (pritisak okoline) koji mora da savlada i za to troši rad (1 cil.Kod više cil.strujanje iz jednog u drugi deo kuć.).Takođe, motor mora savladati otpore prigušivanja struje kroz usisni ventil.Oto motor, u odnosu na dizel, kod usisavanja ima i otpore prigušivanja struje leptirom.Potpuno otvoren leptir daje najmanje otpore. (“Pun gas”, WOT).Slojevito punjenje sa recirkulacijom izduvnih gasova omogućava puni otvor leptira, i time smanjuje pumpne gubite prigušivanja na leptiru kod usisavanja.

– Za vreme izduvavanja kod velikih brzina motora klip mora da savlada dinamički pritisak (promenljiv) izduvavanja sagorelog gasa i prigušivanje struje gasa u izduvnom ventilu. U trenutku otvaranja izduvnog ventila brzina klipa je mala (klip je blizu UMT). Isticanje se odvija pod delovanjem razlike pritisaka u cilindru motora i izduvnom vodu prema okolini. Kasnije, pritisak u cilindru opada, brzina klipa raste, pa klip svojim kretanjem istiskuje izduvne gasove kroz izduvni ventil. U prvom delu gubi se pritisna energija izduvnih gasova poreklom iz toplote, u drugom i mehanički rad. (U oba slučaja gubi se i toplota-toplotna energija).

Turbokompresor smanjuje pumpne gubitke jer koristi deo kinetičke energije izduvnih gasova, koja potiče iz dovedene toplote, odnosno preostale unutrašnje energije izduvih gasova (i=u+pv, entalpija). Bez turbokompresora zaostala energija izduvnih gasova se u potpunosti gubi.

Idealan oto ciklus i dostupnost površine u pV dijagramu*

Količina goriva i vazduha u smeši

• Dizel motor uvek usisava maksimalnu količinu vazduha.– Momentom se upravlja količinom ubrizganog goriva.– Smeša je heterogena: Gorivo (čisto), smeša, vazduh (čist).

• Oto motor menja količinu usisanog vazduha razređivanjem leptirom. Samo pri punom opterećenju – potpuno otvorenom leptiru (WOT) usisava se maksimalna količina vazduha.– Momentom se upravlja količinom smeše.– Količina ubrizganog goriva zavisi od količine usisanog vazduha.

Ne može se dodati proizvoljna količina goriva, a smeša ima vrlo uske granice. Zato se količina usisanog vazduha – protok mase vazduha meri, a količina ubrizganog goriva odmerava za svaki ciklus.

– Smeša je homogena i stehiometrijska samo u idealnom slučaju.

Funkcija usisavanja vazduha je kod savremenih oto motora razdvojena od funkcije ubrizgavanja goriva u vreme uvođenja indirektnog ubrizgavanja*. Kod dizel motora ove dve funkcije su uvek bile razdvojene.

Merenje protoka mase vazduha (oto)• Direktno merenje, preko senzora sa vrelim filmom*. Otpornik u vidu tankog filma

greje se strujom. Vazduh struji preko vrelog filma i hladi otpornik. (Istovremeno, film greje vazduh čija se temperatura na kraju filma malo menja.) Temperatura filma na početku i na kraju filma zavisi od protoka vazduha: Veći protok mase vazduha više hladi vreli film i razlika u temperaturi na početku i kraju filma je veća. Kada protoka nema, oba kraja filma su na istoj temperaturi.Na osnovu razlike u temperaturi na početku i na kraju filma izračunava se protok mase vazduha. Senzor radi na diferencijalnom principu pa temperatura vazduha na ulazu u usisni vod nema uticaja na merenje, kao ni pritisak u usisnom vodu. (Veći pritisak u usisnom vodu-veći protok mase,veće hlađene vrelog filma). Meri se samo razlika u temperaturi. Povratni tok vazduha nastao usled poremećaja talasa pritiska zbog otvaranja i zatvaranja usisnog ventila utiče na razliku temperature filma, pa se uzima u obzir kod izračunavanja protoka vazduha.

• Indirektno merenje, izračunavanjem preko poznatih parametara i na osnovu jednačine stanja idealnog gasa u dve varijante:

1. Temperatura pre prigušnog leptira, pritisak pre i posle prigušnog leptira i položaj-ugao prigušnog leptira

2. Brzina motora, pritisak i temperatura u usisnom vodu iza prigušnog leptiraIndirektno merenje protoka mase vazduha ima nedostatak što je tačno samo za

stacionarno stanje, kada je pritisak u usinom vodu konstantan. Tada je ulaz mase vazduha u usisni vod i u motor isti. U nestacionarnom stanju – prelaznom periodu kod naglog dodavanja gasa i promene položaja leptira postoji neravnoteža protoka u usisnom vodu i motoru. Otvaranje leptira naglo smanjuje prigušenje ispod leptira, zbog čega se protok vazduha prvo poveća pre leptira, pa posle na usisu u cilindar. Izračunavanje protoka vazduha postaje nedovoljno tačno i mora se korigovati.

Direktno merenje protoka mase vazduha preko protokomera sa vrelim filmom je bolje, jer mereći protok na usisu (iznad leptira) meri protok vazduha i u nestacionarnom stanju, zato što se protokomer nalazi na mestu gde se najpre poveća protok mase vazduha.

Ocena dobrote procesa izmene radne materije

Dobrota izmena radne materije za veliko punjenje koje daje velike momente (bez EGR-a) ocenjuje se na osnovu tri činioca:

1. Odstranjivanja sagorelih gasova – produkti sagorevanja umanjuju punjenje jer ne dovode toplotu, a zauzimaju prostor

2. Punjenja svežom količinom radne materije – od količine radne materije zavisi količina dobijene toplote

3. Radom utrošenim na izmenu radne materije – pumpnim radom potrebnim za savladavanje otpora usisavanja i izduvavanja

rr

g

stvv

teor

p

M

M

m

m

p

Koeficijent zaostalih gasova, odnos broja molova zaostalih gasova i svežeg punjenja (ispiranje u homogenom radu)

Koeficijent punjenja, odnos mase svežeg punjenja ubačenog u radni prostor i teorijske mase za zapreminu radnog prostora

Srednji pritisak pumpnog rada u korelaciji sa radnom zapreminom daje pumpni rad Wp=pp·Vh [J].

Dvotaktni i četvorotaktni motori Poređenje

• Dvotaktni– Veći broj radnih taktova (više rada za isti broj obrtaja)– Lošija izmena radne materije uz gubitak dela svežeg punjenja (veća potrošnja

goriva)– Jednostavnija konstrukcija zbog prelivnog kanala (nema ventila, ako ima,

poboljšava se izmena radne materije, ali je konstrukcija složenija)

Primena:Vrlo mali benzinski karburatorski motori i vrlo veliki dizel sporohodi motoriOto: motocikli, gde je mala potrošnja goriva u apsolutnom iznosuDizel: brodovi, lokomotove, gde je precizno punjenje zbog male brzine motora,

nema gubitaka svežeg punjenja

• Četvorotaktni– Manji broj radnih taktova (manje rada za isti broj obrtaja)– Bolja izmena radne materije (manja potrošnja goriva i toksičnost)– Složenija konstrukcija (sistem za razvod radnog tela - ventili)

Primena:Oto i dizel: Motori “srednje” veličine (automobilski motori)

Sastav smeše goriva i vazduha (oto i dizel)Koeficijent viška vazduha

Idealno sagorevanje ima za produkte sagorevanja ugljendioksid (CO) i vodu (H2O, vodenu paru).

Motor u realnim uslovima uvek radi sa više ili manje vazduha nego što je potrebno za potpuno sagorevanje.

Za kontrolu i upravljanje sastavom smeše i time procesa sagorevanja uvodi seKoeficijent viška vazduha, [kg vazduha/kg goriva] (benzin: 14.7-14.9 kgvazd/kggor).Lambda faktor - , pokazuje odstupanja stvarne smeše u motoru od stehiometrijske. Lstv – stvarna količina vazduha (usisana u cilindar)Lsteh– teorijska količina vazduha (stehiometrijska)

= 1, “teorijska” smeša, Lstv = Lsteh, prema zakonima hemije > 1, “siromašna” smeša, Lstv > Lsteh, granica upaljenja varnicom, = 1,2 – 1,4 < 1, “bogata” smeša, Lstv < Lsteh, granica upaljenja varnicom = 0,6 – 0,8

• Siromašna smeša ima više vazduha nego što je to potrebno za potpuno sagorevanje goriva u smeši

• Bogata smeša ima manje vazduha nego što je potrebno za za potpuno sagorevanje goriva u smeši

Sastav smeše veoma utiče na proces sagorevanja i otrovnost izduvnih gasova: - lambda sonda-kiseonička sonda, meri količinu kiseonika u izduvnim gasovima*

Oto i dizel motori koriste lambda davače u zatvorenoj petlji automatskog upravljanja za korekciju sastava smeše u cilju smanjenja otrovnih komponenti u izduvnim gasovima i njihove neutralizacije.

stv

steh

L

L

Zavisnost momenta od sastava smeše oto motoraSastav smeše dizel motora

• Maksimalan moment oto motora dobija se sa bogatom smešom, a ne sa stehiometrijskom. Razlog tome je što bogata smeša najbrže sagoreva, pa je dovođenje toplote najbliže izohorskom.

• Sastav smeše dizel motora je heterogen. U nekom trenutku ubrizgavanja (pre upaljenja) u samom mlazu (“oko” kapljice) je čisto gorivo, pa je =0. U blizini zidova je čist vazduh, pa . Količina vazduha u heterogenoj smeši raste od mlaza ka zidovima cilindra.

Smeša goriva i vazduha i način paljenja smeše oto i dizel motora

• Kod dizel motora je smeša u cilindru izrazito nehomogena, a sastav smeše se dinamički menja, jer se gorivo ubrizgava tokom ekspanzije. (za p=const).

• Kod oto motora se teži homogenoj smeši u cilindru motora. Smeša se priprema u taktu usisavanja.Izuzetak je slojevito punjenje kod kog je smeša “u proseku” sa negorivim slojem izrazito nehomogena i vrlo siromašna. Ipak, u gorivom sloju se teži homogenoj smeši.

Kvalitativno (oto) i kvantitativno (dizel) punjenje* motora• Kod oto motora sastav smeše određuje se “kvalitativnim” dodavanem goriva:

Količina goriva u smeši menja se u vrlo uskim granicama, definisanim peko koeficijenta viška vazduha.Količina goriva po ciklusu zavisi od količine vazduha.Punjenje motora se određuje količinom usisanog vazduha, smanjem u odnosu na maksimalnu količinu vazduha, uz pripadajuću količinu goriva.Smanjenje punjenja se ostvaruje prigušivanjem preko leptira, čime se smanjuje gustina vazduha – vazduh se razređuje.Posledica razređivanja vazduha: Gubitak kompresije i time rada.Maksimalni momenti se dobijaju pri najvećem otvoru leptira (WOT), kada nema prigušenja.

• Kod dizel motora sastav smeše se menja “kvantitativnim” dodavanjem goriva:Količina goriva u smeši menja se u vrlo širokim granicama. Dizel motori rade sa velikim viškovima vazduha , iako se upravljaju preko koeficijenta (zbog zakona ubrizgavanja po fazama sagor.), jer se uvek usisava maksimalna količina vazduha.Količina goriva po ciklusu ne zavisi od količine vazduha.Nema gubitka kompresije.Punjenje motora se određuje promenom količine ubrizganog goriva.Maksimalni momenti se dobijaju pri najvećem punjenju gorivom.

Način punjenja oto i dizel motora posledica je razlike ciklusa po kojima rade i načina paljenja i sagorevanja smeše. Rad oto motora je znatno više zavisan od sastava smeše nego rad dizel motora s obzirom na vrlo uske granice sastava smeše (izduv).

Toplotna efikasnost ciklusa** oto motora je teorijski bolja nego dizel motora. Praktično,• Veliki viškovi vazduha dizel motora daju bolje toplotno izolovan gorivi sloj i manje

toplotne gubitke na razmeni toplote smeše sa zidovima cilindra, pa je iskorišćenje toplote bolje. (Slojevito punjenje oto motora ima za ideju toplotnu izolaciju gorivog sl.)

• Veći stepeni kompresije od oto motora daju više rada (Lenoar). Mogući su jer nema opasnosti od detonativnog sagorevanja. (Naprotiv, samozapalj. goriva je poželjno).

• Nema prigušnog leptira na usisu, pa je pumpni rad manji, nastaje samo na ventilima.

Sagorevanje u oto motoru:Formiranje i kretanje plamena

• Preskakanjem varnice formira se mala sfera plamena (jezgro plamena) oko varnice – elektroda svećice

• Sagorevanje jezgra stvara prostor – šupljinu, popunjenu toplim produktima sagorevanja, odakle se toplota prenosi na sloj smeše oko jezgra plamena, oblika sferne ljuske.

• Sferna ljuska se pali, sagoreva i prenosi toplotu na okružujući sferni sloj. Front plamena se pokreće.

• Front plamena napreduje kroz komoru – ljuska raste u prečniku i širi se ka periferiji prostora za sagorevanje sve dok ne sagori sva smeša.

Front plamena je tanka sferna ljuska u kojoj se odvijaju hemijske reakcije oksidacije goriva. Front razdvaja sagorelu od nesagorele smeše.

Iza fronta plamena temperatura je viša, time i pritisak, nego ispred fronta plamena u smeru njegovog kretanja. Gasovi iza fronta plamena komprimuju nesagorelu smešu.

Optimalno sagorevanje treba da traje kratko neposredno iza SMT – pri najmanjoj zapremini, što odgovara uslovu V=const za dovođenje toplote oto ciklusa.

Pri najmanjoj zapremini gas je najviše sabijen, pa je temperatura gasa najviša. Smeša se najlakše pali i sagorevanje je najbrže pa traje najkraće.

Uvođenje dve svećice ima za cilj da se oforme dva fronta plamena. (Napr. “Alfa Romeo twin spark”). Dva fronta plamena skraćuju vreme sagorevanja zbog kretanja sferne ljuske iz dve tačke. Skraćenje vremena sagorevanja pomera krivu sagorevanja – dovođenja toplote, bliže izohori v=const. Ciklus se približava idealnom i dobija se više površine – rada u pV dijagramu*. (Konstruktivne teškoće oko dve svećice).

Sagorevanje u oto motoru:Brzina prostiranja fronta plamena u zavisnosti od sastava smeše*

• Brzina sagorevanja smeše

je najveća u oblasti bogate smeše

= 0.9 – 1.0

• Granice upaljivosti smeše:

Gornja granica upaljivosti

= 1,2 – 1,4 (siromašna smeša)

Donja granica upaljivosti

= 0,6 – 0,8 (bogata smeša)

Izvan granica upaljivosti nije moguće upaliti smešu varnicom

Kod slojevitog punjenja koristi se posebna tehnika za paljenje vrlo siromašne smeše “prosečno”

Faze sagorevana u oto motoruI faza: Period pritajenog sagorevanjaOd preskakanja varnice između elektroda svećice do porasta pritiska iznad linije

sabijanja. (Pre SMT)Faza je vezana za stvaranje jezgra plamena, koje ima dovoljno toplote da upali ostatak smeše, a premalo toplote da pritisak poraste tako da oduzima rad u toku kompresije.

II faza: Period glavnog sagorevanjaOd porasta pritiska iznad linije sabijanja do postizanja maksimalnog pritiska u cilindru i

manjim delom pri širenju (u smislu stvarnog-realnog ciklusa, kod konačne brzine dovođenja toplote). (što više odmah posle SMT).

III faza: Period dogorevanjaSagorevaju ostaci smeše do kojih front plamena najkasnije stiže, uz zidove cilindra,

uključujući i prostor između cilindra i klipa iznad kompresionog prstena (“procep”). (Posle SMT, na liniji ekspanzije).

Smeša uz zidove se hladi od zidova, temperatura se snižava, pa se smeša teže pali i sporije sagoreva. Plamen-količina dovedene toplote se smanjuje. Posledica: Sagorevanje se premešta sa V=const na krivu širenja – ekspanziju. Kriva ciklusa u pV dijagramu se zaobljava između V=const i Q=0. (Nepoželjno jer odstupa od površine u p,V dijagramu idealnog oto ciklusa, tako što je smanjuje. To znači manje rada iz iste toplote, ali neizbežno u homogenom radu. Slojeviti rad nema izražen ovaj problem).

Indikatorski dijagram toka pritiska i faza sagorevanja u oto motoru*

Indikatorski ili indicirani dijagram je dijagram stvarne promene pritiska u cilindru motora, dobijen snimanjem pritiska u radu motora.

Indicirani pritisak pi je pritisak u cilindru motora. To je zamišljeni konstantan pritisak koji daje isti rad kao i stvaran promenljiv pritisak tokom ciklusa. Wi=piVh (pravougaonik, pi visina pravougaonika).

Efektivan pritisak je pritisak na raspolaganju posle savladavanja unutrašnjih otpora pm motora. (Na zamajcu). pe=pi-pm

Indicirani i efektivan pritisak svojom vrednošću karakterišu opterećenje (load) motora.

Efektivna snaga Pe je snaga na zamajcu (kolenastom vratilu) motora. To je snaga koja preostaje za korišćenje posle potrošnje snage za savladavanje unutrašnjih otpora u motoru.

Uticaj ugla predpaljenja na sagorevanje u oto motoru

• Rano paljenje– Daje veliki porast pritiska pre SMT zbog preranog dovođenja toplote.– Rad se troši na sabijanje povećanog pritiska pre SMT. U p,V dijagramu

površina koja predstavlja rad premešta se na kompresionu stranu, gde se rad troši, i tako smanjuje na ekspanzionoj strani, gde se rad dobija.

– Porast pritiska prilikom sagorevanja je prevelik, stvara visoke temperature sagorevanja, raste mogućnost detonativnog sagorevanja. Kod detonativnog sagorevanja rad motora je “tvrd”, snaga opada, potrošnja goriva raste, motor se mehanički i termički napreže, naročito klip motornog mehanizma.

• Kasno paljenje– Daje nedovoljan porast pritiska posle SMT zbog prekasnog dovođenja

toplote. Površina koja predstavlja rad se smanjuje sa gornje strane i pomera u desno. Produžava se glavno sagorevanje koje se sa V=const prenosi na krivu širenja. U p,V dijagramu oto ciklusa, dobija se manje rada iz iste toplote.

– Ostaje više toplote u gasu u vidu unutrašnje energije (entalpija). Temperatura gasa je viša na izduvu – više toplote se gubi sa izlaskom gasa. Snaga opada, za isti (zahtevani) moment potrošnja goriva raste.

– Nema opasnosti od detonativnog sagorevanja jer su pritisci u cilidru niži zbog sagorevanja tokom širenja pa je temperatura smeše ispod temperature samopaljenja.

Dijagram uticaja ugla predpaljenja na tok pritiska kod sagorevanja u oto motoru*

Neželjene pojave kod sagorevanja u oto motoru:Disocijacija i nekontrolisano sagorevanje

• Disocijacija je raspad stabilnih produkata potpunog sagorevanja, ugljen dioksida i vodene pare, na produkte nepotpunog sagorevanja, ugljen monoksid i vodonik. CO2+H2OCO+H2+O2 Raspad se događa na visokoj temperaturi (>2200 K) zbog koje, inače, stabilni produkti sagorevanja postaju nestabilni. Disocijacija oduzima deo toplote koja bi se iskoristila za rad i stvara otrovne sastojke u sagorelim gasovima.

• Detonativno sagorevanje je nekontrolisano eksplozivno – zapreminsko sagorevanje u ostatku smeše ispred dolazećeg fronta plamena, kad je temperatura u radnom prostoru iznad temperature samopaljenja smeše.

• Površinsko sagorevanje je nekontrolisano sagorevanje smeše upaljenjem toplotom u blizini površina koje su akumilirale toplotu usled nedovoljnog hlađenja: Svećica, klip. (“Dizelovanje”). Front plamena dobija oblik tople površine koja pali smešu bez varnice. (Talozi otežavaju hlađenje klipa i/ili svećice). Topla mesta mogu da upale smešu pre preskakanja varnice kod sabijanja (prerano paljenje) i time da izazovu detonaciju. Tako površinsko sagorevanje izaziva zapreminsko detonativno sagorevanje.

Detonativno i površinsko sagorevanje može nastati pri svakoj brzini motora. Karakterističan metalni zvuk kod detonativnog sagorevanja se čuje na manjim brojevima obrtaja, a ne čuje se na višim brojevima obrtaja, jer je buka motora tada dovoljno velika da prikriva zvuk detonacije.

Detonativno sagorevanje, nastanak i osobine(Oto motor)

Iza fronta plamena pritisak raste zbog toplote dovedene sagorevanjem. Pritisak se prenosi na prostor ispred fronta plamena, sabijajući ostatak nesagorele smeše. Delovi sabijenog ostatka smeše postižu temperaturu samopaljenja goriva i sagorevaju nekontrolisano (sve posle preskakanja varnice(!)).

Nagli porast pritiska stvara poremećajni talas koji se prenosi ka zidovima cilindra, klipa i prostora za sagorevanje u glavi motora. Sledi odbijanje por. talasa pritiska od graničnih površina i pulsiranje talasa po radnom prostoru, što stvara karakterističan metalni zvuk (“pinging noise”).Često se pogrešno smatra da ovaj zvuk dolazi od udara ventila o sedište zbog metalne boje detonativnog zvuka. Međutim, visok pritisak u cilindru, koji predstavlja preduslov za visoku temperaturu smeše, ne može se ostvariti ako je neki ventil otvoren. Kroz otvoren ventil gas bi izlazio ili u usisni ili u izduvni vod, a pritisak se snižavao, time i temperatura smeše, nasuprot uslovima detonacije.

Brzina prostiranja fronta plamena je pri normalnom sagorevanju 20 – 30 m/s.Brzina prostiranja fronta plamena pri detonativnom sagorevanju je 10 – 100

puta veća nego pri normalnom sagorevanju.Detonativno sagorevanje se odvija po celoj zapremini nesagorelog dela

smeše razvijajući se iz više centara u kojima se smeša sama pali. Plamen se zapreminski širi znatno brže nego površinski, kako se, inače, širi front plamena u obliku sferne ljuske. Brzo zapreminsko širenje plamena ima karakter detonacije.*

Nastanak detonacije i prenošenje talasa pritiska*

• Centri paljenja po celoj zapremini ostatka nesagorele smeše

• Pritisak fronta plamena na ostatak nesagorele smeše

• Visoka temperatura i pritisak u cilindru motora su preduslovi za detonativno sagorevanje. (Nastaju pri velikom opterećenju motora)

Radni uslovi motora za nastanak detonativnog sagorevanja u oto motoru i načini sprečavanja detonacija

Radni uslovi za nastanak detonativnog sagorevanja:• Opterećenje motora (load) je veliko: Veliki moment zahteva veće punjenje. Više

toplote povišava temperaturu sagorevanja. Opterećenje motora se meri efektivnim pritiskom pe ili odnosom L=pe/pemax srednjeg efektivnog pritiska i maksimalnog efektivnog pritiska koji motor može da ostvari.

• Broj obrtaja motora je najčešće mali pa ima više vremena za porast pritiska i temperature–stvaranje uslova za samopaljenje i detonaciju ostatka nesagorele smeš.

• Termičko naprezanje motora, ugrejan iznad normalne radne temperature. Početna temperatura sabijanja smeše je viša, time je i krajnja temperatura smeše viša i bliža samopaljenju. (pV^ϰ=RT).

• Slojevito punjenje je zbog male količine smeše u gorivom sloju, time i male zapremine kroz koju se prostire front plamena i veoma siromašne smeše u ostatku zapremine cilindra (neupaljiva smeša), vrlo otporno na detonativno sagorevanje.

Upravljanje paljenjem• Prerano paljenje povišava pr.i temperaturu u taktu sabijanja. To izaziva visok porast

pritiska pre SMT, u vreme kada još treba da traje pritajeno sagorevanje. Temperatura smeše raste mnogo pre SMT, sa njom i pritisak, sabijajući ostatak smeše.

Otpornost goriva na detonaciju• Nedovoljna oktanska vrednost goriva povećava sklonost ka samopaljenju (ON,

RON)Održavanje motora• Povećan stepen kompresije usled ravnanja glave motora ili tanke zaptivke glave

motora smanjuje kompresioni prostor. Raste stepen kompresije, sa njim temperature pri sabijanju i stvaraju se uslovi za detonativno sagorevanje.

Detonacija nastaje zajedničkim delovanjem faktora:Motor – način rada – gorivo – vozilo (vozač).

Uticaj detonativnog sagorevanja na motor

Indikatorski dijagram je “testerast”.Talasi pritiska se kreću od mesta detonacije ka zidovima radnog prostora, (mestu merenja), odbijaju od njih više puta, slažu (interferencija), i pulsiraju.Kod preranog ugla paljenja detonacija nastaje ranije i zahvata više nesagorele smeše, pa je jača.

Mehaničko naprezanje

Gasna sila klipa zbog naglog oslobađanja toplote dostiže veće vrednosti od onih za koje je motor projektovan, odnosno konstruisan. Gasna sila direktno prati pulsacije pritiska, pulsira i sama, delujući učestanim udarima na klip. Udari gasne sile razbijaju sloj ulja između površina u relativnom kretanju: Cilindar i klip, klip i osovinica klipa. Podmazivanje slabi, raste trenje, grejanje usled trenja, raste habanje.

Termičko naprezanje

Gasna korozija nastaje usled vrelih gasova kada detonacija traje duže tokom rada motora. Molekuli gasa se jedine sa molekulima metala (nagrizanje, naročito klipa). Klip – “kruna”, se termički napreže, metal klipa topi i klip deformiše.

Indikatorski dijagram slabe i jake detonacije oto motora

Brzina prostiranja talasa promene pritiska je mnogo veća od brzine kretanja molekula gasa i jednaka je brzina zvuka za datu sredinu.

Talasi promene pritiska se višestruko odbijaju o zidove cilindra radnog prostora, smanjuju i gube na kraju, kad se radni prostor dovoljno poveća (pada pritisak u cilindru), a energija poremećajnih talasa oslabi.

Izgled klipova oštećenih detonativnim sagorevanjem

Detonativno sagorevanje i direktno ubrizgavanje

• Ubrizgavanje goriva direktno u cilindar kod homogenog punjenja Snižava temperaturu vazduha u cilindru, jer se toplota vazduha troši na isparavanje goriva. Time se snižava temperatura smeše (ukupno).Niže početne temperature u cilindru daju niže krajnje temperature od onih kod ubrizgavanja u usisni kolektor.Indirektno ubrizgavanje: Toplota zidova usisnog kolektora predata gorivu pre ulaska u cilindar ubrzava isparavanje. Smeša se greje već pre ulaska u cilindar, više krajnje temperature sabijanja.

• Ubrizgavanje goriva direktno u cilindar kod slojevitog punjenja Samo oko elektroda svećice postoji prostorno ograničena smeša koja može da sagori. Temperatura se snižava ubrizgavanjem na kraju kompresije. Oko “oblaka” smeše u cilindru je vazduh i/ili izduvni gasovi koji ne gore. (Granica između gorivog sloja i ostatka smeše nije oštra).Količina ubrizganog goriva je mala, motor ne razvija veliki moment sa malo goriva i termički je nenapregnut. Ekstremno siromašna smeša u ostatku cilindra izvan gorivog sloja ne može se upaliti.

Motori sa direktnim ubrizgavanjem goriva u cilindar, posebno u slojevitom radu, su manje podložni detonativnom sagorevanju, nego motori sa ubrizgavanjem u usisni kolektor u blizini usisinog ventila. Zbog toga se mogu konstruisati sa većim stepenima kompresije.

Direktno ubrizgavanje ima prednost nad indirektnim ubrizgavanjem u smislu otpornosti konstrukcije motora na detonaciju.

Mere za sprečavanje detonativnog sagorevanja

• Motori koji nemaju kontrolu detonativnog sagorevanja moraju biti na dovoljnom “udaljenju” sa uglom paljenja od onog koji može da izazove detonativno sagorevanje, 5 – 8 stepeni iza SMT za glavno sagorevanje.Cena ove mere je:

– manje rada u p,V dijagramu, zbog pomeranja krive v=const na stranu širenja– nemogućnost da se izbegne detonativno sagorevanje za sve uslove rada

(Ugao paljenja je “optimizovan”).Ranije ili kasnije dolazi do detonacije. Jedina trenutna mogućnost

neupravljanog motora je oduzimanje “gasa” (vozač) u cilju smanjenja opterećenja motora. (Ev. niži stepen prenosa).

• Motori koji imaju kontrolu detonativnog sagorevanja mogu da ostvare povoljniji položaj krivih u radnom p,V dijagramu, preko manjih – najboljih uglova predpaljenja, tako da maksimalan pritisak u cilindru bude što bliže po prolasku klipa kroz SMT.Kod detonativnog sagorevanja, vraća se paljenje na kasnije (ECU) za cilindar u kom je nastala detonacija*. Po prestanku detonacija, vraća se paljenje postepeno ka nominalnim vrednostima. Svaki cilindar može imati senzor za detonaciju, ali se i sa jednim davačem-senzorom može pratiti proces sagorevanja po pojedinim cilindrima tokom radnog takta.Upravljanje paljenjem se može ostvariti i za motore sa indirektnim ubrizgavanjem (u usisni vod pre usisnog ventila) i za motore sa direktnim ubrizgavanjem.

• Uz senzor detonacije** (knock) može postojati i senzor za otklanjanje pogrešnog tumačenja detonacije, usled neravnina na putu. (U šasiji).

Prednosti kontrolisanja detonativnog sagorevanja

Ugao paljenja kontroliše se i menja – upravlja u toku rada motora (ECU).• Poboljšanje termodinamičkog stepena korisnosti motora

Vreme paljenja se podešava tako da se dobije najviše rada u p,V dijagramu. Položaj krivih ciklusa vezano za dovođenje toplote u procesu sagorevanja i vršni pritisak u taktu širenja, je bolji. (Nema bezbednosnih granica 5 – 8 stepeni za izbegavanje detonacije, koje nužno položaj krivih u p,V dijagramu pomeraju na stranu širenja, tako da se dobije manje rada.)

• Omogućavanje rada motora sa većim stepenima sabijanja zbog tačnije određenog trenutka paljenja bez detonacije. Dobijanje više rada po ciklusu zbog povećanja stepena kompresije (konstruktivno).Dobijanje većeg momenta.

• Manja osetljivost motora na promenu otpornosti goriva prema detonativnom sagorevanju – kvalitet goriva u eksploataciji.

Manje snažne detonacije sa kraćim trajanjem ne oštećuju motor koji se konstruiše sa trajnom dinamičkom čvrstoćom takvom da ih može podneti. Sa druge strane, temperature kod detonativnog sagorevanja su dovoljno visoke da razlažu taloge od ulja i goriva na površinama prostora sagorevanja, (klip, glava) koji se, onda, izbacuju kroz izduvni sistem napolje iz motora.Odstranjivanje taloga umanjuje mogućnost od površinskog nekontrolisanog sagorevanja jer talozi stvaraju topla mesta.

Ubrizgavanje goriva i sagorevanje u dizel motoru

Ubrizgavanje goriva, paljenje smeše i sagorevanje

• Gorivo se ubrizgava direktno u cilindar• Smeša je heterogena: Od =0, čisto gorivo u mlazu, do = izvan

mlaza• Punjenje cilindra smešom se ostvaruje samo količinom goriva

(vazduh se ne razređuje kao kod oto motora)• Količina vazduha ograničava maksimalnu količinu goriva, time

moment i snagu. Previše goriva stvara crni dim u izduvu, koji nastaje usled nedostatka kiseonika za sagorevanje. (Providnost-opaque)

• Upaljenje smeše je pod dejstvom toplote iz vazduha, sabijenom na visoki pritisak. Temperatura vazduha u cilindru je iznad temperature paljenja smeše.

Temperatura na kraju takta kompresije je t = 700-900°C.Pritisak (kompresija):P = 30-55 bar za atmosferske dizel motorep = 80-110 bar za nadpunjene dizel motore.

Ubrizgavanje goriva, paljenje smeše i sagorevanje

Pritisak u cilindru naglo raste za vreme paljenja i potom sagorevanja (druga faza), usled dovedene toplote, pa dizel motor ima karakterističan “tvrd” rad.Veličina porasta pritiska se kontroliše predubrizgavanjem, a time tvrd rad i ekonomičnost motora.

Sile koje naprežu motor ograničavaju stepen kompresije na =16-18 preko čvrstoće, jer sa njom raste masa konstrukcije. (Gasna sila, inercijalne sile i momenti).

Pritisak ubrizgavanja goriva se kreće od 200-2200 bar u toku rada motora. Visoki pritisci omogućavaju veliku kinetičku energiju ubrizgavanog mlaza i mali prečnik kapljica goriva, time dobro formiranje smeše. Sa brzinom kapljica raste trenje o vazduh i poboljšava se isparavanje, a smanjenje veličine kapljica (“atomizacija”) znači povećanje površine isparavanja*. Brizgaljke imaju više otvora za mlaz goriva.

Potreba za vrtloženjem vazduha u cilindru za homogenizaciju smeše se umanjuje sa porastom pritiska ubrizgavanja (novi motori imaju sve veće pritiske ubrizgavanja), što omogućava jednostavniju konstrukciju usisnog voda i prostora za sagorevanje. Istovremeno, domet (penetracija) kapljica je manji zbog njihove manje mase**, pa je moguće ostvariti ubrizgavanje i kod motora sa manjim zapreminama bez kontakta kapljica sa zidovima prostora za sagorevanje. Otvori brizgaljke imaju različita usmerenja ka prostoru za sagorevanje, da bi homogenizacija smeše bila što bolja.

Indikatorski dijagram za konvencionalne sisteme ubrizgavanja

• Zaostajanje ubrizgavanja (injection lag):Vreme koje protekne od početka isporuke goriva pod visokim pritiskom kroz vodove do početka ubrizgavanja goriva. Talas (poremećajni) porasta pritiska putuje kroz dizel gorivo brzinom od oko 1500 m/s (brzina zvuka u datoj sredini). Vodovi visokog pritiska treba da budu što kraći, a njihov materijal što krući, kako bi se maksimalno smanjilo zaostajanje ubrizgavanja.

• Zaostajanje paljenja (ignition lag):Vreme koje protekne od početka ubrizgavanja do početka sagorevanja. Za to vreme gorivo isparava i meša se sa vazduhom. Isparavanje je karakteristika goriva i ne zavisi od brzine motora. Zato se sa povećanjem brzine motora pomera ubrizgavanje na ranije-povećava predubrizgavanje.(Analogno oto motoru).

Na zaostajanje paljenja tokom ubrizgavanja utiču:– Upaljivost goriva (cetanski broj)– Temperatura vazduha (u cilindru)– Stepen kompresije (konstrukcija)– Način ubrizgavanja (oblik krive)

Indikatorski dijagram za konvencionalne sisteme ubrizgavanja

Maksimalan i minimalan broj obrtaja motora

Dizel motor uvek ima dovoljno vazduha, pa moment zavisi od količine ubrizganog goriva.

Maksimalan broj obrtaja motora se ograničava. Ako je spoljno opterećenje manje od razvijene snage motora, broj obrtaja raste. Zbog velikih stepena sabijanja elementi motora su masivni i zato imaju znatne inercijalne sile. Ne sme se dopustiti da broj obrtaja dostigne vrednost pri kojoj će se motor “razleteti” usled inercijalnih sila (self-destruction).

Minimalan broj obrtaja motora se reguliše.Rad na praznom hodu.

Regulisanje maksimalne i minimalne brzine motora je dvostepena regulacija.

(Trostepena, ili sverežimska regulacija se primenjuje za dizel motore koji pokreću radne mašine. Trostepenom regulacijom se stabilizuje još i rad motora na zadatom režimu, na broju obtaja između minimalnog i maksimalnog).

Okretanje motora većom brzinom u odnosu na punjenje (overrun) Pri vožnji na nizbrdicama i kočenju motorom preko transmisije motor se okreće

spoljnom silom-momentom. Tada se ne dodaje gorivo. Važi i za oto motore.

M – postupak ubrizgavanjaU ranim fazama direktnog ubrizgavanja razvijen je M – postupak*.Dok su se drugi konstruktori naprezali da izbegnu kontakt mlaza goriva sa

zidom, Meurer je uradio upravo suprotno: Ubrizgavao je gorivo na zid prostora za sagorevanje, tačnije udubljenje u klipu. (Jedan otvor mlaza brizgaljke).

Na taj način gorivo je isparavalo sporije, koristeći i toplotu klipa za isparavanje (pored toplote vazduha).Isparavanje tečne faze goriva sa klipa je usporilo proces sagorevanja i produžilo ga i tako snizilo nagli porast pritiska, koji kod direktnog ubrizgavanja proizvodi tvrd rad motora. Istovremeno, isparavajući, gorivo je hladilo klip i bitno smanjivalo termičko naprezanje klipa.Zbog smanjenih skokova pritiska rad motora je bio vrlo mek, a zbog dobre homogenosti smeše (“slojevito isparavanje”) dobijen je i vrlo miran rad.

Nedostatak: Oduzimanje toplote iz cilindra za isparavanje goriva kroz zid klipa i njeno odbacivanje kroz sistem za hlađenje. Ova odbačena toplota bi drukčije učestvovala u mehaničkom radu.

Zbog odvođenja toplote za isparavanje goriva toplotna efikasnost motora je smanjena i time povećana potrošnja goriva, odnosno smanjena ekonomičnost motora. Motori sa M-postupkom su postepeno izašli iz eksploatacije i danas ih više nema.

Proces sagorevanja, buka, ekonomičnost

Proces sagorevanja u dizel motoru veoma zavisi od pripreme smeše.Pored performansi, potrošnje goriva i sastava izduvnih gasova, za razliku od

oto motora, priprema smeše utiče i na bučnost motora.Buka nije problem sama za sebe: Nastaje usled naglih porasta pritisaka i

svedoči o dinamičkom opterećenju motora.Delovi motora moraju biti dimenzionisani tako da mogu podneti opterećenja od visokih pritisaka i od naglih promena pritiska (II faza sagorevanja).

Emisija štetnih izduvnih gasova i intenzitet buke umanjuju se• Konstrukcijom motora

Usisni vodovi i prostor za sagorevanje• Načinom ubrizgavanja goriva

Kriva ubrizgavanja određuje početak, kraj i broj događaja promene pritiska, kao pritisak ubrizgavanja (ordinata) prema uglu kolenastog vratila (apscisa).

Savremeni dizel motori rade sa visokim pritiscima ubrizgavanja, pojedinačno podešenim za svaki cilindar. Razlike u punjenju u dopuštenim granicama, daju isti moment po svakom cilindru, odnosno ravnomeran moment motora. Upravljani su preko EDC (Electronic Diesel Control).

Zajednička magistrala

• Stvaranje i održavanje pritiska ubrizgavanja i snabdevanje gorivom pod visokim pritiskom se funkcionalno razdvaja od sinhronizacije sa okretanjem kolenastog vratila zajedničkom magistralom (common rail)*, koncepcijom sa akumulatorom za gorivo pod pritiskom.

Koncepcija zajedničke magistrale omogućava:• Slobodno oblikovanje krive ubrizgavanja

Razdvajanje ubrizgavanja od ostvarivanja pritiska ubrizgavanja• Snabdevanje količinom goriva prema zahtevu motora

Pritisak ubrizgavanja je promenljiv prema načinu rada motora. Maksimalan pritisak i protok goriva se ostvaruje samo pri punoj snazi motora (programska mapa). Manje utrošene snage za snabdevanje gorivom povećava ekonomičnost motora.

Savremeni oto motori takođe koriste princip zajedničke magistrale za ubrizgavanje benzina direktno u cilindar motora.

Sistem snabdevanja gorivom preko zajedničke magistrale*

• Hidraulična pomoć kod ostvarivanja sile za podizanje igle brizgaljke rezultuje povratnim vodom za gorivo iz brizgaljke ka rezervoaru

• Hlađenje goriva po povratku iz zajedničke magistrale i brizgaljke u rezervoar, zbog očuvanja gustine goriva, kao parametra za odmeravanje količine ubrizganog goriva.

• PVP se kontinualno okreće, ali se samo deo goriva šalje u zajedničku magistralu. Ostatak se na niskom pritisku vraća u rezervoar

Crvena boja-visok pritisak, ružičasta boja-pritisak posle prigušivanja, žuta boja-nizak pritisak

Pritisak ubrizgavanja kod konvencionalnih uređaja – zavisan od brzine motora i

zajedničke magistrale – nezavisan od brzine motora

Izgled mlaza kod ubrizgavanja

Levo, prva slika: Predubrizgavanje (pilot ubr.), debljina mlaza je minimalna, kao i dužina ubrizgavanja, odnosno količina ubrizganog goriva. Zahvaćeni ugao kolenastog vratila pri ubrizgavanju takođe varira, prema načinu rada i termičkom stanju motora (hladan, u zagrevanju, pothlađen, u radu i malo opterećen.)

Desno, ostale slike: Glavno ubrizgavanje, prema porastu zahtevane snage raste i količina ubrizganog goriva, brizgaljka je duže otvorena, pa punoća mlaza raste.

Proces sagorevanja: Smeša i paljenjeDizel motori rade sa heterogenom smešom koja se sama pali toplotom iz

sabijenog vazduha. Temperatura vazduha je iznad temperature paljenja goriva.

Potpuno homogenu smešu nije moguće postići u dizel motoru ni pre ni u toku sagorevanja.Upaljenje bez stranog izvora energije nalaže trenutak početka ubrizgavanja na takt sabijanja, onda kad postoji dovoljno visoka temperatura za samopaljenje, minus zaostajanje ubrizgavanja i zaostajanje paljenja, prema početku sagorevanja. Svedeno samo na kompresiju vreme za homogenizaciju smeše je kratko. Zaostajanje ubrizgavanja i zaostajanje paljenja otežava procenu trenutka za početak ubrizgavanj. Zbog smanjenja buke i tvrdog rada, gorivo se dodaje i u toku sagorevanja, kada u klasičnom smislu nema smeše, jer postoje vrtlozi plamena po prostoru za sagorevanje.

Oko kapljice goriva uvek postoji• Zona isparavanja (bliže kapljici)• Zona sagorevanja (dalje od kapljice)U samoj kapljici nema vazduha =0, a udaljavajući se od kapljice raste i na

čistom vazduhu dostiže =.Upaljiva smeša je oko zone isparavanja kada koeficijent viška vazduha

dostigne vrednost =0,3-1,5.Zahtev: Što sitnije kapljice, što bolja homogenizacija smeše i tačan višak

vazduha – siromašna smeša. Time se smanjuje količina čestica (particule), dobijaju izduvni gasovi koji ne sadrže crni dim (providnost pri punom opterećenju) i bez dima su pogodni za recirkulaciju. Recirkulacijom izduvnih gasova* se smanjuje emisija azotnih oksida.

Proces sagorevanja idimenzije motora

Dimenzije motora i iskorišćenje vazduha

Pri punom opterećenju motor treba da iskoristi sav vazduh u cilindru za sagorevanje. (“Air utilization”, =1). Teorijski pri punom opterećenju ne treba da postoji višak vazduha. Ako to nije slučaj, cilindar, drugim rečima motor, je prevelik za datu snagu.

Sa druge strane,Pri punom opterećenju ne sme da nedostaje vazduha. Ako se to dogodi,

motor je premali za datu snagu. Tada raste emisija čestica, koja je inače, slaba tačka dizel motora.

Stvarni viškovi vazduha dizel motoraSmeša sa =1 i dovoljno vazduha za minimiziranje pojave čestica su oprečni

zahtevi. Dizel motor ne može da radi sa stehiometrijskim odnosom goriva i vazduha jer ne može da ostvari homogenu smešu. Posledica je pojava čestica. Za minimiziranje čestica u izduvu uvek je potreban višak vazduha.

Pri punom opterećenju turbopunjeni motori imaju (1.15-2), a neopterećeni na minimalnom broju obrtaja >10.

Proces sagorevanja: FazeProces sagorevanja kod dizel motora sastoji se iz tri faze:

1. Zaostajanje paljenja (ignition lag)Plamen slabog intenziteta, sagorevanje počinje, ali se uglavnom greje smeša, uz neznatan porast pritiska na strani kompresije – pre SMT.(slično jezgru plamena kod oto motora, ali ima više jezgara zbog samopaljenja smeše, dok je kod oto samo jedno jezgro)

2. Sagorevanje pripremljene smeše (premixed flame)Plamen jakog intenziteta, pomešan sa delovima neupaljene smeše, na koje se širi velikom brzinom. Značajan porast pritiska je neposredno iza SMT. Maksimalan pritisak sledi iza toga, blisko SMT.

3. Sagorevanje upravljanjem smešom (diffusion flame)Plamen koji se širi u svim pravcima. Istovremeno se formira i sagoreva smeša (odatle naziv difuzioni plamen). Po prestanku ubrizgavanja sledi dogorevanje ostatka smeše.

(Detaljnije na sledećem slajdu).

Proces sagorevanja: FazePrva faza (ignition lag), obuhvata vreme od početka ubrizgavanja do početnog paljenja

sa dovedenom količinom toplote dovoljnom da stvori značajan porast pritiska iznad linije sabijanja bez sagorevanja. Paljenje zaostaje u vremenu za ubrizgavanjem.Od trenutka ubrizgavanja do trenutka paljenja protiče vreme za isparavanje goriva i formiranje upaljive smeše mešanjem isparenog goriva sa vazduhom.

Druga faza (premixed flame), obuhvata sagorevanje smeše pripremljene u prvoj fazi. Porast pritiska i temperature je najveći. Sagorevanje je intenzivno i nekontrolisano.Porast pritiska stvara mehanička naprezanja motora – buku i tvrd rad.Porast temperature stvara azotne okside.Produženje prve faze (po uglu) daje više vremena za homogenizaciju, a smanjenje količine ubrizganog goriva na početku druge faze smanjuje nagli porast pritiska i buku.Količina azotnih oksida se smanjuje snižavanjem temperature sagorevanja putem recirkulacije izduvnih gasova. (EGR nije za puno opterećenje jer smanjuje količinu usisanog vazduha i time kiseonika za sagorevanje).Dobra homogenizacija smeše sprečava stvaranje čestica u trećoj fazi. Čestice nastaju u lokalnim zonama bogate smeše, gde oko goriva nema dovoljno kiseonika za sagorevanje, usled nedovoljne homogenizacije smeše u drugoj fazi sagorevanja. Homogenizacija nikad nije dovoljna u meri da nema čestica.

Treća faza (diffusion flame), obuhvata ubrizgavanje goriva u vreme kada smeša već gori. Uslovi upaljenja su dobri i gorivo se odmah pali i vrlo brzo sagoreva. Brzo paljenje omogućava kontrolu i upravljanje sagorevanjem preko upravljanja količinom goriva koje se ubrizgava, odnosno upravljanjem smešom.Uslovi sagorevanja se pogršavaju. Količina kiseonika u vazduhu je opala, naraslo je učešće inertnih gasova.Nastanak čestica: Ugljovodonično gorivo se cepa (cracking) usled visoke temper. i nastaje crni dim. Pri kraju ubrizgavanja dostiže se maksimalna temperatura, posle čega sledi dogorevanje (5-10% goriva). U dogorevanju ekspanzija raste, temperatura opada, vazduh je potrošen, izduvnih gasova ima mnogo.

Udarno sagorevanje i bukaU drugoj fazi sagorevanja posle početnog upaljenja smeše oslobađa se toplota.

Oslobođena toplota greje smešu i ubrzava isparavanje i paljenje goriva. Po celoj zapremini prostora za sagorevanje stvaraju se centri upaljenja. Gorivo ubrizgano u prvoj fazi i deo goriva ubrizganog u drugoj fazi, zapreminski* sagorevaju.

Zapreminskim sagorevanjem toplota se naglo oslobađa. Rezultat je isto tako nagli porast pritiska u cilindru motora: p/=(4-8) bar/°kv.

Nagli porast pritiska mehanički napreže motorni mehanizam. Rad motora je “tvrd” i praćen bukom (clatter). Sagorevanje je udarno.

Predubrizgavanje (pilot) male količine goriva kontrolisano podiže pritisak i temperaturu i stvara uslove za lakše i brže paljenje smeše. U drugoj fazi se smanjuje zaostajanje upaljenja (ignition lag). Time se produžava sagorevanje u drugoj fazi i tako smanjuje nagomilavanje goriva pri ubrizgavanju. Manje nagomilavanje goriva umanjuje nagli porast pritiska, zato što se oslobađa manje toplote po uglu k.v. Smanjuje se naprezanje, buka i tvrd rad motora.Klasični sistemi (UPS, UIS) mogu imati krivu pritiska glavnog ubrizgavanja sa dvostepenom (boot shaped) promenom (event) pritiska. Sistemi sa zajedničkom magistralom (common rail) imaju potpunu kontrolu ubrizgavanja, jer je ubrizgavanje razdvojeno od stvaranja pritiska za ubrizgavanje. Mogu oblikovati krivu ubrizgavanja, pa mogu primeniti i trapezasti oblik kod glavnog ubrizgavanja, a da ipak ne dodaju veću količinu goriva od potrebne.

Pomeranje intervala trajanja druge faze unapred i smanjenje ubrizgane količine goriva u drugoj fazi ostavlja više vremena za treću fazu sagorevanja, u kojoj je kontrola sagorevanja dobra.

Čestice u izduvu (crni dim)U trećoj fazi sagorevanja je najviša temperatura u cilindru (pri kraju ubrizgavanja).

Smeša je nehomogena, (lokalni centri bogate smeše) nedostaje vazduha (vazduh već potrošen za sagorevanje) ili je vazduh nedostupan zbog sagorelih gasova oko goriva. Sagorevanje izostaje, a pod uticajem visoke temperature dolazi do cepanja goriva (cracking) na sastavne elemente: Ugljenik i vodonik.

Molekuli vodonika (gas) su pokretni, pronalaze put do kiseonika, lako se pale i sagorevaju.

Molekuli ugljenika (čvrsto stanje), teže su pokretni, teško se pale čak i kada dođu u dodir sa kiseonikom. Međusobno se spajaju – kristalizuju i formiraju čađ.

Čađ odlazi u izduni sistem i stvara crni dim.

Čestice čađi su otrovne i kancerogene. Nepodesne su za recirkulaciju izduvnih gasova jer se talože na EGR ventilu i stvaraju otpore njegovom kretanju-radu.

Uklanjanje čestica• Ranim sekundarnim ubrizgavanjem: Čestice se mogu sagoreti (umanjiti količina

čestica u izduvu do 70%), ako ima dovoljno (viška) vazduha prema opterećenju motora. Gorivo se ubrizgava dok treća faze sagorevanja još traje i tako pali.

• Kasnim sekundarnim ubrizgavanjem: Čestice koje nisu sagorele (puno opterećenje motora bez viška vazduha za rano sekundarno ubrizgavanje/sagorevanje, ili zaostale posle ranog sek.ubr.) se odvode u filter za čestice i tamo povremeno sagorevaju. Gorivo za sagorevanje se ubrizgava na kraju takta ekspanzije, po prestanku sagorevanja. Ubrizgano gorivo se ne pali (nema uslova), već koristi toplotu izduvnih gasova za isparavanje i odlazi u izduvni sistem, odakle dospeva u filter za čestice i tu sagoreva, sagorevajući čestice. Sagorevanjem se filter za čestice “regeneriše”. (Ugljovodonici HC se takođe koriste za redukciju azotnih oksida u katalitičkom konvertoru).

Čestice (soot) su slaba tačka dizel motora.

Kriva ubrizgavanja i intervala sagorevanja za razne sisteme ubrizgavanja i načine rada motora prema gradnji pritiska i

uglu kolenastog vratila

Krive pritiska ubrizgavanjaJedinični sistemi ubrizgavnja (UIS, UPS) omogućavaju predubrizgavanje i dvostepeni

porast pritisaka kod glavnog ubrizgavanja.Zajednička magistrala (“Common Rail”), piezo*-električne brizgaljke i visoki pritisci

omogućavaju do 5** ubrizgavanja oko i u toku radnog takta.Oblik krive pritiska ubrizgavanja je teorijski paravougaonik, a praktično trapez, jer su

brzine otvaranja i zatvaranja brizgaljke konačne. Aktivacija brizgaljki je električna, a brzinu kretanja igle brizg. pomaže hidraulika, koristeći pritisak goriva u brizgaljki.

Otvaranje i zatvaranje brizgaljki je kritično, jer porast i pad pritiska u otvoru brizgaljke nije trenutan. Manji početni i krajnji pritisci ubrizgavanja daju krupnije kapljice i pogoršavaju raspršivanje. Prednost ima piezo-kristal sa više puta bržim odzivom od solenoida.

Preko računara moguće je upravljati svakim cilindrom motora pojedinačno – nezavisno od drugih cilindara. Sloboda oblikovanja krive pritiska CR+EDC je velika.

Delovi krive:• Predubrizgavanje (kombinovani ciklus)• Jednostepeni porast pritiska, ili• Dvostepeni porast pritiska ubrizgavanja (two events)• Konstantno visok pritisak ubrizgavanja (dobro raspršivanje)• Ranije sekundarno ubrizgavanje (sagorevanje čestica u cilindru motora)• Kasnije sekundarno ubrizgavanje (sagorevanje čest. u katalizatoru-filteru za čestice)

Kombinovani ciklus*

Ciljne funkcije delova krive pritiska ubrizgavanja:Predubrizgavanje

Predubrizgavanje male količine goriva pre glavnog ubrizgavanja (1mg, ili nekoliko mg), koja se pali već za vreme kompresije, podiže pritisak i time temperaturu vazduha. Poboljšavaju se uslovi za paljenje smeše kod glavnog ubrizgavanja u drugoj fazi. Posebno je važan za DI motore.Viša temperatura, ostvarena predubrizgavanjem, skraćuje zaostajanje paljenja (ignition lag) kod glavnog ubrizgavanja.

Skraćenje vremena zaostajanja paljenja Količina nagomilanog goriva tokom ubrizgavanja u drugoj fazi sagorevanja smanjuje se: Zbog povećanja kompresije/temperature tokom predubrizgavanja smeša se lakše pali.Sa manjom količinom nagomilanog goriva bolja je homogenizacija(bolji odnos goriva i vazduha), pa raste ekonomičnost motora, a umanjuje se količina čestica. Postiže se bolje vođenje druge faze sagorevanja (premixed flame). Premešta se deo glavnog ubrizgavanja sa većom količinom dodatog goriva iza SMT, na stranu ekspanzije.Smanjuje se buka i emisija azotnih oksida.

Produženo vreme za treću fazu sagorevanjaManje goriva u drugoj fazi – više goriva u trećoj fazi, čije je sagorevanje upravljano.

Primena:Ostvarenje kombinovanog ciklusa – više površine – rada u p,V dijagramu.Podizanje kompresije kod hladnog startaPodizanje kompresije kod rada sa ohlađenim motorom.Napomena: Temperatura u cilindru tokom ciklusa može biti snižena iako motor ima radnu

temperaturu, ako je izvesno vreme radio sa malim opterećenjem.

Ciljne funkcije delova krive pritiska ubrizgavanja:Promene pritiska

Jednostepeni porast pritiska posle predubrizgavanja smanjem količine goriva i pomera ubrizgavanje iza SMT kod glavnog sagorevanja redukuje azotne okside kod motora bez recirkulacije izduvnih gasova (EGR).

Dvostepeni porast pritiska tokom ubrizgavanja (dva dogadjaja) redukuje azotne okside i čestice kod motora bez recirkulacije izduvnih gasova (EGR). Tokom prvog – nižeg stepena porasta pritiska ubrizga se manja količina goriva u drugom veća, čime se dovede manje toplote i izbegava visoka vršna temperatura sagorevanja. Ubrizgavanje se ne menja promenom pritiska, već se koriste brizgaljke sa dvostepenim otvaranjem (dve opruge ili obaranje pritiska prigušivanjem preko solenoidnog ventila (CCRS*). Veća sloboda količina/ugao od jednostepenog porasta pritiska ubrizgavanja, gde je samo ugao na raspolaganju posle predubrizgavanja.

Konstantan visok pritisak dobro raspršuje gorivo. Motori sa recirkulacijom izduvnih gasova imaju sniženu vršnu temperaturu sagorevanja, a male kapljice se lakše pale. Kritično je otvaranje i zatvaranje brizgaljki, kad pritisak pada. Konvencionalni sistemi ubrizgavanja tada prave krupnije kapljice, pa raste emisija čestica.

Ranije sekundarno ubrizgavanje smanjuje emisiju čestica koje sagorevaju uz pomoć male količine goriva na kraju procesa sagorevanja dok još traje. Ranijim sekundarnim ubrizgavanjem se dodaje gorivo za sagorevanje čestica već u cilindru motora.

Kasnije sekundarno ubrizgavanje ne daje gorivo koje sagoreva u cilindru, nego gorivo koje isparava usled toplote izduvnih gasova i odlazi u izduvni sistem. Gorivo se ubrizgava pri kraju ekspanzije i/ili pri izduvavanju, kada su temperature u cilindru niske za samopaljenje. Smeša odlazi u katalitički konvertor.U konvertoru se ugljovodonici koriste za redukciju azotnih oksida, ili kao gorivo sagorevaju u filterima za izdvajanje i akumulaciju čestica. Čestice sagorevaju i filter se oslobađa od čestica (regeneracija). Nedostatak: Kasnije ubrizgano gorivo može “produvavanjem” pored klipnih prstenova u cilindru dospeti u kućište motora i razrediti ulje.

Ciljne funkcije delova krive pritiska ubrizgavanja:Optimizacija buke i tvrdog rada motora i sadržaja izduvnih gasova

Optimizacija između

smanjenja buke i tvrdog rada motorakada je rad ekonomičan, jer sagorevanje nije razvučeno (potreban porast

temperature usled predubrizgavanja)iKoličine azotnih oksida i čestica u izduvnim gasovimakoje prate nagle poraste pritiska (prevelik porast temperature usled

predubrizgavanja)

određuje se programskim upravljanjem (EDC)prema trenutnom načinu rada i termičkom stanju motoraprema opterećenju, brzini i temperaturi motora

Optimizacija se ostvarujeintervalom vremena/ugla između predubrizgavanja i glavnog ubrizgavanja

i količinom predubrizganog goriva i goriva ubrizganog u drugoj fazi sagorevanjaodnosno oblikom kombinovnog ciklusa (sabatje)

Parametri ubrizgavanjaPojedinačno ubrizgavanje goriva na delu krive ubrizgavanja određuje se

sledećim parametrima:

Vreme-ugao ubrizgavanja• Početak ubrizgavanja [°kkv]

– Modeliranje pritiska i temperature sagorevanja: Buka i tvrd rad motora– Kontrola sastava izduvnih gasova: Azotni oksidi i čestice, takođe ugljovodonici

• Trajanje ubrizgavanja [°kkv]Praćenje dizel ciklusa (p=const) i/ili kombinovanog ciklusa (v=const, p=const, Sabatjeov ciklus)

Isporuka goriva• Količina ubrizganog goriva [mm3]

Dovedena količina toplote za mehanički rad• Pritisak ubrizgavanja [bar]

Prodor mlaza i veličina kapljica – raspršivaje goriva za formiranje smeše

Dizel motori

Oblici prostora za sagorevanje

Dizel motori, prostori za sagorevanjeProstor za sagorevanje sa klipom (oblik) koji se kreće određuje kvalitet

sagorevanja i time utiče na performanse motora i emisiju izduvnih gasova.

Postoje dve vrste prostora za sagorevanje dizel motora:• Nepodeljen – sa direktnim ubrizgavanjem, (DI motori)• Podeljen – sa indirektnim ubrizgavanjem, (IDI motori)

Dizel motori sa podeljenim prostorom za sagorevanje su osmišljeni sa idejom da se umanji buka i naprezanje motora koji su posledica “tvrdog” rada u drugoj fazi sagorevanja. Buka je najizraženija kod ubrzavanja vozila.

Zahvaljujući savremenoj tehnologiji, koja omogućava rad sa visokim pritiscima ubrizgavanja i tačnu kontrolu predubrizgavanja, buka (tvrd rad i opterećenje delova motora) kod motora sa direktnim ubrizgavanjem je smanjena do nivoa motora sa indirektnim ubrizgavanjem.

Dizel motori sa direktnim ubruzgavanjem imaju do 20% manju potrošnju goriva od motora sa indirektnim ubruzgavanjem. Manja ekonomičnost i komplikovanija konstrukcija IDI dizel motora su razlog što su ih potisli DI motori.

Dizel motori sa nepodeljenim prostorom za sagorevanje

Gorivo se ubrizgava direktno u cilindar motora, odnosno prostor za sagorevanje.Smeša se pravi vihornim kretanjem vazduha kroz vod i usisni otvor (posebno oblikovan u

tu svrhu), kretanjem klipa u cilindru i mlazom ubrizgavanja.Sa sve većim pritiscima ubrizgavanja vihorenje gubi na značaju.

Najčešći oblik klipa je oblik, čiji naziv potiče od oblika udubljenja u glavi klipa (popr.pr.) koje podseća na grčko slovo omega. Udubljenje u klipu definiše oblik prostora za sagorevanje (klip u SMT). Brizganje je upravno na toroidno (kružno) kretanje vazduha u omega udubljenju klipa.

• Obrazovanje smeše mlazom (novije)U odsustvu vihora brizgaljka ima 8-9 otvora koji usmeravaju svoje mlazeve goriva prema zidovima udubljenja u klipu. Na taj način mlazevi pokrivaju veliki prostor, pa je potreba za vrtloženjem mala. Usisni vod, oslobođen zadatka da stvara vihor, postaje jednostavniji po obliku, a istovremeno se poboljšava izmena radnog tela. Težište za formiranje smeše se prebacuje na brizgaljke i pritisak ubrizgavanja – raspršivanje.

• Obrazovanje smeše uz pomoć vihora (starije)Kod brzohodih dizel motora male radne zapremine energija mlaza može biti nedovoljna za formiranje smeše, jer je ograničena prodorom mlaza. Zbog malih prečnika cilindra mlaz penetrira – dohvata zid, pa je dodatno potrebno vihorenje, a udubljenje u klipu je veće. Vihorenje treba da bude dovoljno da spreči kontakt mlaza sa zidom i ravnomerno rasporedi smešu po celom prostoru za sagorevanje. (Brzohodi motori sa malim prečnicima cilindra pripadaju putničkim vozilima i malim transportnim vozilima).

Kod turbo motora vazduh u cilindru je gušći, pa je trenje kapljica o vazduh veće, ali je isparavanje malo teže zbog višeg pritiska u nadpunjenom cilindru.

Dizel motor sa nepodeljenim prostorom za sagorevanje (DI)

Dizel motori sa podeljenim prostorom za sagorevanjePrincip rada se sastoji u tome da se u manju komoru ubrizgava gorivo, priprema smeša i

pali. Zatim se smeša odvodi iz manje komore u veću – glavnu komoru, u kojoj se nastavlja i završava sagorevanje.Strujanje iz manje u veću komoru nastaje pod uticajem razlike u pritiscima između dve komore, do koje dolazi usled početka sagorevanja u manjoj komori. Pritisak u manjoj komori dovođenjem toplote raste, u odnosu na veću komoru, gde sagorevanja još nema.Strujanje gasa iz jedne komore u drugu pod uticajem razlike u pritiscima pravi intenzivno mešanje goriva i vazduha u glavnoj komori.

Manja komora je smeštena u glavi cilindara, a veća je klasičan prostor za sagorevanje – glava, cilindarski zidovi i klip sa klipnim prstenovima. Komore su međusobno spojene tunelom.

Nedostaci:Gubici toplote nastaju usled produženog vremena sagorevanja, veće površine prostora

za sagorevanje, prigušivanja gasa i povećanih otpora strujanja:Prenošenje plamena iz jednog prostora u drugi produžava vreme sagorevanja u odnosu na direktno i ima više vremena za razmenu toplote sa zidovima.Površina deljenog prostora je veća pa i razmena toplote – gubici toplote kroz nju (zidovi), veća.Gubici usled prigušivanja gasa nastaju po ulasku iz cilindra u manju komoru gde klip upumpava vazduh kroz tunel, i po izlasku iz tunela između dve komore, kad se gas širi, jer je pod pritiskom usled dovođenja toplote sagorevanjem.Nema dovoljno vremena da se izjednači pritisak gasa u pretkomori sa pritiskom gasa u glavnoj komori.Otpori strujanja nastaju pri prolasku radnog tela kroz tunel u oba smera strujanja, i pri kompresiji (kada se ulaže rad) i pri ekspanziji.

Potrošnja IDI goriva je veća do 20% u odnosu na DI motore. (IDI motori se ne grade više.)

Dizel motori sa podeljenim prostorom za sagorevanje• Dizel motor sa predkomorom (Pre-chamber)

Predkomora je centralno postavljena u glavi motora tako da je tunel, koji je spaja sa glavnom komorom, usmeren ka centru glavne komore.Veličina pretkomore je 35-40% od (glavne) kompresione zapremene.Može biti više od jednog tunela koji spaja dve komore za povećanje ukupnog porečnog preseka – smanjenje otpora strujanja i poboljšanje homogenizacije smeše.

Oblik pretkomore je sferičan, a komora postavljena tako da stvara vrtloženje vazduha. U predkomoru su smeštene brizgaljka i grejač za gerajanje vazduha pri hladnom startu.

Postoje rešenja sa malim sferičnim telima (baffle) ispod otvora brizgaljke u pretkomori. Mlaz goriva iz brizgaljke usmerava se na sferično telo, o koje se razbija. Istovremeno, oblik tela je takav da poboljšava vrtloženje. Efekat je poboljšanje homogenizacije smeše.Grejač za vazduh je stavljen na mesto gde najmanje ometa prostiranje plamena sagorevanja (“zavetrina”, mlaz se ne brizga na grejač).

U taktu kompresije vazduh se iz radnog prostora utiskuje u pretkomoru i usmerava prema zidu predkomore, odakle se kreće prema brizgaljki. Brizgaljka gradi mali ugao (~5°) prema zidu pretkomore, ciljajući mlaz asimetrično prema sfernom telu. Mlaz se razbija i odbija od tela prema jednoj strani pretkomore.

U taktu ekspanzije sagorevanje se prenosi u glavnu komoru pod pritiskom sagorevanja.

Rad motora je mek i bez buke, što znači bez mehaničkog napezanja.Emisija toksičnih komponenti izduvnih gasova je vrlo niska, kao i emisija čestica.Brzo zagrevanje motora kod hladnog starta potrebno je da se što pre postigne

sagorevanje dizel motora bez nesagorelih ugljovodonika koje karakteriše plavi ili beli dim* u izduvnim gasovima.

Dizel motor sa predkomorom

Dizel motori sa podeljenim prostorom za sagorevanje

• Dizel motor sa vrtložnom komorom (Swirl chamber)

Predkomora je postavljena u glavi ivično u odnosu na cilindar, tako da je tunel koji povezuje vrtložnu komoru sa glavnom komorom postavljen tangentno.Veličina pretkomore je oko 60% od kompresione zapremene.

Oblik pretkomore je diskosno - sferičan.U predkomoru su smeštene brizgaljka i grejač za grejanje vazduha pri hladnom startu.U taktu kompresije utiskuje se vazduh u pretkomoru, gde se zbog smera tunela i

položaja pretkomore stvara intenzivan vrtlog. Brizganje goriva je upravno na osu vrtloga (princip) kroz koji mlaz prodire i prolazi do vrele suprotne strane pretkomore o čiji zid udaraju kapljice.

Tunel koji spaja vihornu komoru sa glavnom komorom većeg je poprečnog preseka nego tunel kod rešenja sa predkomorom. Prigušenje vazduha je tako manje iz komore prema vihornoj komori, kao i otpori strujanja. Isto važi i za protok upaljene smeše iz pretkomore u komoru. Pumpni rad je manji, sagorevanje manje razvučeno. Međutim, rad motora je tvrđi, a buka veća u poređenju sa dizel motorima sa pretkomorom. Veći protočni preseci tunela omogućavaju brže prenošenje smeše u glavnu komoru, zbog čega ubrizgavanje goriva mora biti srazmerno brže, nagomilavanje goriva raste i proces sagorevanja se više približava drugoj fazi sagorevanja kao kod DI motora.

Zbog bržeg sagorevanja mogu se dobiti vrlo velike brzine motora, veće od 5000 o/min. Visok broj obrtaja vodi ka dizel motorima velikih specifičnih snaga.

Dizel motor sa vrtložnom (whirl) komorom

Direktno Ubrizgavanje Benzina

(Unutrašnje formiranje smeše)

Direktno ubrizgavanje benzina*

Funkcionalna šema direktnog ubrizgavanja benzina*

Homogeno i slojevito punjenje kod direktnog ubrizgavanja

• Homogeno punjenje (homogeneous charge)

Puni se ceo cilindar ubrizgavanjem goriva u cilindar tokom usisavanja.

Za veće momente i snage (brojeve obrtaja).

= 1: Redukcija emisije, bez azotnih oksida

• Slojevito punjenje (stratified charge)

Puni se deo cilindara ubrizgavanjem goriva u cilindar tokom sabijanja.

Za manje momente i snage (brojeve obrtaja).

> 1: Ekonomičnost potrošnje goriva

U zavisnosti od uslova rada – zahteva za obrtnim momentom i brojem obrtaja (snagom),..., motor vozila prelazi sa jednog načina punjenja na drugi.

Homogeno i slojevito punjenje

Usisavanje, 1

Sabijanje, >1

Homogeno punjenje (princip)

Gorivo se ubrizgava u cilindar za vreme usisavanja

• Sastav smeše je stehiometrijski, =1, ili blago bogat, <1• Vreme za homogenizaciju smeše i ravnomeran raspored smeše po cilundru je

dovoljno• Niska toksičnost sagorevanja

Bez viška kiseonika ne stvaraju se azotni oksidi.Dovoljan je trostepeni katalitički konvertor. Nije potreban dodatni konvertor za redukciju azotnih oksida.

• Primena za srednja i velika opterećenja i snage (brzine motora)

Homogen rad kod direktnog ubrizgavanja benzina je vrlo sličan načinu rada kod indirektnog ubrizgavanja – ubrizgavanja u usisini vod.

Razlika:

Kod diretnog ubrizgavanja koristi se kinetička energija mlaza za raspršivanje goriva u cilindru. Mešanje goriva, isparavanje i homogenizacija odvija se samo u cilindru.

Kod indirektnog ubrizgavanja raspršivanje goriva odvija se u usisnim vodovima. Mešanje goriva i isparavanje počinje u usisnom vodu, a nastavlja se u cilindru uz homogenizaciju. Koristi se toplota zidova usisa za isparavanje goriva.

Slojevito punjenje (princip)• Vazduh (sa recirkulisanim izduvnim gasovima) ulazi kroz usisni ventil za vreme takta

usisavanja u cilindar • Gorivo se ubrizgava direktno u cilindar neposredno pre upaljenja (kraj sabijanja)

• Smeša se formira samo sa delom vazduha u radnom prostoru cilindra. Oko smeše je čist vazduh ili vazduh i izduvni gasovi (EGR).Gorivi sloj se nalazi u definisanoj oblasti u prostoru, oko svećice, zbog paljenja. Izolacioni sloj oko gorivog sloja zajedno čine vazduh i izduvni gasovi. Izol. sloj fizički odvaja gorivi sloj od zidova prostora za sagorevanje i gubitaka toplote kroz zidove – toplotna izolacija. Time se potrošnja goriva smanjuje – ekonomičnost raste.

• Višak kiseonika i visoka temperatura sagorevanja stvaraju azotne okside.Na granici gorivog sloja i okružujućeg vazduha smeša je vrlo siromašna, pa raste količina azotnih oksida. Za smanjenje količine NOx u izduvnim gasovima koristi se intenzivna recirkulacija izduvnih gasova. U cilindar ulaze zajedno vazduh i izduvni gasovi, koji su inertni i snižavaju temperaturu sagorevanja. (Više toplote za grejanje inertne smeše snižava vršnu temperaturu – menja se cv smeše).

• Leptir je potpuno otvoren (WOT) jer se ne usisava smeša, koja bi povećavala punjenje (DI), nego samo vazduh (+EGR). Otvoren leptir daje minimalno prigušenje i time smanjuje pumpne gubitke. Kompresija odgovara konstruktivnom stepenu kompresije, jer nema razređivanja vazduha.

• Prekid rada motora sa slojevitim punjenjemKod povećanja opterećenja zahteva se više toplote. Dodaje se više goriva pa smeša u gorivom sloju postaje bogatija. Raste temperatura sagorevanja, a gorivom sloju nedostaje kiseonik. Gorivo se cepa i počinje stvaranje čestica ugljenika. Sledi prelazak na rad sa homogenom smešom. (Punjenje celog cilindra smešom).

Motori sa direktnim ubrizgavanjem benzina smatraju se hibridnim zbog ubrizgavanja u radni prostor (kao dizel motori), i paljenja smeše stranim izvorom energije (kao oto motori).

Slojevito punjenje (postupak)Gorivo se ubrizgava za vreme sabijanja

• Gorivo se ubrizgava pod visokim pritiskom (150-200* bar) – mlazom vrlo sitnih kapljica velike brzine.

• Vazduh u cilindru je topao jer je sabijen (takt kompresije).• Smeša gorivog sloja

Trenje kapljica o zagrejan i gust vazduh (sabijen) pri kretanju mlaza razvija toplotu i izaziva isparavanje goriva.

• Gorivi sloj je lokalan oblak isparenog goriva u delu radnog prostora oko svećice. Oblak je okružen čistim vazduhom. (+EGR).Samo sloj sa smešom – gorivi sloj, može da sagori. U prostoru izvan gorivog sloja nema smeše/goriva. (Granična površina između dva sloja nije potpuno “oštra”)

• Smeša cilindra je vrlo siromašna, posmatrajući gorivi i izolacioni sloj – oba sloja “prosečno” u cilindru. (>1, do 10)

• Prenošenje gorivog sloja ka svećici i paljenjePrenošenje i držanje vrši se usmerenim kretanjem vazduha (+EGR) i pali varnicom.U neposrednoj blizini elektroda svećice može se upaliti i vrlo siromašna smeša, sa čak 1.7

• Leptir je otvoren (unthrottled, WOT).• Izduvni gasovi se intenzivno recirkulišu (EGR )

Potreban je dodatni konvertor za redukciju azotnih oksida koji nastaju na granici između gorivog i negorivog sloja, gde je smeša siromašna zbog viška vazduha.

Način stvaranja i dovođenja sloja sa smešom u blizinu svećice:Zidom/Vazduhom

Gornja površina klipa – zida prostora za sagorevanje, je oblikovana tako da kretanjem vazduha čuva sloj sa smešom od širenja po okolnom prostoru

• Vođenje gorivog sloja zidomUdubljenje u klipu oblikovano je kao usmerivač goriva – deflektor mlaza goriva.Mlaz goriva se ubrizgava ka deflektoru, od kog se odbija i usmerava prema svećici.Osa vrtloga vazduha je paralelna sa osom cilindra (swirl). Usmerivanje usisisnim vodom tako da vazduh struji oko zidova cilindra. Kretanje klipa ka SMT daje dodatnu energiju mlazu goriva.Klip hladi gorivo i može da se stvara film* goriva što je nepovoljno za sagorevanje.

• Vođenje gorivog sloja vazduhomUdubljenje u klipu oblikovano je za stvaranje vrtloženja vazduha, usmerenog prema svećici.Osa vrtloga je paralelna sa gornjom površinom klipa (tumble). Mlaz goriva se ubrizgava ka vrtlogu, vrtlog podiže gorivo svojim kretanjem prema svećici. Vrtlog vazduha čini vazdušni “jastuk” koji sprečava kontakt smeše i klipa.Kretanje klipa ka SMT podiže vrtlog i daje dodatnu energiju vrtlogu za podizanje mlaza goriva prema svećici.

Vođenje sloja zidom i vazduhom nema oštrih granica. Uvek je prisutno vođenje i zidom i vazduhom. Zavisno od ugla brizgaljki i količine ubrizganog goriva:

Na malim brojevima obrtaja uglavnom se gorivi sloj (oblak) nalazi iznad klipa.Na većim brojevima obrtaja gorivi sloj dohvata klip, i kad je proces zasnovan na vođenju

vazduhom (inercija sloja). Kontakt goriva i klipa (zid prostora za sagorevanje) je nepoželjan zbog stvaranja filma i gubitak toplote kroz klip na isparavanje goriva.

Položaj brizgaljki i svećica: Brizgaljke su smeštene između usisinih ventila, a svećice centralno na komori za

sagorevanje.

Način stvaranja i dovođenja sloja sa smešom u blizinu svećice:Mlazom

Gornja površina klipa – zida prostora za sagorevanje je oblikovana tako da kretanjem vazduha čuva sloj sa smešom od širenja po okolnom prostoru

• Vođenje gorivog sloja mlazomGorivi sloj se stvara ubrizgavanjem u neposrednoj blizini svećice.Mlaz goriva ima oblik konusa ili omotača (šupljeg konusa) i ubrizgava se ciljajući omotačem konusa elektrode svećice.Prednost u odnosu na vođenje zidom/vazduhom: Direktnim vođenjem goriva ka svećici (bez pomoći vazduha) izbegava se kontakt gorivog sloja sa klipom.

Uslovi za formiranje sloja:Vreme je skraćeno u odnosu na vođenje zidom i vazduhom jer klip mora prići bliže svećici (SMT) da se gorivi sloj ne bi raširio po celom prostoru za sagorevanje. Za skraćeno vreme ubrizg. potrebni su veći pritisci nego kod vođenja zidom i vazduhom.

Veći pritisci daju mlaz koji ima veću kinetičku energiju, pa su kapljice sposobne da dublje prodiru kroz vazduh (penetriraju) pre nego što ispare. Povećava se mogućnost da kapljice dohvate klip. To je nepoželjno zbog stvaranja filma goriva na klipu.Zahtev za povećanjem brzine kapljica je oprečan sa smanjenjem prodornosti mlaza. Stoga je potrebno smanjiti prečnik kapljica da bi se smanjila inercija kapljica (kinetička energija) i vreme potrebno za isparavanje trenjem o vazduh pri kretanju.Smanjenje kapljica i povećanje njihove brzine nalaže manje otvore na brizgaljki i veće pritiske ubrizgavanja u odnosu na vođenje zidom/vazduhom.

Položaj brizgaljki i svećica:Brizgaljke su smeštene na vrhu komore za sagorevanje, svećica sa strane, na

pravcu mlaza goriva.

Slojevito ubrizgavanje:Formiranje i vođenje gorivog sloja

sa vođenjem zidom, vazduhom i mlazom

Karakteristike:• Oblik prostora za sagorevanje – gornje površine klipa• Pravac i ugao ubrizgavanja (pun mlaz)• Položaj brizgaljki i svećica međusobno u prostoru za sagorevanje

(Klip je na putu ka SMT, prostor za sgorevanje još nije formiran).

Slojevito ubrizgavanje benzina:Formiranje i paljenje gorivog sloja

vođenim zidom i mlazom

• Kod vođenja gorivog sloja zidom koristi se vihorenje vazduha.Brizgaljka je sa strane, a svećica centralno u cilindru

• Kod vođenja gorivog sloja mlazom i ravne gornje površine klipa mlaz je oblika šupljeg konusa.Brizgaljka je centralno postavljena, svećica sa strane u cilindru

Od oblika prostora za sagorevanje zavisi i oblik mlaza.

Levo: UbrizgavanjeDesno: Sagorevanje

Direktno ubrizgavanje benzina*vođenje mlazom, otvoren presek

• Centralna brizgaljka, svećica sa strane

• Gornja površina klipa– na levoj strani udubljenja za

ventile u fazi preklapanja– na desnoj strani deflektori za

prevrtanje vazduha, (motor ne radi samo sa slojevitim punjenjem)

– u sredini centralno udubljenje za formiranje oblika prostora za sagorevanje koje sprečava širenje gorivog sloja pri radu sa slojevitim punjenjem.

Direktno ubrizgavanje benzina*vođenje mlazom, otvoren presek

• Štapičasta bobina• Svećica sa tri elektrode prema

masi• Brizgaljka za gorivo centralna,

pod malim uglom u odnosu na osu cilindra, usmerena tako da omotač konusa gorivog sloja ravnomerno popuni prostor za sagorevanje, kad aje klip u SMT.(Može se proceniti ugao kunusa ubrizgavanja goriva s obzirom da omotač konusa treba da dohvati elektrode svećice).

Uporedne osobine sistema direktnog ubrizgavanja benzina sa vođenjem zidom/vazduhom i mlazom

• Putanja ubrizgavanja– Kod vođenja mlazom kraća i direktna prema svećici, bez kruženja kao kod

vođenja klipom/vazduhom.• Vreme za pripremu smeše i pritisak za ubrizgavanje

– Kod vođenja mlazom kraće, nego kod vođenja klipom/vazduhom.Kod vođenja mlazom potreban je veći pritisak, oko 200 bar, u odnosu na 150 bar kod vođenja klipom/vazduhom*. (Ipak, oko 10 puta manji pritisci u odnosu na dizel CR).

• Toplotno naprezanje svećice– Kod vođenja mlazom promene temperature svećice su veće, jer se hladno gorivo

brizga direktno u pravcu vruće svećice i hladi je. Kontakt goriva i svećice je neposredniji nego kod vođenja zidom/vazduhom.

• Tačnost u konstrukciji i izradi– Kod vođenja mlazom svećica i brizgaljka zahtevaju veću tačnost po

međusobnom položaju i orijentaciji nego kod vođenja vazduhom. Potrebno je i tačnije održavanje pritiska u akumulatoru goriva. Od pritiska zavisi dolazak mlaza samo do svećice uz punjenje prostora za sagorevanje, ne i do klipa.

• Potrošnja goriva– Kod vođenja mlazom potrošnja goriva je manja. Isparavanje goriva je efikasnije

zbog veće brzine mlaza i kasnijeg ubrizgavanja, kada je temperatura vazduha u prostoru za sagorevanje viša. Ubrizgano gorivo nema kontakt sa klipom, pa se ne stvara film, koji je osnovni razlog za lošije sagorevanje kod vođenja zidom/vazduhom. Kada plamen dođe do filma goriva na klipu, toplota plamena odlazi na isparavanje goriva (disipacija toplote) pa se plamen smanjuje i gasi.

Trajanje i pritisci ubrizgavanja benzina, poređenje direktnog sa indirektnim ubrizgavanjem

• Ugao direktnog ubrizgavanja u cilindar moguć je u samo dva takta, tokom usisavanja i sabijanja, što čini 2 x 90 = 180 stepeni ugla okretanja kolenastog vratila.

• Ugao indirektnog ubrizgavanja u usisini vod ima na raspolaganju sva četiri takta, 720 stepeni. (4x više po uglu).

• Vreme za formiranje smeše kod direktnog ubrizgavanja u cilindar pri slojevitom punjenju je bitno manje u odnosu na vreme kod ubrizgavanja u usisini vod, oko 1/5. Na praznom hodu je manje do 0.5ms.

• Brzina mlaza direktnog ubrizgavanja mora biti velika, jer se isparavanje vrši (i) trenjem kapljica goriva iz mlaza o vazduh tokom ubrizgavanja, a raspoloživo vreme je kratko.

• Veličina kapljica direktnog ubrizgavanja mora biti manja u odnosu na ubrizgavanje u usisini vod, oko 1/5 (površina isparavanja). Kapljice su prosečne veličine 20m.

Velika brzina mlaza i mala veličina kapljica zahtevaju velike pritiske ubrizgavanja, jer manji otvori na brizgaljkama daju veće otpore protoku goriva kroz otvor brizgaljke.

Kod slojevitog ubrizgavanja na zid/vazduh pritisci ubrizgavanja za dobro formiranje smeše u raspoloživom vremenu iznose oko 150 bar.

Kod slojevitog ubrizgavanja mlazom raspoloživo vreme za pravaljenje smeše je još kraće. Pritisci ubrizgavanja mlazom su veći i iznose 200 bar.

Pritisak kod direktnog ubrizgavanja varira u zavisnosti od načina rada motora 50-150 bar. (Štednja energije utrošene na stvaranje samo potrebnog i protoka u pumpi visokog pritiska isporukom goriva prema zahtevu – načinu rada motora.)

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzina

Način rada motora zavisi od opterećenja i uslova rada, a određuje ga računar (EM*).

• Motor zagrejan na radnu temperaturu Takt ubrizgav.

– Homogen (konvenc.) =1 ili <1 : Usisavanje

– Slojevit (gor.sloj+izol.sloj) =1 + vazduh+EGR : Sabijanje– Homogen siromašan >1 : Usisavanje– Homogen slojevit (dva ubrizgav.) >2 (siromašan) : Usisavanje

<1 (bogat) : Sabijanje– Homogen sa zaštitom od detonacije (sa dva ubrizg.)

• Motor hladan i u zagrevanju Takt ubrizgavanja– Hladan Start

• Slojevit Sabijanje– Zagrevanje

• Homogen deljen Usisavanje + Sabijanje• Slojevit (dva ubrizgavanja) Sabijanje + Širenje• Homogen (konvencionalan) Usisavanje

Ubrizgavanje goriva i trenutak (ugao) paljenja smeše za razne načine rada motora*

Zagrejan motor• Homogen• Slojevit• Homogen siromašan• Homogen slojevit• Homogen sa zaštitom od

detonacije

Hladan start• Slojevit

Hladan start i zagrevanje motora i katalizatora

• Homogen deljen• Slojevit• Homogen konvencionalan

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzina

Motor zagrejan na radnu temperaturu, način rada:

• Homogen

Smeša je stehiometrijska, ili blago bogata =1, <1 (>0.9)

Ubrizgavanje goriva je u ceo radni prostor za vreme usisavanja.Ima dovoljno vremena za homogenizaciju smeše i raspored smeše po celom radnom prostoru.

Primena za velika i najveća opterećenja motora po momentu.

Rad sa stehiometrijskom smešom na srednjim opterećenjima ili blago bogatom <1 smešom na jakim opterećenjima daje malo toksičnih sastojaka u izduvu i omogućava konverziju samo sa trostepenim katalitičkim konvertorom. Nije potreban dodatni konvertor za azotne okside.

Najveća potrošnja goriva, jer su i zahtevi za momentom/snagom* najveći, time i punjenje motora.

Rad sa homogenom smešom kod direktnog ubrizgavanja je u najvećoj meri sličan radu sa ubrizgavanjem u usisni vod (indirektno ubrizgavanje).

(Oblast A).

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzina

Motor zagrejan na radnu temperaturu, način rada:• Slojevit

Smeša je stehiometrijska u gorivom sloju, =1.Gorivo se meša samo sa delom vazduha u jednom sloju koji čini “oblak”, okružen ostatkom čistog vazduha. Ukupna smeša je “prosečno” vrlo siromašna.Početak ubrizgavanja mora biti podešen tako da se smeša u gorivom sloju (oblaku) homogenizuje, a sloj dovede u blizinu svećice u trenutku paljenja varnicom.Opterećenja (moment) su u granicama, određenim emisijom izduvnih gasova (čestice) sa gornje strane i radnom temperaturom katalizatora sa donje strane (pothlađivanje katalizatora), na sledeći način:Veća opterećenja daju višu temperaturu i više azotih oksida. Pojavljuju se i nesagorele čestice goriva, pa opada ekonomičnost.Azotni oksidi nastaju u graničnom sloju oblaka prema vazduhu, jer prelaz od sloja smeše ka čistom vazduhu ide postupno preko sve siromašnije smeše (ne može biti nagli prelaz). Potreban je dodatni katalitički konvertor za neutralizaciju azotnih oksida. Manja opterećenja daju nedovoljno toplote u izduvnim gasovima (entalpija, I = U + pV) do mere da se katalitički konvertori hlade ispod radne temperature.Brzina motora je ograničena na najviše 3000 obrtaja u minutu, jer sa većim brzinama nema dovoljno vremena da se homogenizuje smeša u gorivom sloju.

Recirkulacija izduvnih gasova snižava temperaturu sagorevanja, pa je pogodna za primenu kod slojevitog punjenja: Povećava oblast na brzinskom dijagramu momenta – po momentu (ordinata), odnosono opterećenju motora. (Oblast C)

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzina

Motor zagrejan na radnu temperaturu, način rada:

• Homogen siromašan

Smeša je siromašna, >1, ili = 1 uz recirkulaciju izduvnih gasova (EGR)

Gorivo se ubrizgava u toku usisavanja.

Primena za prelazni režim rada motora i srednja opterećenja. (Punjenje sa siromašnom smešom daje potpunije sagorevanje, ali znači manje dovođenja toplote).

Kada opterećenje motora poraste pri radu sa slojevitim punjenjem prelazi se na homogeno siromašno punjenje. (Više goriva u odnosu na slojevito punjenje). Prigušenje na leptiru je manje kod siromašne smeše, jer je veći otvor leptira, nego kod homogenog rada sa stehiometrijskom ili bogatom smešom (1), pa su manji pumpni gubici.

Rad sa siromašnom smešom povećava sadržaj azotnih oksida, pa je potreban dodatni konvertor za neutralizaciju. Neophodne faze pražnjenja (dodatnog) konvertora od azotnih oksida znače povremene prelaske na rad sa bogatom smešom (<1), što umanjuje ekonomičnost potrošnje goriva.

(Oblast B).

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzina

Motor zagrejan na radnu temperaturu, način rada:

• Homogen slojevit

Gorivo se ubrizgava dva puta:1. Tokom usisavanja: Stvara se homogena i vrlo siromašna smeša u celom radnom prostoru >2. (Neupaljivo vrnicom). Količina ubrizganog goriva 75% od ukupne količine goriva.2. Tokom sabijanja: Stvara se bogatija smešu u okolini svećice. Količina ubrizganog goriva 25% od ukupne količine goriva.Varnica ne može neposredno da upali siromašan sloj.Bogati sloj oko svećice pali varnica, a siromašni sloj u ostatku prostora za sagorevanje pali plamen bogatog sloja.Upaljenje ostatka vrlo siromašne smeše posredstvom plamena bogatog sloja kao izvora toplote je lakše nego upaljenje stehiometrijske smeše. Prostiranje fronta plamena kroz vrlo siromašnu smešu se time ubrzava. (Manji otklon u p,V dijagramu).Primena: Prelazni režim od rada sa slojevitim punjenjem sa recirkulacijom izduvnih gasova na homogen siromašan rad (i dalje homogen rad). Zahvata oblast sa homogenim siromašnim načinom rada.

Razlika u odnosu na način rada sa slojevitim punjenjem: Način razvoja plamena pri dvostrukom ubrizgavanju omogućava motoru stabilniji rad i veće obrtne momente na vrlo niskim brojevima obrtaja. Manja je emisija nesagorelih čestica i azotnih oksida.Veća potrošnja goriva.Razlika u odnosu na način rada sa homogenom smešom:Manja potrošnja goriva. (Oblast D)

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzina

Motor zagrejan na radnu temperaturu, način rada:

• Homogen sa zaštitom od detonacije

Broj obrtaja je mali, a opterećenje veliko (najosetljivija oblast na detonaciju).

Ubrizgavanje se deli na dva dela, sa idejom: Homogeno punjenje na punom opterećenju i malom broju obrtaja prouzrokuje detonativno sagorevanje.Slojevito punjenje je otporno na detonaciju: Ne sabija se smeša, nego vazduh (+EGR). Umesto da se greje smeša tokom sabijanja i približava uslovima detonativnog sagorevanja, ubrizgavanje goriva na kraju sabijanja hladi vazduh, uzimanjem toplote za isparavanje goriva. Prostorno, gorivi sloj je mali i front plamena brzo stiže na njegovu granicu. Ostatak smeše ispred fronta plamena ima gde da se širi pred pritiskom sagorele smeše iza fronta plamena. Količina ubrziganog goriva je mala.Dobitak je u tome što otklanjanjem detonacije načinom slojevitog punjenja se ne vraća paljenje na kasnije (klasično sredstvo protiv detonacije), nego pada u dobro vreme, pa je dobijeni rad u pV dijagramu bolji.Detonacija nastaje u ostatku smeše, posle upaljenja varnicom, kada front plamena već prođe deo homogene smeše. Smanjenjem ostatka smeše deljenjem, umanjuje se i količina goriva koja je izložena uslovima samopaljenja i time umanjuje raspoloživa energija za detonaciju, ako do nje dođe.

Mogućnosti za ovo su u praksi vrlo ograničene.(Oblast E)

Hladan startPokretanje hladnog motoraTrajanje: Od trenutka starta elektropokretača do trenutka ostvarenja prvog

ciklusa sagorevanja. Energija za pokretanje uzima se iz baterije, motor ne razvija sopstvenu snagu.

• Elektropokretač pokreće motor(ME sistem je inicijalizovan preko kontakt ključa ili na drugi način, napr. GO/STOP dugme)

• Brzina motora se meri davačem broja obrtaja, koji je ujedno i davač položaja kolenastog vratila. Utvrđuje se faza razvoda bregastog vratila preko davača položaja kolenastog i bregastog vratila*. Na osnovu podataka o položaju (uglu vratila) određuje se cilindar čiji je klip u najpovoljnijem položaju za davanje rada (paljenje). Motor mora startovati i bez signala za fazu bregastog vratila, (bilo da ga ima, a u otkazu je, ili da ga uopšte i nema konstruktivno) ali će za to morati da napravi više okretaja pomoću elektropokretača.

• Ubrizgava se gorivo u cilindar prema mapi goriva i načinu punjenja motora.• Pali se gorivo varnicom i motor povećava brzinu posle prvog uspešnog

radnog takta

Faze hladnog startaMotor• Start

Trajanje: Od prvog sagorevanja do dostizanja ubrzanog zagrevanja katalizatoraKoličina ubrizganog goriva je nekoliko puta veća (3-4) od količine goriva na punom opterećenju zagrejanog motora pri temperaturi okoline od 20°C. Isparavaju samo najlakše frakcije goriva. Motor ne može pokrenuti vozilo uspešno, razvijeni moment je nedovoljan. (Vozilo stoji).

• Post – startTrajanje: Do trenutka kad se motor može opteretiti u dovoljnoj meri za početak kretanja vozila, iako radna temperatura još nije dostignuta.Temperatura motora raste, pa isparavaju i teže frakcije goriva, zbog čega se količina ubrizganog goriva postepeno smanjuje. Motor razvija dovoljno snage samo da savlada sopstvene otpore i pokreće agregate. (Vozilo stoji). Do faze zagrevanja motora (početak vožnje, a radna temperatura još nije dostignuta) stiže se za 15-20 sekundi.

• ZagrevanjeTrajanje: Do potpunog zagrevanja motora na radnu temperaturu. Motor ima dovoljno snage da pokrene vozilo. Grejanje bez opterećenja motora (“u mestu”) nema daljeg smisla – neekonomično je. Motor treba opteretiti – pokrenuti vozilo. Pokretanje vozila zahteva momente - opterećenje koji će brže dovesti motor na radnu temperaturu. Ciklusi su pod opterećenjm produženi, time razmena toplote sa zidom prostora za sagorevanje traje duže. Motor se može opteretiti i potpuno, sva toplota koja se ne utroši na mehanički rad i ne ode u izduvni sistem, greje motor. Ipak, opterećenje treba da raste postepeno sa grejanjem motora, do granice reagovanja na promenu ubrzanja vozila. Nezagrejan motor ne razvija punu snagu, ima lošu emisiju i veće produvavanje pored klipnih prstenova. Nekoliko minuta do dostizanja radne temper.

Zagrevanje katalitičkog konvertoraPrimenjuju se posebne mere da bi se konvertor što pre doveo na svoju radnu temperaturu. (Najmanje 300 stepeni). Tokom zagrevanja motora emisija štetnih gasova je najveća. Katalitički konvertori se zato grade tako da pre dostižu radnu temperaturu nego motor.

Teškoće hladnog starta• Gorivo na hladnim zidovima cilindra ne isparava, ne sagoreva i biva

izbačeno u izduvni sistem u taktu izduvavanja. Moment motora je time veoma smanjen. Da bi dovoljno goriva isparilo i sagorelo, naročito u startnoj fazi, potrebno je nekoliko puta uvećati količinu ubrizganog goriva, čime se povećava količina lakih frakcija u sadržaju goriva.

• Emisija nesagorelih ugljovodonika (HC) i ugljenmonoksida (CO) je velika.

• Katalitički konvertor što pre treba dovesti u funkciju dostizanjem minimalne radne temperature (300 stepeni C). To se ostvaruje:– Kasnim paljenjem velike dodatne mase smeše i– Dodatnim uređajima za grejanje konvertora

• Bogatoj smeši (<1) se u konvertoru dodaje kiseonik* i pali visokom temperaturom

• Siromašna smeša (>1) koristi višak kiseonika iz same smeše za sagorevanje u konvertoru.

U obe varijante sagorevanje u konvertoru greje konvertor i povišava mu temperaturu.

– Postavljanjem konvertora što bliže motoru (konstruktivna mera)Kraća dužina cevi izduvnog kolektora prema katalizatoru ima manju površinu za odavanje toplote, pa više toplote od izduvnih gasova stiže u konvertor.

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzinaMotor hladan i u zagrevanjuHladan Start, način rada:• Slojevit

Hladan start sa sabijanjem: Gorivo se ubrizgava u toku sabijanja.Pri sabijanju vazduhu raste temperatura. Iako je motor hladan, isparavanje goriva je brže nego kod konvencionalnog hladnog starta sa usisavanjem. (Kod usisavanja vazduhu opada temperatura). Gorivi oblačni sloj je udaljen od hladnih zidova – termički izolovan, pa se ne gubi toplota. Uslovi su povoljniji, start je olakšan.Emisija nesagorelih ugljovodonika (HC) se bitno smanjuje, jer je manja količina goriva za hladan start i nema filma goriva na zidovima prostora za sagorevanje. Značajno, jer kod hladnog starta katalitički konvertor nije na radnoj temperaturi i ne može vršiti funkciju oksidacije ugljovodonika koji u konvertor dospevaju nesagoreli.Vreme za pripremu smeše je kratko, ali je pri hladnom startu i brzina motora mala. Motor se okreće elektropokretačem oko 300 obrtaja u sekundi.

(Poređenje, hladan start sa usisavanjem: Malo goriva isparava, samo najlakše frakcije. Neispareno gorivo stvara film na hladnim zidovima prostora za sagorevanje. Film se ne može upaliti. Kada plamen dođe do filma, toplota odlazi – rasipa se na zagrevanje i naknadno isparavanje goriva iz filma, a ne na paljenje smeše – disipacija toplote. Plamen se gasi. Uslovi lošiji, start teži.)

Pumpa visokog pritiska zbog sporog okretanja kolenastog vratila ne može da dostigne nominalan pritisak od 150 – 200 bar, već samo, 30 – 40 bar. Ostvareni pritisak PVP je ipak dovoljan za postizanje takve brzine mlaza da gorivo ispari, jer se ubrizgava mala količina goriva, potrebna samo da proradi motor, ne i da se pokreće vozilo.

(Oblast C).

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzina

Motor hladan i u zagrevanju

Zagrevanje, način rada:

• Homogen deljen

Homogena smeša sa dvodelnim ubrizgavanjem (ceo radni prostor):1. Tokom usisavanja2. Tokom sabijanja

Primena za brzo zagrevanje katalitičkog konvertora.

Paljenje se pomera na mnogo kasnije, 15 – 30 stepeni posle SMT.Toplota i temperatura izduvnih gasova veoma raste jer se zbog kasnog paljenja manje toplote odvodi kroz mehanički rad. Umesto toga, toplota izduvnih gasova zagreva konvertor. (Entalpija, I = U + pV, gde je U unutrašnja energija izduvnih gasova, a pritisak p smanjen – manja gasna sila i kraći hod klipa na kom se odvodi rad usled ekspandirane zapremine V.)

Toplota dovedena konvertoru za grejanje ovim načinom rada motora umanjuje snagu motora (čak oko 20 kW).

Vreme zagrevanja konvertora na temperaturu koja ga dovodi u funkciju je svega nekoliko sekundi.

Načini rada kod direktnog ubrizgavanja benzina

Motor hladan i u zagrevanjuStart i zagrevanje, način rada:

• Slojevit, dvodelni (deo radnog prostoa)Slojevita smeša sa dva ubrizgavanja:1. Tokom sabijanja (kao kod slojevitog punjenja zagrejanog motora) 2. Tokom širenja (vrlo kasno)Primena:Za veoma brzo zagrevanje trostepenog katalitičkog konvertora hladnog motora.Za zagrevanje dodatnog katalitičkog konvertora iznad radne temperature od 650 stepeni celzijusa kod zagrejanog motora.

Trostepeni konvertor:Kod slojevitog punjenja pri hladnom startu temperatura izduvnih gasova je niska zbog velikog viška vazduha i male količine ubrizganog goriva, što smanjuje mogućnosti zagrevanja trostepenog konvertora kad je motor potpuno hladan. Prednost za zagrevanje trostepenog konvertora pri hladnom startu nad slojevitim punjenjem ima homogeni deljen način rada. Količina dovedenog goriva je tada bitno veća, što znači više toplote za grejanje.

Dodatni konvertor za NOx:Kod slojevitog punjenja zagrejanog motora temperatura izduvnih gasova opada, konvertor se pothlađuje. Temperatura iznad 650 stepeni potrebna je za početak desulfurizacije. Nisu primenljive metode za grejanje konvertora koje se koriste za rad sa motorom u nezagrejanom stanju (homogen deljen i homogegen)jer su u suprotnosti sa slojevitim punjenjem.

Potrebni su dodatni sistemi i načini za grejanje trostepenog konvertora kod hladnog starta i za grejanje pothlađenog konvertora kod zagrejanog motora.

Start zagrejanog motora posle kratkog prekida rada

Start bez elektropokretača ili sa malom pomoći el.pokretača za prolaz SMT. (Na slici klip je prošao SMT i nalazi se u taktu ekspanzije. U stajanju motora javja se gubitak kompresije na klipnom prstenovima.) Tih i lak start.

Umanjuje emisiju ugljovodonika pri startu i smanjuje potrošnju goriva.Primena za motore koji se automatski isključuju u vožnji posle određenog kratkog

perioda vremena rada na praznom hodu kod zaustavljanja i ponovo uključuju kod nastavljanja vožnje.

Prelazak sa slojevitog na homogeno punjenje

• Slojevito punjenje: Ubrizgavanje za vreme sabijanja (“kasna faza punjenja”)• Homogeno punjenje: Ubrizgavanje za vreme usisavanja (“rana faza

punjenja”)• Položaj pedale gasa: Razdvojen od položaja leptira (“drive by wire”)Računar izvodi neosetan prelaz po momentu pri prelazu sa slojevitog na homogeno

punjenje iako se položaj leptira (throttle valve) menja sa skokom. (Vozač o nagloj promeni položaja leptira, koju izvodi računar, ne zna ništa).

Dijagrami: Sa povećanjem udaljenja pedale gasa od početnog položaja moment raste linearno* bez obzira na prelaz iz slojevitog punjenja na homogeno, kada se klapna naglo pritvara. Sastav smeše je vrlo siromašan i nelinearno postaje bogatiji, a na prelazu iz slojevitog u homogeno punjenje naglo prelazi u stehiometrijski.

Opšta slika upravljanja motorom i vozilom

Pojedini elementi i blok šeme

Funkcionalni blok dijagram izbora i određivanja načina rada DI motora

EGAS: Elektronski gas (ETC)

1. EM: Izbor načina rada DI motora iprvenstvo funkcija u upravljanju*

Sklop funkcija za koordinaciju načina rada motora

Prioritet Funkcija

Bezbednost:1. Nadgledanje rada (moment i brzina motora)2. Zaštita komponenti (preopterećenje, napr.brzina motora, temperatura motora)3. Funkcije za rad u slučaju grešaka (limp-home)

Ostvarivost zahteva za momentom u traženom načinu rada:

4. Mogućnosti uklapanja u zahtev za momentom prema gorivu i vazduhu (kiseoniku) u odnosu na spoljni zahtev za opterećenjem (slojevito/homogeno..., gladak prelaz)

Emisija izduvnih gasova:5. Grejanje katalitičkog konvertora (pothlađen katalizator)6. Regeneracija akumuliranih azotnih oksida NOx (periodično)7. Regeneracija oksida sumpora Sox (periodično)

Početak rada motora:8. Hladan start i zagrevanje motora (ako ne, motor je ugrejan)

Dijagnostički sistem:9. Kontrola dijagnostičkog sistema (vrednosti i logika**)

Izbor načina rada:10. Mape načina rada (homogen, slojevit..., prema momentu i brzini motora)

Posle prolaska kroz funkcije određuje se: Zahtev (samo) za načinom rada motora

2. EM: Izbor načina rada DI motorana osnovu zahteva za načinom rada

Funkcija za izmenu zahteva za rad određuje stvaran način rada motora.Odluka se donosi na osnovu trenutnog stanja sistema za punjenje motora i pomažuću

silu za kočenje vozila:

Kontrolne funkcije za promenu načina radaPunjenje motora

• Recirkulacija izduvnih gasova (EGR) – temperatura sagorevanja• Iskorišćavanje para goriva iz rezervoara (EVAP) – zasićenost posude• Položaja ventila (klapne) za deljenje popr. preseka protoka usisavanog vazduha –

homogenizacija smeše.• Položaj leptira (ETC) – opterećenje se može ostvariti slojevitim punjenjem (WOT) ili

homogenim (prigušeno)?Bezbednost

• Podpritisak u vakuumskom servo-uređaju za kočnicu, dovoljan ili ne (slojevito, homogeno)?

a. Posle prolaska kroz kontrolne funkcije određuju se novi položaji izvršnih organa kojima se upravlja.

b. Organi zauzimaju nove položaje i tada se menja količina goriva i paljenje.

Ishod je stvarni način rada motora: Homogen, slojevit, dvostruko ubrizgavanje...

Zahtev za izabranim načinom rada preme koordinaciji načina rada motora može biti usvojen, ali i promenjen, u zavisnosti od trenutnog stanja sistema motor-vozilo.

Opis nekih elemenata za izbor zahteva za rad i određivanja načina rada motora

Nadgledanje rada

• Moment i brzina motora (stavka 1., bezbednost) Vozilo ne sme ubrzavati ako vozač to ne želi.Upoređuje se zahtevani moment od vozača sa momentom koji motor razvija. Smanjuje se stvarni moment, ako je prevelik u odnosu na zahtev vozača. (Promena je postepena).

– Radni procesor koji izvršava funkcije je u neprekidnoj obostranoj komunikaciji sa modulom za nadgledanje, (upit-odgovori), oba su u ECU.

– Mikrokontroler za nadgledanje kontroliše funkcije koje mogu da otkriju otkaze i neispravnosti radnog procesora i njegovih periferija i testira:

• Anlogno-digitalno pretvaranje• RAM i ROM• Izvršavanje programa• Komande, izvršavanje komandi

Prošireno nadgledanje rada• Funkcije za dodatno nadgledanje

Određuju maksimalan moment koji motor može da ostvari u logičkom smislu. Naprimer: Pun gas, kao zahtev vozača, na malom broju obrtaja motora u odnosu na moguću količinu goriva koju ima smisla ubrizgati.

Opis nekih elemenata za izbor zahteva za rad i određivanja načina rada motora

• Mape načina rada (stavka 10., posle svega)Prolaskom kroz sve funkcije redosledom prioriteta u sistemu izbora zahteva za načinom rada motora, a pre funkcije promene osnova za izbor zhateva za način rada (ne i načina rada) je mapa mogućih načina rada motora.

• Polazne informacije sistema upravljanja (SAU) određuju osnovni zahtev za načinom rada i uzimaju se iz mapa

• Radne informacije Veza sa fukcijama izmene

– Položaj ventila za recirkulaciju izduvnih gasova (EGR), – Stanje akumulatora za benzinske pare (carbon canister, canister purge valve),– Položaj ventila (klapne) za deljenje vazduha u usisnom vodu (ubrzanje struje

vazduha za poboljšanje vrtloženja kod malih brzina, dva usisna ventila), – Položaj leptira (ETC) kojim upravlja ECU.– Podpritisak u vakuumskom servo uređaju

Radne informacije za SAU nisu sastavni deo osnovnih mapa za izbor načina rada motora. Osnovne i radne informacije zajedno određuju uslove za izbor načina rada motora.

Opis nekih elemenata za izbor zahteva za rad i određivanja načina rada motora

• Kontrola podpritiska za vakuumski servo uređaj kočnice

Kada motor radi sa slojevitim punjenjem leptir je otvoren (WOT), a broj obrtaja mali.

Zbog malog prigušenja i malih strujnih brzina može se dogoditi da podpritisak u usisnom vodu ne bude dovoljno velik, tako da vakuumski servo uređaj izgubi podpritisak i ne pruža dovoljnu pomažuću silu na pedali kočnice.

U tom slučaju mora se preći na drugi način rada motora (homogen, sa pritvorenim leptirom), koji će dati dovoljno podpritiska za servo uređaj kočnice:Ekonomičnost potrošnje goriva ustupa prednost bezbednosti vožnje.

Kada podpritisak u servoređjaju za kočenje poraste, motor se može vratiti na slojevito punjenje.

Dizel motori imaju vakuumske pumpe jer uvek usisavaju maksimalnu količinu vazduha, pa je podpritisak u usisnom kolektoru nedovoljan za servo uređaj.

Struktura sistema upravljanja motorom sa podsistemima*

Izbor i određivanje obrtnog momentaZahtevi za momentom

• Spoljni zahtevi za momentom (vozač)– Vozač (pedala gasa)– Kontrola brzine krstarenja (brzina i odstojanje od vozila ispred, izborna f-ja -

vozač)– Ograničenje maksimalne brzine, elektronsko, (250 km/h)– Transmisija (automatska, prenos momenta/snage)– Stabilnost vozila (ESP, veličina momenta)– Kabina (klima, rashlađivanje uzima oko 10 kW (!), konfor)

• Unutrašnji zahtevi za momentom zagrejanog motora (EM)– Start– Prazan hod– Maksimalan broj obrtaja– Ograničenja momenta

• Unutrašnji zahtevi za momentom hladnog motora (EM)– Start– Grejanje katalitičkog konvertora– Prazan hod

Rezultat je suma zahteva za obrtnim momentom

Izbor i određivanje obrtnog momentaOdređivanje momenta

• Izbor obrtnog momenta

Na osnovu sume zahteva za obrtnim momentom određuje se obrtni moment preko komponeti u posebnim podsistemima:

– Vazduh: ETC, EGR Turbo-punjenje, vakuum servo kočnica– Gorivo: Količina, trenutak ubrizgavanja. Korekcije količine za ubrzanje motora-

vozila, zagrevanje, satav smeše , evap. Tačnost sonde i korekcija greške sonde. Isporuka goriva iz rezervoara, količina i pritisak goriva. Propuštanje para goriva iz sistema za gorivo.

– Paljenje: Ugao, bazni i dodatni, vođenje na ivici detonacije za dobijane maksimalnog rada po pV dijagramu, vraćanje paljenja kod detonacije, bezbednosne margine ugla paljenja.

• Parametri za rad motora

Na osnovu izabranog obrtnog momenta određuje sevazduh, gorivo i paljenje:

– Položaj leptira– Vreme ubrizgavanja (faze i impulsi – kada/koliko)– Ugao paljenja– Ventil paralelnog toka turbokompresora (wastegate)

Kontrola efektivnog obrtnog momentaMoment motora - ostvaren

Veličina obrtnog momenta se određuje na osnovu (ne)ravnoteže datog momenta i momenta spoljnog opterećenja (“drive by wire & EM”):

Ulazni moment daje vozač, izlazni moment daje EM, dva moguća ishoda:

• Moment motora jednak je momentu spoljnog opterećenja

– Preko zahteva za momentom, punjenje cilindra (vozač)• Vazduh• Gorivo• Ugao paljenja

• Moment motora veći je od momenta spoljnog opterećenja

– Preko kolenastog vratila, povećanje brzine motora (EM)• Prazan hod• Promena stepena prenosa• Prevelika brzina motora (overrun)• Punjenje turbokompresora

Kontrola efektivnog obrtnog momenta Povratne informacije

Modeliranje momenta - ostvarenogRačunar daje teorijski optimalne parametre za moment motora na osnovu trenutnih

stvarnih vrednosti, dobijenih iz radnih informacija kao povratnih informacije za:• Punjenje cilindra• Ugao paljenja• Brzinu motora• Sadržaj kiseonika u izduvnim gasovima• Fazu redukcije katalizatora

U modeliranju momenta učestvuju i dodatne radne informacije kao povratne:• Pomeranje ugla paljenja u odnosu na zadat ugao• Stvarni sastav smeše u odnosu na zadat sastav (kiseonik u izduvu)• Izostavljanje punjenja cilindara u kojima nema sagorevanja (blank out)

(pojedini cilindri mogu biti isključeni zbog štednje, a ventili zatvoreni zbog eliminacije pumpnih gubitaka)

Modeliran indicirani moment (cilindar) na osnovu povratnih radnih informacija uvodi se kao poseban zahtev za određivanje

• obrtnog momenta• parametara obrtnog momenta

Izduvni podsistem – upravljanje i kontrolaUčešće u sastavu smeše preko viška vazduha

Modeliranje, veličine i procesi• Temperature (zaštita komponenti)• Ispiranja (residual cilindar exaust gas)• Protoka mase izduvnih gasova (zatvorena petlja i dijagnoza katalitičkih konvertora

prema otporu strujanju)• Kontrola iskorišćenja/akumulacije katalitičkog konvertora (akumulatorski tip)• Senzor temperature, tempertura sagorevnj i podaci za testiranje izduvnih gasova

Modeliranje, načini • Kontrola goriva i vazduha

Sastav smeše preko sondi, toksičnost, sonde pre katalizatora (korekcija smeše) i posle katalizatora (rezultat korekcije smeše)Ravnomeran rad motora, kontrola momenta, sonda po svakom cilindru

• Trostepeni katalitički konvertor (bez dodatnog konvertora) sonda iza konvertora, korekcija smeše i toksičnosti izduvnih gasova

• Trostepeni katalitički konvertor sa dodatnim katalizatorom za azotne okside (akumulatorski tip)Trostepeni kat. =1, dodatni za azotne okside >1. Regeneracija az.oks. sa <1, NOx ide u N2 . Desulfurizacija konvertora sa T>650 stepeni C.

• Kontrola temperatureZaštita protiv visoke temperature sagoreanjaUbrzanje grejanja konvertoraSprečavanje pothlađivanja konvertora: Dodavanje ekstra goriva, kasnije paljenje, povećan broj obrtaja na praznom hodu

Mogućnost povećanja momenta motora kod direktnog ubrizgavanja benzina sa promenljivim

fazama ventila (VVT) i turbo – nadpunjenjem

Turbo – punjenje i prirodno usisavanje, prirode krivih:

Kriva momenta sa nadpunjenjem pokazuje maksimalan moment motora pri manjem broju obrtaja (značajno za ubrzanje) od krive bez nadpunjenja koja je i “zaobljenija”.

Otrovne komponente u izduvnim gasovima

Sastav izduvnih gasova i neutralizacija štetnih komponenti

Otrovne komponente u izduvnim gasovima oto motora u zavisnosti od sastava smeše*

U oblasti bogate smeše, sa =0.8-0.9, koncentracija HC i CO je visoka, NOX niska.

U oblasti malo siromašne smeše, sa =1.05-1.1 koncentracija CO i HC je niska, ali je NOx najveća

Suprotno različite koncentracije otrovnih sastojaka CO i HC sa jedne strane i NOx sa druge strane, za iste sastave smeše , otežavaju upravljanje sagorevanjem sa ciljem da sagorevanje bude potpuno čisto.

Nije moguća istovremena neutralizacija sve tri komponente: Azotni oksidi se redukuju posebno.

Potrebno je neutralisati otrovne sastojke produkata sagorevanja pre nego što odu u atmosferu.

Nastanak otrovnih komponenti u izduvnim gasovima oto motora

• Ugljenmonoksid CONastaje kada nema dovoljno kiseonika za sagorevanje, pri radu sa bogatom smešom <1. Kad vazduha ima dovoljno, >1 količina ugljenmonoksida teži minimumu.Ugljen monoksid je produkt nepotpunog sagorevanja.

• Ugljovodonici HCNastaju kad nema dovoljno kiseonika pri radu sa bogatom smešom <1 i u siromašnoj smeši >1,1 kod približavanja granici upaljivosti. Paljenje je otežano po prostoru za sagorevanje, zbog toga slabi sagorevanje u frontu plamena i opada brzina fronta plamena.Nastaju i u blizini zidova prostora za sagorevanje koji hlade smešu. Front plamena ne može da upali hladnu smešu, gasi se i sagorevanje ostaje nezavršeno.Ugljovodonici su produkt nepotpunog sagorevanja.

• Azotovi oksidi NOx Nastaju na visokoj radnoj temperaturi, iznad 2200K i uz dovoljno kiseonika za oksidaciju – u blago siromašnoj smeši >1,0 – 1,1.(Azotni oksidi ne mogu nastati u bogatoj smeši, jer nema kiseonika ni za stehiometrijsko sagorevanje, zbog čega i nastaju nesagoreli ugljovodonici i CO).Daljim osiromašenjem smeše >1,1 temperatura sagorevanja opada (manje goriva) pa se udeo azotnih oksida smanjuje, iako ima dovoljno vazduha. Azotni monoksid NO čini 95%, azotnih oksida (NO2 i drugi azotni oksidi oko 5%)Azotni oksidi su produkt sagorevanja na povišenim temperaturama u prisustvu dovoljno kiseonika.

(Oksidacija: Sjedinjenjavanje sa kiseonikom (+ toplota sagorevanja))(Redukcija: Razjedinjavanje od kiseonika (- toplota redukcije))

Delovanje otrovnih komponenti• Ugljenmonoksid CO

Trajno vezuje hemoglobin koji se nalazi u krvi*, čiji je zadatak da raznosi kiseonik po organizmu.Hemoglobin se labavo jedini sa kiseonikom, a sa ugljenmonoksidom trajno, izazivajući opasno trovanje.Ugljenmonoksid je gas bez ukusa i mirisa, teži od vazduha.

• Ugljovodonici HC

Nadražuju sluzokožu očiju i disajnih organa, a teži ugljovodonici deluju kancerogeno sa dužim vremenom.

• Azotni oksidi NOx

Nadražuju disajne organe i stvaraju “smog” i kisele kiše koje oštećuju biljke.

• Sumpor dioksid SO2

Nastaje od sumpora u gorivu. Produkuje kisele kiše, a kod motora umanjuje reaktivne sposobnosti trostepenih katalizatora i katalizatora azotnih oksida akumulatorskog tipa. Dobra goriva su ona koj u sebi ne sadrže sumpor.

Faktori koji utiču na stvaranje svih otrovnih komponenti:

Sastav smeše goriva i vazduha

Koeficijent viška vazduha, , za minimum zagađenja, zahtevi kod ubrizgavanja su =1

• Ubrizgavanje u usisne vodove

Homogeno punjenje: =1 (stehiometrijski)

• Direktno ubrizgavanje

Homogeno punjenje: =1 (stehiometrijski)Slojevito punjenje: =1 ili blisko jedan, za sloj koji se pali varnicom.(U cilindru je smeša “u proseku” ekstremno siromašna zbog ekonomičnosti).

Kod homogenog punjenja stehiometrijskom smešom uvek je problem rashlađivanje smeše u blizini zidova cilindra, što remeti termičku sliku homogenizacije. Kondenzacija goriva na zidovima cilindra, ako do nje dođe, remeti i homogenost smeše i stehiometriju smeše.

Kod direktnog ubrizgavanja prelaz sa slojevitog na homogeno punjenje vrši se kad se motor više optereti – veći zahtevi za momentom, ili pređe na viši broj obrtaja (iznad 3000), kada nema dovoljno vremena za homogenizaciju gorivog sloja.

Faktori koji utiču na stvaranje svih otrovnih komponenti:

Paljenje i varnica

Trenutak (pred)paljenja pp i varnica, zahtevi

• Jaka varnica u pravom trenutku je neophodna za formiraje stabilnog jezgra plamena u periodu pritajenog sagorevanja.

• Stabilno jezgro plamena utiče na formiranje fronta plamena.Pod pojmom “stabilno” misli se na sagorevanje smeše u jezgru, tako da bude neprekidno prostorno i vremenski i sa progresivnim povećanjem dovođenja toplote u periodu pritajenog sagorevanja. Samo jezgro plamena gori zapreminski (vrlo mala, ali konačno mala zapremina), dok front plamena gori kao ljuskasti sloj.Dobro oformljeno jezgro plamena je uslov za dobro oformljen ljuskasti front plamena u kom sagorevanje daje minimum otrovnih produkata sagorevanja.

• Sastav smeše oko elektroda svećice značajan je za formiranje jezgra plamena. Mora biti homogen.

(Važi i za indirektno i direktno ubrizgavanje).

Faktori koji utiču na stvaranje svih otrovnih komponenti:

Formiranje smeše

Formiranje smeše – zahtevi

• Homogena smeša

Cilindar: Ravnomerno popunjen ceo radni prostor cilindraMotor: Ravnomeran raspored smeše po pojedinim cilindrima motora

• Slojevito punjenje (direktno ubrizgavanje)

Homogenost smeše je posebno važna za sloj smeše oko elektroda svećice za jezgro plamena.

Ravnomeran raspored smeše po cilindrima se ne može ostvariti karburatorom ili ubrizgavanjem u jednoj tački (single point) za sve cilindre, jer dužina puta smeše i oblik voda nisu isti za sve cilindre.Na dužem putu kroz usisini vod ima više mogućnosti da se gorivo kondenzuje i stvara “film” koji “puzi” po zidovima usisne cevi-voda, naročito ako su krivine cevi sa malim poluprečnikom (oštre).

Neravnomeran raspored smeše po pojedinim cilindrima prouzrokuje da “jedan cilindar vuče drugi cilindar”.

Faktori koji utiču na stvaranje svih otrovnih komponenti:

Brzina motora i količina punjenja uz vreme za sagorevanje

Na višim brojevima obrtaja:

Otpori motora i pomoćnih uređaja rastu

Za isto povećanje snage motora potrebno je srazmerno dodati “više gasa” nego na nižim brojevima obrtaja (moment opada na višim br. obrt.).Zato se koriste područja sa manje snage – manjim brojevima obrtaja kod programiranja za vođenje upravljanih motora. Moment se može programski držati stabilnim i u području broja obrtaja manjem od broja obrtaja maksimalnog momenta, inače nestabilnom za vozača. (Bez programskog upravljanja je kontrola otežana.)

Više sagorele smeše daje i veću količinu produkata sagorevanja i lošiji sastav produkata sagorevanja. Zagađenje je kvalitativno i kvantitativno veće.

Vreme za sagorevanje se skraćuje, ostaje manje vremena za potpuno, odnosno “idealno” sagorevanje.

Faktori koji utiču na stvaranje pojedinih otrovnih komponenti:Podukcija Ugljovodonika (HC)

i Opterećenje i brzina motora, sastav smeše i trenutak paljenja

• Obrtni momentOpterećenje motora poboljšava sagorevanje HC:Veći momentom podiže temperaturu sagorevanja i sagorevanje u blizini hladnih zidova u periodu dogorevanja je potpunije. Raste i temperatura izduvnih gasova pa se vrši dodatna redukcija ugljovodonika u toku izduvavanja.

• Brzina motoraPogoršava sagorevanje HC:Sa povećanjem brzine raste količina ugljovodonika jer se skraćuje vreme za pripremu smeše.Homogenizacija smeše i ravnomerna popuna cilindra je lošija, a vreme za sagorevanje kraće.

• Sastav smešeBogata smeša <1 nema dovoljno kiseonika pa raste količina HC, sa druge straneSiromašna smeša >1,2 teško se pali i sporo sagoreva pa raste HC

• Trenutak paljenjaPrerano paljenje pogoršava sagorevanje: Pomera se glavno sagorevanje unapred. Front plamena je slabiji kod dogorevanja, temperatura u dogorevanju je niža i sadržaj HC raste.Opada i temperatura izduvnih gasova koji mogu dodatno da oksidišu HC.

Faktori koji utiču na stvaranje pojedinih otrovnih komponenti:Podukcija Ugljenmonoksida (CO)

i Opterećenje i brzina motora, sastav smeše i trenutak paljenja

• Obrtni momentVeći moment poboljšava sagorevanje jer podiže temperaturu sagorevanja i pomaže oksidaciju ugljenmonoksida u taktu širenja. Opterećenje motora smanjuje količinu ugljenmonoksida.(Kao i kod ugljovodonika).

• Brzina motoraVeća brzina pogoršava sagorevanje jer se vreme za sagorevanje smanjuje pa se povećava sadržaj CO.Homogenizacija smeše i ravnomerna popuna cilindra je lošija iz istog razloga.(Kao i kod ugljovodonika).

• Sastav smešeBogata smeša <1 nema dovoljno kiseonika pa raste udeo COSiromašna smeša >1 ima dovoljno kiseonika pa opada CO.Jedini izvor CO u siromašnoj smeši je nepotpuno sagorevanje zbog loše homogenizacije smeše. Nepotpuno sagorevanje biće u delovima smeše gde je usled nehomogenizacije <1.

• Trenutak paljenjaTrenutak paljenja malo utiče na povećanje emisije CO. Pretežni uticaj ima sastav smeše.

Faktori koji utiču na stvaranje pojedinih otrovnih komponenti:Podukcija Azotnoh oksida (NOx)

i Opterećenje i brzina motora, sastav smeše i trenutak paljenja

• Obrtni momentVeći moment – veće opterećenje motora, podiže temperaturu sagorevanja i stvara bolje uslove za nastanak azotnih oksida, čija količina naglo raste. (Motor se usled mehaničkog naprezanja više napreže i termički).

• Brzina motoraVelika brzina smanjuje vreme u kom dolazi do formiranja azotnih oksida pa se njihova količina smanjuje.Mala brzina daje lošije ispiranje cilindra i povećava količinu zaostalih gasovi iz prethodnog cikusa. Zaostali gasovi snižavaju temperaturu sagorevanja jer sami ne sagorevaju, a i povećavaju specifičnu toplotu radnog tela i time smanjuju količinu azotnih oksida.Na prelazu od malih ka velikim brzinama, sa porastom brzine, ispiranje prostora za sagorevanje se poboljšava, a smanjuje se količina zaostalih gasova. Temperatura sagorevanja raste, vremena za sagorevanje ima dovoljno, a time raste i količina azotnih oksida.

• Sastav smešeBogata smeša sa <1 nema dovoljno kiseonika pa nema uslova za stvaranje azotnih oksida.(Bogata smeša se koristi kao agens za redukciju azotnih oksida zbog HC).Siromašna smeša >1,05 – 1,1 ima dovoljno kiseonika i dovoljno visoku temperaturu sagorevanja, pa je količina azotnih oksida najveća.Kod >1,1 opada količina azotnih oksida, jer siromašna smeša ima nisku temperaturu sagorevanja (malo goriva).Direktno ubrizgavanje, homogeno slojevito sa dva ubrizgavanja:U zoni jezgra plamena (oko elekroda) smeša je bogata i nema kiseonika za stvaranje azotnih oksida.U zoni sloja sa siromašnom smešom (cilindar) ima kiseonika, ali je u siromašnoj smeši temperatura sagorevanja snižena, pa nema azotnih oksida. (Prednost direktnog ubrizgavanja).

• Trenutak paljenjaTrenutak paljenja znatno utiče na povećanje emisije azotnih oksida. Sa povećanjem ugla pretpaljenja raste pritisak sagorevanja više nego obično, s njim i temperatura gasa, a s temperaturom i količina azotnih oksida.

Snaga motora i potrošnja goriva u zavisnosti od sastava smeše

• Najveću snagu motor razvija sa bogatom smešom, ali je tada i potrošnja goriva najveća. Sagorevanje je brzo ( dovođenje toplote Q pri v=const), ali nema kiseonika za potpuno iskorišćenje goriva.

• Najveću ekonomičnnost motor ima kod blago siromašne smeše, jer mali višak vazduha obezbeđuje svakom molekulu goriva kiseonik za sagorevanje, kompenzujući nepotpunu homogenost smeše. Međutim, snaga opada sa osiromašenjem smeše.

Kvantitativni sastav izduvnih gasova

Savremen upravljan motor u radu sa stehiometrijskom smešom, zagrejan na radnu temperaturu, pored vodene pare i ugljendioksida, koji su produkti normalnog – “idealnog” sagorevanja, ima i drugih produkata zbog nesavršenosti procesa sagorevanja:

= 1.0, CO2 i H2O i N2 čini više od 98% izduvnih gasovai oko

1% drugih produktata sagorevanja

(Voda oko 13%, ugljendioksid oko 14% i azot oko 71%.)

Najgore otrovne komponenti u izduvnim gasovima posle sagorevanja u motoru su:

• Ugljenmonoksid CO• Ugljovodonici HC i• Azotni oksidi NOx

Kod “fosilnih” goriva, kada se i ostvari teorijski idealno sagorevanje, ugljendioksid kao produkt sagorevanja, jeste neizbežan. Ugljendioksid, kao gas, učestvuje u smeši gasova koji stvaraju efekat “staklene bašte” i time globalno zagrevanje atmosfere.

Jedini način da se smanji emisija ugljendioksida u izduvnim gasovima toplotnog motora je smanjenje potrošnje goriva*.

Katalitički konvertori za neutralizaciju otrovnih komponenti

u izduvnim gasovima

Najvažniji uticaj na stvaranje otrovnih komponenti imaju:• Sastav smeše • Trenutak paljenja

Upravljanje radom motora treba da bude takvo da se stvara što manje otrovnih komponenti

Interval regulisanja za neotrovno sagorevanje mora imati dovoljno kiseonika u homogenoj smeši i vrlo je uzan za : = 1.0 – 1.05

Prerano data varnica diže vršnu temperaturu sagorevanja i pogoduje stvaranju azotnih oksida. (Kasna varnica umanjuje dobijeni rad jer se dijagram pomera na stranu ekspanzije).

Katalitički konvertori mogu da prevedu 99% ugljenmonoksida, ugljovodonika i azotnih oksida u neškodljive supstance.

(od oko 1%, koliko ih ima sa svim ostalim produktima, osim CO2, H2O i N2)

Sastav izduvnih gasova u zavisnosti od koeficijenta viška vazduha/mase goriva i vazduha i

Intervali rada trostepenih katalizatora i katalizatora za azotne okside

• Za rad sa stehiometrijskom smešom =1, dovoljan je trostepeni katalitički konvertor.Količina azotnih oksida je relativno mala.

• Za rad sa siromašnom smešom, ≥1.05, potreban je dodatni konvertor za redukciju azotnih oksida.Količina azotnih oksida je velika.

Snaga i moment motora u zavisnosti od sastava smeše

• U oblastima siromašne smeše pad snage je znatno veći za istu promenu sastava smeše nego u oblasti bogate smeše

• Iznad 5000 o/min moment motora opada zbog povećanih unutrašnjih otpora, iako se prelazi na bogatu smešu, koja daje najveće momente.

Katalitički konvertoriTrostepeni katalitičkim konvertori su uređaji u kojima se otrovni sastojci izduvnih

gasova hemijskim reakcijama pretvaraju u neotrovne supstance. (Sami konvertori ne stupaju u reakciju).

Ovi konvertori mogu uspešno da rade samo ako se sastav smeše održava u vrlo uskim granicama oko stehiometrijske smeše =1.

Za ostvarenje rada sa stehiometrijskom smešom potreban je upravljan motor sa sistemom povratne sprege (SAU) i ubrizgavanjem goriva.

Ubrizgavaje goriva je zamenilo karburatore, jer karburatori ne mogu da ostvare rad sa stalnim sastavom smeše oko stehiometrijske vrednosti =1,05–1,10 ili siromašne smeše >1.1.

Direktno ubrizgavanje (u cilindar motora) smenjuje indirektno ubrizgavanje (ubrizgavanje u usisni vod), zbog manje toksičnosi i bolje ukupne efikasnosti motora (veća kompresija, slojevito punjenje).

Najviše su u upotrebi trostepeni konvertori, po jedan “stepen” za po jednu – svaku otrovnu komponentu, CO, HC i NOx.

Trostepeni katalitički konvertor koji radi sa stehiometrijskom smešom, =1, ne može da redukuje azotne okside u siromašnoj smeši, >1.1, bez agensa (HC). Motori koji mogu da rade sa siromašnom smešom (lean burn) imaju dodatni konvertor za azotne okside.

Dodatni konvertor za azotne okside je akumulatorskog tipa – može da akumulira određenu količinu azotnih oksida, i da ih u pogodnom trenutku (ECU) redukuje.

Katalitički konvertoriOsobine

• Katalitički konvertori neutrališu otrovne komponente u izduvnim gasovima tek kad dostignu radnu temperaturu (600/800 stepeni celzijusa).

• Najveće zagađenje u izduvnim gasovima je kod hladnog starta i potom zagrevanja motora, kad konvertori nisu dovoljno zagrejani, a smeša je bogata.

Uslovi za upravljanje motorom:

• Što pre ugrejati motor i konvertor posle hladnog starta motora• Što pre dobiti očitavanje sa davača, kako bi se mogao efikasno

popravljati rad motora

I konvertori i senzori se zbog toga greju kod hladnog starta posebnim metodama za brzo zagrevanje.

Način rada konvertora po vremenu• Trostepeni katalitički konvertori (HC, CO, NOx) (primarni, ako postoji i dodatni

konvertor za azotne okside)Rade neprekidno

Za vreme rada sa stehiometrijskom smešom =1 dodatni konvertor radi kao i trostepeni konvertor, jer je količina azotnih oksida zbog nepostojanja viška kiseonika mala. (Sl. 190)

• Katalitički konvertori za azotne okside (NOx) (glavni).Rade prekidno (akumulatorski)

Za vreme rada sa siromašnom smešom >1, zbog viška vazduha, određena količina azotnih oksida (NOx) se akumulira u dodatnom konvertoru. Kad se konvertor napuni oksidima, motor se kratkotrajno prebacuje na rad sa bogatom smešom <0.8. Pomoću platine kao katalizatora u oblozi rešetke, prevode se azotni oksidi u azot dioksid (NO2).

Bogata smeša ima nesagorele ugljovodonike HC, koji se koriste kao agensi za redukciju azotnih oksida.

Rad motora sa bogatom smešom traje dok se ne isprazni dodatni konvertor od azotnih oksida i redukcijom prevedu azotni oksidi u azot N2 i kiseonik O2.Kad se dodatni konvertor isprazni od azotnih oksida, motor se vraća sa bogate smeše na uobičajen način rada po sastavu smeše, sve do ponovnog akumuliranja azotnih oksida, kada se postupak za njihovu neutralizaciju ponavlja.

Dodatni konvertor se posebnim postupkom desulfurizacije oslobađa i od sumpornih jedinjenja.

Način rada konvertorapo hemijskoj reakciji

Trostepeni katalitički konvertor pretvara ugljenmonoksid (CO), ugljovodonike (HC) i azotne okside (NOx ) u ugljen dioksid (CO2) i vodu (H2O) prema sledećim formulama:

2 2

2 6 2 2 2

2 2

2 2 2 2

2 2

2 7 4 6

2 2 2

2 2 2

Oksidacija

CO O CO

C H O CO H O

Redukcija

NO CO N CO

NO CO N CO O

= 1: Oksidacija (sagorevanje) i redukcija je dobra, stehiometrijska smeša

> 1: Oksidacija CO i HC je dobra zbog kiseonika u izduvnim gasovima. Međutim, zaostaju azotni oksidi

< 1: Azotni oksidi se redukuju uz pomoć CO i HC kao agensa redukcije. CO i HC koji nisu ušli u redukciju oslobadjaju se bez oksidacije, jer nema kiseonika.(!)

Katalitički konvertoriKonstrukcija

• Kućište je od lima i u njemu se nalazi veoma porozna katalitička rešetka od keramike ili metala. Zidovi rešetke formiraju kanale kvadratnog popečnog preseka kroz koje struje izduvni gasovi. (Substrat – izdvajač).

• Pre i posle rešetke nalazi se po jedna komora u koju izduvni gasovi ulaze pre prolaska kroz rešetku i izlaze posle prolaza kroz rešetku

• Metalna katalitička rešetka (debljine zidova rešetke 0.05mm) je poroznija od keramičke i daje manje otpore strujanju izduvnih gasova. Direktno se ugrađuje u kućište. Pogodna je za motore sa većim brojevima obrtaja.

• Keramička katalitička rešetka (debljine zidova 0.05 – 0.016 mm) od magnezijum – aluminijum silikata obložena je mineralnom tkanjem (matom, mrežom keramičkih vlakana) za zaptivanje, zaštitu od udaraca, kompenzaciju razlike temperaturne dilatacije između keramike i metala i izolaciju toplote. Veoma je postojana na visoku temperaturu i otporna na temperaturne promene (thermo-stress).Keramička rešetka je najviše u upotrebi.

• Rešetka je prekrivena oblogom od oksida aluminijuma (Al2O3) (coat) veoma velike poroznosti što uvećava površinu za katalitičku reakciju (7000 puta).Obloga sadrži plemenite metale kao katalizatore, platinu i/ili paladijum za oksidaciju ugljenmonoksida i ugljovodonika i rodijum za redukciju azotnih oksida. Masa ovih metala u katalizatoru je između 1 i 5 grama.

• Konvertor za azotne okside ima istu funkcionalnost i elemente kao i trostepeni katalitički konvertor, ali ima i supstance koje mogu da akumuliraju i otpuštaju azotne okside. Najveći deo ugljenmonoksida i ugljovodonika neutrališe primarni konvertor, ostatak dodatni (“glavni”) konvertor, čija je osnovna namena neutralisanje azotnih oksida.

Upravljanje katalitičkim konvertorom za neutralizaciju toksičnih produkata sagorevanja

Radna temperatura trostepenog konvertora je 400 – 800 stepeni C, a dodatnog konvertora 300 – 400 stepeni.

Za redukciju azotnih oksida motor se kratko prebacuje na rad sa bogatom i homogenom smešom , = 0,8.

Utvrđivanje napunjenosti i ispražjenosti akumulatora azotnim oksidima vrši se:• Računski, na osnovu temperature izduvnih gasova. Redukcija oduzima toplotu, pa

pada temperatura izduvnih gasova. Kad intenzitet redukcije oslabi, temperatura izduvnih gasova raste.

• Sondom za azotne oksideMerenjem količine azotnih oksida u izduvu, koja raste kad je akumulator napunjen. (Jedini direktan način).

• Lambda sondomKoncentracija kiseonika u izduvnim gasovima raste kad se azotnim oksidima oduzme kiseonik i u produktu dobiju azot i kiseonik, a opada kad intenzitet redukcije oslabi. (Lambda senzor meri koncentraciju kiseonika).

Motor sa katalitičkim konvertorom ne sme kao gorivo da troši benzin sa dodacima olova za povećanje oktanskog broja – sprečavanje detonativnog sagorevanja. Olovo, ako ga ima u gorivu, taloži se na rešetki i time sprečava katalitičko dejstvo platine i rodijuma. (Nema popravke konvertora u tom slučaju, samo zamena).

Konvertoru za azotne okside smeta sumpor u gorivu (ako ga ima), jer se jedini sa sastojcima koji akumuliraju azotne okside. (Popravljivo postupkom desulfurizacije u vožnji, t>700 stepeni C).

Katalitički konvetorPozicija u izduvnom sistemu,

strujanje izduvnih gasova kroz konvertor isastavni elementi

Trostepeni katalitički konvertorIzgled preseka mikrografske strukture površine

presvlake keramičkog bloka

Presvlaka (coat) je od oksida aluminijuma Al2O3 velike poroznosti i stoga veoma velike površine u odnosu na zapreminu koju zauzima.

Trostepeni katalitički konvertorPresek kroz metalni katalizator i dela rešetke (levo) i

izgled keramičkog konvertora i konvertorskog bloka (desno)

Katalitički konvertoriKonfiguracija

• Trostepeni konvertor (“primarni”)Postavlja se ispred dodatnog akumulatorskog konvertora u struji izduvnih gasova jer ima višu radnu temperaturu. Primarni zadatak je neutralizaacija ugljenmonoksida i ugljovodonika.Da bi se brže ugrejao posle hladnog starta manji je po veličini od dodatnog (time manje površine koja razmenjuje toplotu sa okolinom), ali zato što vrši najveći deo konverzije ima veću gustinu poroznosti u katalizatoru i time veću aktivnu povšinu katalizatora.

• Dodatni katalizator (“glavni”)Postavlja se iza trostepenog u struji izduvnih gasova jer ima nižu radnu temperaturu. Veći je od trostepenog (veća površina), da bi odavao više toplote u cilju održavanja niže temperature.

Istovremena efikasna neutralizacija ugljenmonoksida i ugljovodonika sa jedne strane i azotnih oksida sa druge strane, u radu sa siromašnom smešom, nije moguća jer se za redukciju azotnih oksida koriste ugljovodonici kao agens redukcije, a ugljovodonika nema u radu sa siromašnom smešom =1,0-1,05, u kojoj nastaju azotni oksidi.

Za neutralizaciju azotnih oksida motor se prevodi na rad sa bogatom smešom, da bi se dobili ugljovodonici, potrebni za redukciju azotnih oksida. Ugljovodonici (HC) će se najvećim delom iskoristiti za redukciju azotnih oksida (NOX), ali ugljenmonoksid (CO), nastao usled nepotpunog sagorevanja zbog nedostaka kiseonika u bogatoj smeši, ostaje nedovoljno tretiran. (V. dijagram HC, CO, NOX vs. ).

Katalitički konvertoriGrejanje za postizanje radne temperature

kod hladnog starta

Minimalna radna temperatura katalitičkih konvertora je 300 stepeni Celzijusovih. Kod hladnog starta potrebno je što pre ugrejati konvertor(e) do radne temperature na kojoj može da neutrališe otrovne sastojke u izduvnim gasovima.Nema značajne konverzije otrovnih komponenti u izduvnim gasovima bez radne temperature konvertora. (Ispod 300 stepeni C konvertor ne funkcioniše).Kod hladnog starta, motor je hladan, a hladan je i izduvni sistem zajedno sa konvertorima.

Načini grejanja katalitičih konvertora

• Grejanje konvertora upravljanjem rada motora– Povećanje temperature izduvnih gasova (I=U+pV, entalpija)– Povećanje protoka izduvnih gasova (veća količina dovedene toplote)

• Grejanje konvertora pomoću dodatnih izvora za grejanje– Električni izvori toplote (direktno grejanje)– Izvori toplote sa sagorevanjem

Grejanje konvertora upravljanjem rada motora• Trenutak paljenja

Osnovna mera– Povišenje temperature izduvnih gasova pomeranjem paljenja na kasnije.

Izduvni gasovi dobijaju relativno visoku temperaturu na kraju ekspanzije.Nedostatak: Sagorevanje se premešta u takt širenja, što umanjuje dobijeni rad motora.

• Prazan hodPomoćna mera

– Povećanje broja obrtaja praznog hoda motoraVeći broj obrtaja praznog hoda povećava protok izduvnih gasova, istovremeno i omogućava pomeranje paljenja na kasnije, jer motor razvija više snage i radi stabilnije.Kasnije paljenje je 10 – 15 stepeni posle SMT, jer više od toga ugrožava rad motora.Ova mera nije uvek dovoljna za zagrevanje motora na radnu temperaturu, posebno kada su spoljne temperature niske.

Savet vozaču:Što pre pokrenuti vozilo posle hladnog starta, čime se povećava opterećenje motora (srednji indiciran pritisak). Povećanje opterećenja motora brže dovodi motor na radnu temperaturu.Vožnja u periodu zagrevanja motora ne treba da bude sa prevelikim opterećenjem, naročito ne sa velikim brojem obrtaja, jer hladan motor ne razvija nominalnu snagu i pokretni delovi sklopova motora nemaju radne zazore dok se motor ne zagreje.Sa porastom temperature motora prema radnoj temperaturi postepeno opterećivati motor sve više.

Grejanje konvertora upravljanjem rada motora• Trenutak otvaranja izduvnih ventila, za AVT

Primenljivo kod motora koji mogu menjati šemu razvoda izduvnih ventila u toku rada motora.Izduvni ventil se otvaraju ranije u procesu ekspanzije, čime se još veća količina dovedene toplote odvodi u izduvni sistem, ali uz dodatni gubitak rada. (I=U+pV)

• Ubrizgavanje goriva pri kraju takta ekspanzijeKod slojevitog punjenja i direktnog ubrizgavanja goriva na kraju takta ekspanzije, posle sagorevanja sa “prosečno” siromašnom smešom, ubrizgava se dodatna količina goriva u cilindar.Dodatno ubrizgano gorivo odlazi u izduvni sistem, ne sagorevši u cilindru.Za sagorevanje ovog goriva potrebno je u izduvni sistem dovesti i određenu količinu vazduha. Posebna pumpa za vazduh ubacuje dodatni vazduh u izduvni sistem.Količina dodatnog vazduha je takva da smeša u izduvnom sistemu sagoreva kao siromašna, dajući toplotu i visoku temperaturu izduvnih gasova u izduvnom sistemu.Za uspešno sagorevanje smeše u izduvnom sistemu potrebno je da temperatura i toplotna energija izduvnih gasova posle sagorevanja u motoru bude dovoljna. To se ostvaruje pomeranjem trenutka paljenja na kasnije.

Vrlo bogata smeša =0,6 sagoreva u izduvnom sistemu pre ulaska u katalitički konvertor.Manje bogata smeša =0,9 sagoreva u izduvnom sistemu posle ulaska u katalitički konvertor.Prva varijanta je bolja za konvertor jer smeša sagoreva pre konvertora i uz razvijenu toplotu uvodi u konvertor spolja. Druga varijanta greje konvertor iznutra, što je lošije, jer je grejanje sporije, a smeša tek po sagorevanju može da se neutrališe.

Upotreba pumpe za vazduh kod rada motora sa velikim snagama

Posebna pumpa za dodavanje vazduha u izduvni sistem se uključuje i kad su veliki zahtevi za snagom motora*.

Kada se od motora zahteva velika snaga, motor radi sa bogatijom/bogatom smešom, < 1, s obzirom na svoju prirodu. Sa većim punjenjem i naročito većim brojevima obrtaja pogoršava se sastav i količina otrovnih komponenti u izduvnim gasovima. Katalitički konvertor radi u uslovima sa povećanom količinom ugljovodonika (HC) i ugljenmonoksida (CO). (Azotni oksidi se ne stvaraju, bez obzira na termičko naprezanje motora, jer u bogatoj smeši nema kiseonika ni za stehiometrijsko sagorevanje).

Pumpa za vazduh je odvojena od izduvnog sistema jednim ventilom, koji sprečava tok izduvnih gasova ka pumpi kada je neaktivna. Ventil je jednosmeran (nepovratan) i protočan samo ka izduvnom sistemu, kad se otvori. Upravljan na bazi razlike u pritiscima, ili preko računara električno ili pneumatski-električno. Signal kod zahteva za velikom snagom motora je pneumatski i dobija se iz usisnog voda, u kome sa povećanjem zahteva za snagu raste podpritisak. (Velika snaga se razvija na velikim brojevima obrtaja, pri kojima je velika brzina ustrujavanja i otvoren leptir WOT). Podpritisak se neposredno korisiti za otvaranje ventila ili se signal podpritiska vodi u računar, koji upravlja radom ventila pumpe.

Grejanje konvertora dodatnim izvorima toplote

• Električni izvori

Uređaji koji direktno greju katalitičku površinu, smešteni su u samom konvertoru. (Snage oko 2kW).Snaga električnog izvora je oko 10 puta manja od snage koja se troši kod grejanja upravljanjem rada motora (oko 20kW) jer se katalizator greje direktno, a ne preko izduvnih gasova.

Nedostatak: Potreban je jači alternator i dodatni akumulator (jača struja u vreme grejanja konvertora P=UI dobija se iz povećanog kapciteta akumulatora).Električni izvor za grejanje katalitičkog konvertora pogodan je za hibridna vozila, koja već imaju snažne električne sisteme.

• Izvori toplote sagorevanjem

Posebni izvori toplote koji sagorevaju gorivo i produkte sagorevanja ubacuju u izduvni sistem pre katalitičkog konvertora.Imaju sopstvene sisteme za paljenje smeše i za kontrolu sastava smeše, da ne bi produkti sagorevanja samog grejača imali toksične sastojke i time dodatno opterećivali neugrejane katalitičke konvertore.

Prednost: Nesagoreli sastojci iz motora sagorevaju (ako ima dovoljno kiseonika) kada se pomešaju sa toplim gasovama iz grejača i manje toksičnih sastojaka odlazi u katalitički konvertor.

Dodatni izvori za grejanje katalitičkih konvertora mogu se kombinovati sa merama za grejanje konvertora upravljanjem rada motora.

2010

Pretvaranje sile u moment

Klip pritisnut silom, nastalom pritiskom gasa na gornju površinu klipa, kreće se pravolinijski (ili kružno) u cilindru motora.

Taktovi se ponavljaju u ciklusima, a kretanje klipa pretvara se klipnjačom u neprekidno obrtno kretanje kolenastog vratila.

Ili:Transformaciju oscilatornog pravolinijskog kretanja klipa u obrtno

kretanje kolenastog vratila vrši motorni mehanizam, čiji su glvi elementi klip, klipnjača i kolenasto vratilo.

Sa transformacijom kretanja klipa iz pravolinijskog u kružno kretanje radilice transformiše se sila u kretanju (rad) u moment u kretanju.

Dobijeni moment je dinamički – postoji dok ima obrtnog kretanja.

Klip i klipni prstenovi

Klip - Funkcija• Prijem gasne sile i prenos sile na osovinicu

Sa osovinice sila (deo) se prenosi na klipnjaču i odatle na koleno kolenastog vratila, dajući dinamički obrtni moment. Moment se prenosi na zamajac motora i daje na korišćenje potrošaču.

• Oblikovanje prostora za sagorevanjeOblik gornje površine klipa određuje zajedno sa kompresionim prostorom oblik prostora za sagorevanje. Važi i za oto i za dizel motore.

Deo toplote koju klip primi prenosi se na klipne prstenove i odatle na zidove cilindra, sa kojih ide na rashladnu tečnost (60%). Ostatak toplote ide na osovinicu klipa i sa osovinice na klipnjaču, a deo sa plašta preko ulja odlazi u kućište motora.

Klip je izložen jakim mehaničkim i toplotnim opterećenjima.

Oštećenja klipa (najčešća)• Prskotine• Progorevanje• Zaribavanje

Do prskotina i progorevanja dolazi usled toplotnog naprezanja na gornjoj površini klipa, a do zaribavanja dolazi zbog nedostatka podmazivanja na bočnoj strani klipa.

Oblici klipa - osnovni

• Oblici glave (krune) klipa:Ispupčen, udubljen i ravan

• Oblici plašta tela klipa:Pun, smanjen manje i smanjen više

Karakterisitični delovi klipa - šema

1. Kruna ili glava klipa2. Pojas klipnih prstenova3. Plašt4. Kompresiona visina (koničnost),

ispod je deo koji vodi klip u cilindru

5. Osovinica6. Grebeni koje formiraju žljebovi

za klipne prstenove7. Žljeb kompresionog prstena8. Žljeb prstena sa funkcijom

kompresije i struganja ulja9. Žljeb za uljni prsten za

razmazivanje i uklanjanjanje viška ulja sa otvorima za prolaz ulja

Konstruktivni oblik klipa• Gornja površina

Ravna, blago ispupčena ili udubljena. U udubljenje može biti i ceo prostor za sagorevanje (dizel). Gornja površina klipa prima najveći deo toplote.

• Prvi bočni greben (land)Ide bočno od gornje površine klipa do prvog klipnog prstena (kompresioni). Nema kontakt sa zidom cilindra jer je zazor manji nego u zoni plašta, kojom se klip vodi u cilindru. U procepu između cilindra i prvog grebena je potpuno sagorevanje nemoguće zbog hladnih zidova cilindra. Tu se stvaraju nesagoreli ugljovodonici HC. Ako na grebenu postoje žljebovi po obimu*, njima se povećava zapremina u procepu, gas ekspandira i pritisak i temperatura gasa padaju. Toplotni štit za prvi prsten.

Materijal koji potpuno popunjava zapreminu klipa od gornje površine do unutrašnje velike šupljine u klipu često se naziva “čelo” klipa.

Smanjenje visine prvog grebena smanjuje masu čela klipa i smanjuje zapreminu procepa u kojoj se stvaraju nesagoreli ugljovodonici. Međutim, prvi klipni prsten je izložen većem toplotnom naprezanju, jer je bliži gornjoj površini klipa koja se najviše greje. Kod tečnošću hlađenih motora prilazi bliže vrhu bloka, zoni iznad nivo tečnosti za hlađenje u bloku pa se manje hladi. (Gornja površina bloka).

• Žljebovi za klipne prstenoveDeo klipa na kom su žljebovi takođe nema dodir sa zidom cilindra. Kod termički opterećenih klipova (dizel) u prvi žljeb se kod livenja stavlja prsten od sivog liva kao mehaničko ojačanje. Prsten se legira niklom i bakrom zbog izjednačenja toplotnog koeficijenta širenja sa materijalom bloka, i boljeg provođenja toplote. (Silumin* se približno dva puta više širi od sivog liva). Najveći razmak - greben je između prvog i drugog prstena.

Čelo klipa se savija oko osovinice pod pritiskom gasne sile, pa se često ojačava rebrima koja idu od čela do ušica (“okaca”).

Čelo klipa, grebeni i žljebovi za klipne prstenove čine glavu ili krunu (crown) klipa.

Konstruktivni oblik klipa• Ušice za osovinicu (“okca”)

Služe kao ležaj osovinice klipa. Ako je klip od silumina, klizna svojstva su dobra pa za osovinicu klipa nisu poterbni posebni klizni ležaji. Osovinica se okreće u ušici klipa.

• Plašt klipaKlip se plaštom oslanja na zid cilindra pod dejstvom normalne sile. Plašt vodi klip ne dopuštajući kontakt glave klipa sa zidom cilindra. Normalna sila se nalazi u ravni koja prolazi kroz osu osovinice klipa normalnoj na osu cilindra. Normalna sila je promenljiva po smeru zbog položaja klipnjače i po intenzitetu zbog položaja klipa.Plašt nije potreban u pravcu ose osovinice klipa, jer normalna sila ne deluje u tom pravcu, niti se klip može okrenuti u ravni koju čine osovinica klipa i osa cilindra. (Drži ga osovinica.) Zato se plašt sa te strane smanjuje, čime se smanjuje masa klipa i trenje plašta o zidove cilindra.

Radni zazor između plašta i cilindra treba da bude minimalan, zbog najboljeg zaptivanja. Minimalna debljina sloja ulja za podmazivanje koja se ne “kida” između klipa (plašta) i zida cilindra je 5-10 µm (0.005-0.01mm). Po prečniku je to 0.02mm, pa je zazor klipa i cilindra sa savremenom tehnologijom od 0.02-0.05mm. Smanjenje ispod minimalne debljine sloja ulja (0.005mm) dovodi klip u uslove polusuvog trenja. Da bi bilo održivo potrebno je na klip naneti presvlaku (coat), koja će smanjiti trenje između zidova cilindra i klipa, naraslo usled nedovoljnog podmazivanja. Nedovoljno smanjeno trenje će u suprotnom, prvo izazvati povećane otpore kretanju klipa, a potom veće grejanje klipa, odnosno njegovo termičko naprezanje. Bez podmazivanja, klip će uvećati svoje dimenzije i zaglaviti u cilindru*.

Ušice klipa i plašt klipa čine telo klipa.

Klip u preseku

Gornja slika• Identifikaciona oznaka• Udubljenje za ventile• Ispupčenje za prevrtanje

(tumble) vazduha/smeše (dome)

• Ušice i otvor za osovinicu• Žljeb za aksijalni osigurač

osovinice klipa (plivajuća veza)• Plašt klipa (skirt)Donja slika• Grebeni između prstenova• Žljebovi za klipne prstenove

Klip u presekuGornja slika• Glava klipa (gore)• Žljebovi za klipne prstenove i

grebeni (desno)• Kompresiona visina sa žljebom za

širenje gasa u toku takta ekspanzije i otvorima za prolaz viška ulja (levo)

Donja slika• Udubljenj za ventile (gore)• Prolazi kroz klip (kanali) za višak

ulja koji dolazi iz uljnog prstena (desno)

• Kanal za ulje za podmazivanje osovinice klipa u ušici kipa (360° - pun krug) (desno)

• Ojačanje klipa oko ušica (dole levo)

• Ušice klipa (dole)

Izrada i materijal klipa• Izrada klipa

– Livenjem u kokili*Termičko naprezanje klipa je najveće u gornjem delu klipa. Ulivaju se umetci i nosači prstena. Umetci su od čelika. Smeštaju se u gornji deo klipa, u zoni ležaja osovinice, tako da smanjuju širenje klipa u pravcu osovinice klipa, u horizontalnoj ravni. (Smanjuju deformacije klipa usled toplotnog širenja klipa.)

– Kovanjem u kalupu** Za opterećene nadpunjene dizel motore, jer kovanje daje bolja mehanička svojstva od livenja. Ćesto presvučeni grafitom za smanjenje trenja.

• MaterijalLegura aluminijuma i silicijuma (silumin), za manje opterećene klipove.Čelik i liveno gvožđe, za više opterećene klipove.

Jednodelni i višedelniKlipovi su najčešće jednodelni.Veliki brodski motori imaju dvodelne klipove sa glavm od čelika i telom od livenog gvožđa. Glava i telo se međusobno spajaju vijcima.

Kroz kanale u klipnjači se može dovoditi ulje za hlađenje čela i/ili glave klipa prskajem ulja spolja – po unutrašnjoj strani klipa. Takođe, čelo klipa može biti sa kanalima kroz unutrašnjost klipa, kroz koje prolzi ulje za hlađenje dovedeno kroz klipnjaču.

Mehanička i toplotna naprezanja klipa

U radu klip trpi dva osnovna mehanička naprezanja i toplotno naprezanje:

• Savijanje glavePod pritiskom gasne sile čelo klipa se savija oko osovinice klipa. (Najmanji otporni moment preseka je oko osovinice). Mera klipa se povećava u pravcu osovinice.

• Ugibanje plaštaPod pritiskom normalne sile na zid cilindra plašt se ugiba ka osi cilindra. Najveći ugib je na sredini raspona plašta prema osovinici klipa. Na strani normalne sile u taktu ekspanzije ugib je veći nego na strani normalne sile u taktu kompresije, jer je pritisak gasa veći za vreme ekspanzije (gasna sila) nego za vreme kompresije. Mera klipa se povećava u pravcu osovinice.

• Toplotna dilatacijaUsled grejanja klip se širi. Najviše toplote odlazi u ušice, jer su poprečni preseci ka ušicama i oko njih veći zbog čvrstoće klipa. Mera klipa se povećava u pravcu osovinice.

Oblik klipa

Oblik klipa u hladnom stanju napravljen je sa težnjom da u radu pod delovanjem mehaničkih i termičkih naprezanja klip dobije oblik najpribližniji cilindričnom.

Glava klipa je prvenstveno konična, potom i ovalna.Čelo klipa je masivno i kruto pa gornja površina nema ovalnost, nego je kružna. Najviše se greje gornja poršina klipa i čelo klipa jer je iznad prostor za sagorevanje. Spuštajući se niz glavu klipa temperature padaju. Stoga je glava klipa konična (zarubljena kupa), a koničnost se širi od glave prema plaštu i ide do plašta. Takodje raste i ovalnost, tako da su mere klipa manje u pravcu osovinice nego u pravcu normalnom na osovinicu. (Klip je “spljošten” u pracu osovinice).

Plašt klipa je ovalan i buričast. Ovalnost klipa naglo raste na početku plašta, ispod prstena za razmazivanje i skidanje

viška ulja. Najveća ovalnost je u visini osovinice klipa i malo ispod nje, na mestu gde je normalna sila najveća. Idući dalje niz plašt, temperatura plašta opada, pa se ovalnost smanjuje. Tako klip, osim ovalnosti, dobija i “buričast” oblik.

Najveće približenje cilindričnom obliku postiže se pri najvećim naprezanjima za koje je motor u radu predviđen. Što su naprezanja motora manja, odstupanje od cilindričnog oblika klipa u radu je veće.

Autotermički klipoviIdeja autotermičkih klipova je upravljanje ovalizacijom klipa pri promenljivoj radnoj

temperaturi. Zamisao se zasniva na tome da se spreči toplotno širenje (plašta) klipa u pravcu upravnom na osovinicu klipa, tako što će se usmeriti u pravac osovinice klipa.

Radni zazor upravno na osovinicu klipa – na strani naslanjanja klipa na zid cilindra se time održava u što užim granicama.

Toplotna dilatacija se upućuje u pravcu osovinice klipa, jer se tamo klip ne naslanja na zid cilindra. Budući da tu nema pritiska, podmazivanje nije direktno ugroženo.

U primeni su• Prorezi u klipu

Prorezi u obliku slova “П” se postavljaju tako da grade prolaz toplote sa glve klipa premaplaštu i usmeravaju toplotu prema ušicama klipa. Nisu dovoljni i slabe mehaničku čvrstoću klipa između glave i plašta klipa. (Starija rešenja).

• Uliveni prstenČelični prsten umeće se u klip sa unutrašnje strane klipa kod livenja u visini početka plašta – ispod uljnog prstena i iznad osovinice. Prsten smanjuje ukupno širenje plašta jer čelik ima manji koeficijent širenja od silumna. Pri tom se prsten ne izdužuje po obimu, ali se deformiše po krugu. Prsten širi u pravcu osovinice klipa, jer se ušice više greju, što povlči skupljanje u pravcu upravnom na osovinicu klipa.

• Uliveni umetci (bimetal) U oblasti ušica klipa postavljaju se metalne pločice kod livenja. Zajedno sa ušicama i masom klipa oko ušica grade bimetal. Kod grejanja klip se oko pločica širi više (silumin), a pločice manje (čelik). Dolazi do savijanja bimetala. Sredina se širi u pravcu osovinice, a krajevi krive tako da smanjuju meru u pracu normalnom na osovinicu. Samnjenje mere bimetalom i termička diltacija se kompenzuju i klip zadžava meru. Zato su efekti održavanja konstantnog zazora plašta i cilindra bimetalom vrlo dobri u celoj oblasti temperatura, od hladnog klipa do klipa na radnoj temperaturi.

Sile koje deluju na klip• Gasna sila

Nastaje usled pritiska gasova i deluje na gornju površinu klipa, u pravcu ose cilindra. Razlaže se na komponentu sile u pravcu klipnjače – sila na klipnjaču, i komponentu upravnu na zid cilindra – normalna sila.

• Inercijalna silaDeluje nasuprot kretanju (ubrzanju) klipa. Centar masa klipa nalazi se u glavi klipa jer čelo klipa ima najveću masu.

• Sila trenja– Otpor trenja u ulju

Između klipa i cilindra (plašta) nalazi se ulje za podmazivanje. Granični slojevi ulja nalaze se na zidu cilindra i plaštu klipu, za koje su zalepljeni adhezijom. Klip se kreće u cilindru i u kretanju povlači svoj granični sloj ulja. Istovremeno, granični sloj ulja zalepljen za cilindar stoji. Dolazi do smicanja slojeva ulja između graničnih slojeva na klipu i cilindru. Pri smicanju u ulju deluju viskozne sile između tankih slojeva ulja u relativnom kretanju jednog sloja u odnosu na drugi sloj ulja i stvaraju otpor trenja nasuprot kretanju klipa.*

– Otpor trenja klipnih prstenova Uljni prsten radi u uslovima mokrog trenja, kombinovani u uslovima polusuvog trenja, a kompresioni u uslovima suvog trenja. Kompresioni prsten daje najveći otpor trenja i stvara i najveće habanje zidova cilindra.

Razlaganje gasne sile vrši se po pravilu paralelograma za vektore u pravcu klipnjače i zida cilindra:

• Sila na klipnjačiKlip prenosi dejstvo gasne sile na osovinicu, odatle na klipnjaču, odakle ide na koleno kolenastog vratila, dajući obrtni moment.

• Normalna silaPritiska klip upravno na zid cilindra. Menja smer (i intenzitet) i premešta klip u cilindru u ravni klipnjače.

Ekscentricitet osovinice klipaNormalna sila i inercijalna sila klipa izazivaju zaokretanje klipa oko osovinice u cilindru kada

klip menja smer kretanja pri prolasku kroz SMT. Normalna i inercijalna sila stvaraju moment koji zaokreće klip u cilindru oko osovinice.

• Centrično postavljena osovinica klipaDodir sa cilindrom posle SMT ostvaruje prvo donja ivica klipa na strani normalne sile kad ekspanzija počne. Zaokrenut klip u kretanju ka UMT donjom ivicom struže ulje sa zida cilindra. U daljem kretanju ka UMT raste gasna sila, sa njom i normalna sila. Kada se normalna sila poveća u dovoljnoj meri, moment nastao između osovinice i donje ivice klipa, naslonjene na cilindar, premešta ceo klip na stranu normalne sile. Najbrže se prema zidu cilindra kreće gornja ivica klipa, jer je donja ivica naslonjena na zid cilindra niz koji klizi ka UMT. Klip udara o zid cilindra na kome nema ulja i izaziva zvuk: “Zvonjava klipa”. Raste sila trenja, jer nema ulja između zida i cilindra. Povećava se habanje klipa na strani normalne sile.Buka motora je najveća kod hladnog motora, jer su onda zazori između klipa i cilindra najveći, pa je i zaoketanje i premeštanje klipa najveće.

• Ekscentricitet osovinice klipaPomera se osovinica klipa iz ravni simetrije klipa u smeru normalne sile u taktu ekspanzije. Površinu na koju deluje gasna sila sa jedne i druge strane osovinice postaje nejednaka. Moment sile i kraci koje stvaraju nejednake površine sa jedne i druge strane osovinice pod pritiskom gasa nije više uravnotežen. Pod uticajem razlike momenata gasne sile oko osovinice nastaje rezultujući moment koji zaokreće klip pre dolaska u SMT. Sada donja ivica klipa povlači ulje u kretanju klipa ka SMT. Kada klip prođe SMT i normalna sila u taktu ekspanzije naraste klip se premešta na stranu normalne sile i udara o zid cilindra na kome je sloj ulja. Ulje prima udar klipa i amortizije ga svojim viskoznim silama.

Ekscentricitet kolenastog vratilaPomera se osa kolenastog vratila iz ravni simetrije cilindara u smeru suprotnom od

smera normalne sile u taktu ekspanzije.

Kolenasto vratilo zauzima manji ugao prema vertikali u taktu ekspanzije.

Zbog manjeg ugla prema vetikali smanjuje se• Sila klipnjače • Normalna sila

Time se postiže:• Klipnjača se rasterećuje

Mehaničko naprezanje klipnjače se smanjuje• Trenje klipa (plašta) o zidove cilindra se smanjuje

Smajenjem trenja poboljšava se efikasnost motora jer manje rada odlazi na savladavanje trenja i produžava vek trajanja motora. Snaga motora raste jer se za iste momente povećava broj obrtaja.

Veličina ekscentriciteta kolenastog vratila je obično (10-15) mm.

Klip, klipni prstenovi i cilindar

Delimičan presek, radijalno, preko klipa, klipnih prstenova i cilindra u kretanju klipa ka UMT

Žutom bojom je prikazano kretanje ulja za podmazivanje: Po zidu cilindra, višak ulja iza uljnog klipnog prstena u žljebu odlazi kroz prorez u klipu (piston window) natrag u korito (karter) motora.

Bočni kanal uljnog prstena je na šemi nepopunjen uljem. U stvarnosti on je uvek popunjen uljem, zbog čega i postoji. Višak ulja prolazi kroz radijalne proreze prstena i takođe se vraća kroz klip u korito motora.

Ulje prolazi i iznad uljnog prstena, ka prstenu strugaču. Usled pumpnog dejstva prstenova ulje prolazi i iza kompresionog prstena i odlazi u prostor za sagorevanje.

Ulje na zidove cilindra dospeva prskanjem iz velike pesnice klipnjače, čije se ležište podmazuje pod pritiskom. Velika pesnica vrši kružno kretanje, pa se ulje raznosi u gornje sfere pod uticcajem centrifugalne sile.

Klipni prstenovi – funkcija• Zaptivanje

Zatvaraju prolaz gasovima između radnog prostora i kućištaIz radnog prostora u kućište pored klipa u taktovima ekspanzije, kompresije i izduvavanja, kada je pritisak u radnom prostoru veći nego u kućištu, i iz kućišta u radni prostor u taktu usisavanja (manji pritisak u radnom prostoru).

• PodmazivanjeFormiraju ravnomeran sloj ulja za podmazivanjeRazmazuju ulje po zidovima cilindra i omogućavaju podmazivanje između plašta klipa i zida cilindra – smanjuju trenje. Razmazivanje vrše preko bočnog kanala po svom obimu u koji se deponuje ulje pri kretanju klipa.

• Uklanjanje viška ulja Propuštaju višak ulja između plašta klipa i cilindraIz kanala prstena za razmazivanje višak ulja iz cilindra prolazi kroz radijalne proreze u prstenu prema klipu i potom prolazi kroz radijalne proreze u klipu u unutrašnju šupljinu klipa, odakle odlaze u korito motora. (Uljni.)Stružu ulje sa zidova cilindra ispod grebena kompresionog prstenaSprečavaju da ulje ode u radni prostor gde mali deo ipak stiže i sagoreva. (Kombinovani prsten.)

Dodatne funkcije (neke)• Odvođenje toplote sa klipa

Hlade klip sa kojim su u kontaktu i od koga dobijaju toplotu. Deo toplote odlazi kroz prstenove na zid cilindra i kroz zid cilindra na rashladni fluid, a deo toplote odvodi ulje za podmazivanje u kućište, povišavajući temperaturu ulja.

• Stabilizacija klipaUčestvuju u vođenju klipa preko žljebova jer se oslanjaju na zidove cilindra koji im određuju položaj.

Klipni prstenovi – vrstePrema funkciji zaptivanja cilindra i podmazivanja klipa i cilindra postoje

prsteni (samo):• Kompresioni• Uljni Ipak, nije moguće lako preći sa funkcije zaptivanja na funkciju

podmazivanja.Stoga, između kompresionog i uljnog prstena se skoro uvek nalazi i prsten koji

ima dve funkcije – kombinovani prsten.

Uljni prsten ne može efikasno razmazivati ulje i istovremeno uklanjati ulje ispod kompresionog prstena.

Kompresioni prsten učestvuje u formiranju prostora za sagorevanje pa se greje intenzivno. Kontakt ulja sa kompresionim prstenom nije poželjan.

Kombinovani prsten sa gornje strane zaptiva kompresioni prostor zajedno sa kompresionim prstenom, a sa donje strane skida ulje sa zidova cilindra, radi kao strugač ulja. Dvofunkcijski prsten nema proreze na svom telu kao uljni. Umesto toga, njegova gornja površina je ravna i u funkciji zaptivanja gasova, a njegova donja površina je kljunasta u preseku i u funkciji struganja ulja sa zida cilindra. Kljun je okrenut prema kućištu motora, odnosno prema uljnom prstenu koji je ispod kombinovanog prstena. Ulje se sa zidova cilinda struže kljun u kretanju klipa prema UMT.

Klipni prstenovi u žljebovima klipa

Klipni prstenovi moraju imati slobodu kretanja u svojim žljebovima.

Ako se prstenovi iz nekog razloga zaglave u žljebovima, oni postaju celina sa klipom. Pritisak klipa na zidove cilindra ne prenosi se tada preko plašta klipa, nego preko klipnih prstenova. Dolazi do intenzivnog trenja između klipnih prstenova i zidova cilindra. Raste mehaničko i termičko naprezanje, usled čega se klipni prstenovi i zidovi cilindra intenzivno habaju.

Kada kombinovani prsten izgubi funkciju zaptivanja ili struganja ulje sa zida cilindra u taktu ekspanzije dolazi u kontakt sa kompresionim prstenom i vrelim gasovima, zbog čega je izloženo degradaciji.

Kompresioni prsten radi praktično u uslovima suvog trenja, pa je habanje cilindra u domenu njegovog kretanja najveće u odnosu na druge klipne prstenove.

Klipni prstenovi u žljebovima klipa

• Bočni zazor

Bočni ili aksijalni zazor omogućava slobodu kretanja prstena u žljebu u pravcu ose cilindra. Aksijalno kretanje prstenova u žljebu je kretanje u pravcu ose prstena, odnosno ose cilindra. Nastaje pri promenu smera kretanja klipa u SMT posle izduvavanja, na prelasku na usisavanje. Prstenovi usled trenja o zidove cilinda i sopstvene inercije, pri kretanju klipa, sa donje bočne površine žljeba klipa prelaze na gornju. U dolasku u UMT, posle usisavanja, a na početku sabijanja, takođe zbog inercije i trenja, prelaze na donju bočnu površinu žljeba klipa.

Prevelik bočni zazor povećava udarnu energiju klipa na klipne prstenove koji stoje na zidovima cilindra pri promeni smera kretanja klipa u SMT/UMT. Klip i prsten se sudaraju pri prelasku prstena sa jedne na drugu bočnu površinu žljeba. Raste habanje bočnih površina klipnih prstenova i bočnih površina žljebova i aksijalni zazor između prstenova i žljebova se povećava. Jaki udari mogu izazvati talasastost bočnih površina žljeba i time trajan gubitak zaptivanja.

Premali bočni zazor smanjuje udarnu energiju klipa na klipne prstenove što slabi efekat istiskivanja ulja iz žljeba. Ako se ulje ne istisne iz žljeba – ne kreće, pod uticajem toplote koju dobija od klipa ulje počinje da se zgušnjava. Kad zgusnuto ulje u žljebu oko prstena otvrdne (koksovanje), prsten gubi sposobnost pomeranja, (zapekne), posle čega nastaje intenzivno habanje prstena i cilindra. Najugroženiji je kompresioni prsten, jer je temperatura klipa oko njega najviša, a hladjenje najslabije.

Klipni prstenovi u žljebovima klipa

• Poprečni zazor

Poprečni ili radijalni zazor omogućava slobodu kretanja prstena u žljebu klipa u pravcu poluprečnika cilindra.

Klipni prstenovi usled sopstvene radijalne elastične sile naležu na zidove cilindra. Klip u kretanju prelazi sa jedne strane cilindra na drugu, pod uticajem normalne sile, jer je normalna sila promenljivog smera (istog pravca). Klipni prstenovi se ne kreću radijalno, jer se oslanjaju na zid cilindra, ali se klip kreće radijalno, jer postoji zazor između klipa i cilindra. Time se ostvaruje relativno kretanje prstenova u žljebovima u odnosu na klip u radijalnom – poprečnom pravcu.

Premali poprečni zazor može dovesti klip prilikom termičkog širenja u neposredan kontakt sa prstenom. (Dno žljeba klipa i unutrašnja strana prstena). Rezultat je radijalni pritisak klipa na prsten i time prstena na zid cilindra. Prsten se i izvija na mestu kontakta i bočna površina žljeba prestaje da ga vodi. Nastaje intenzivno habanje prstena.

Klipni prstenovi u žljebovima klipaI bočni i poprečni zazor sa porastom povećavaju pumpno dejstvo klipnih prstenova

jer rastu protočni preseci kroz žljeb klipa. Time raste količina ulja koja dolazi u prostor za sagorevanje motora i sagoreva u procesu sagorevanja.

Ranije je ideja bila da prstenovi treba što više da pritiskaju cilindar da bi se sigurno ostvarilo dobro zaptivanje. Međutim, to povećava trenje i habanje.

Sada je ideja da prstenovi imaju što manji pritisak na zidove cilindra u cilju smanjenja trenja, a da pri tom zadrže funkciju zaptivanja i/ili podmazivanja. Smanjenje trenja povećava snagu motora (motor lakše dostiže više brojeve obrtaja) i štedi gorivo uz istovremeno smanjenje habanja prstenova i zida cilindra. Produžava se vek trajanja motora.

Zbog smanjene elastične radijalne sile prstenova potrebno je da cilindri budu tačnog kružnog poprečnog preseka, inače će zaptivanje prstenova izostati, a uparivanje prstenova i zida cilindra u razradi trajati dugo. Takođe, radijalna eleastična sila prstenova mora biti tačno određena.

Deformacije bloka prilikom obrade cilindara i kod sklapanja sa glavom motora utiču na odstupanje cilindara od kružog poprečnog preseka. Da bi se sprečile, povećava se krutost bloka u toku obrade cilindara tako što se cilindri obrađuju sa krutom pločom sa otvorima, postavljenom na mestu glave motora. Ploča se priteže za blok na meru pritezanja glave.

Povećana krutost bloka pri obradi odgovara najpribližnije radnim uslovima, kad je na blok postavljena i pritegnuta glava motora. Deformacije bloka, koje izaziva glava pri montaži su minimizirane, a poprečni preseci cilindra najpribližniji kružnom preseku (najmanja ovalnost i koničnost cilindra ).

Klipni prstenovi i zaptivanjeNe postoje klipni prstenovi koji mogu potpuno da spreče prolaz gasova iz prostora

za sagorevanje u kućište i obratno. Razlog je jednostavan: Klipni prstenovi moraju imati slobodu kretanja u žljebovima da ne bi zapekli. Čim postoje zazori između klipa i prstenova mora postojati i propuštanje gasova. Prema tome:

Postoji samo mera do koje je zaptivenost dobra. Loša zaptivenost daje sledeće efekte:

• Gubitak snage motoraGubitak pritiska u ekspanziji i u kompresiji daje manje rada u pV dijagramu.

• Povećana potrošnja uljaVeći pumpni rad i usisavanje ulja u prostor za sagorevanje

• Pogoršanje kvaliteta uljaVreli gasovi produkata sagorevanja prolaze u kućište i termički deluje na ulje. Gorivo iz smeše iz prostora za sagorevanje prolazi u kućište i menja sastav ulja. Ulje gubi na svojstvima podmazivanja i na viskozitetu (razređuje se). Lošije podmazivanje povećava trenje i smanjuje vek trajanja motora.

• Lošiji sastav izduvnih gasovaPreviše ulja upumpanog klipnim prstenovima u prostor za sagorevanje pogoršava emisiju. Sagorelo ulje nepovoljno deluje i na katalitičke konvertore.

• Povećana količina gasova u kućištuKroz odušak za ventilaciju kućišta motora povećava se protok (positive crankcase ventilation (PCV) ). Uljne pare iz oduška se ne vode u atmosferu, već se recirkuliš u usisisni sistem*.

Klipni prstenovi i produvavanjeMerenje produvavanja (blow-by)• Protokomerom

Merenjem protekle zapremine gasova u vremenu koja iz prostora za sagorevanje pored klipnih prstenova prolazi u kućište*. Merenje se može vršiti u celom opsegu brzina motora. Vrši se za grupu cilindara, odnosno ceo motor. Ne može se utvrditi produvavanje pojedinog cilindra jer je odušak na zajedničkom kućištu motora.Na većim brojevima obrtaja zaptivanje je bolje, odnosno produvavanje je manje. Vreme za produvavanje je kraće, a inercijalne sile i pritisci pojačavaju silu kojom se klipni prstenovi naslanjanju na bočne površine žljebova. Može se utvrditi da li klipni prstenovi “lepršaju” u žljebovima: Ukoliko u nekom opsegu produvavanje poraste, onda klipni prstenovi u tom opsegu brzina ne naležu dobro na donju bočnu povšinu žljeba.Protokomerom se ekperimentalno tačno može utvrditi najbolji položaj – orijentacija krajeva klipnih prstenova sa i bez proreza, veličina i međusoban odnos proreza pojedinih prstenova i način završne obrade cilindra (honovanje) za minimalno produvavanje.

• Manometrom Merenjem vremena u kom pada pritisak u cilindru. Statički metod: Pritisak ne sme da opadne sa polazne na minimalnu zadatu vrednost za zadato maksimalno vreme pritisak.** Klip cilindra se postavi u SMT gde su konstruktivni zazori najveći i ishabanost najvveća, sa zatvorenim ventilima (cilindar na paljenju), a uređaj priključi u otvor svećice. Pritisak vazduha se ostvaruje spolja (kompresor).Vazduh koji izlazi može se čuti u usisinoj grani (curenje na usisnom ventilu), izduvnoj grani (curenje na izduvnom ventilu) i/ili u kućištu motora, odnosno odušku – curenje pored prstenova. Merenje se vrši za svaki cilindar, (obično redosledom paljenja) i otuda se može utvrditi stanje svakog pojedinog cilindra. Ako je glava skinuta, isključuju se ventili, čime se merenje izoluje na propuštanje klipnih prstenova.

“Produvavanje” – propuštanje gasova pod pritiskom pored klipnih prstenova

Crvena linija prikazuje prolaz gasova u taktu ekspanzije – produvavanje pored klipnih prstenova.

Do produvavanja dolazi usled neravnomernog naleganja klipnih prstenova na zidove cilindra (ovalnost cilindra, prstenova ili i cilindra i prstenova).

Uzroci ovalnosti: Obrada cilindara, prstenova, habanje cilindra i prstenova.Ipak, najznačajniji gubitak pritiska je kroz prolaz imeđu krajeva klipnih prstenova (oko 80%

od ukupnog gubitka). Zato je potebno da između krajeva klipnih prstenova radni zazor bude što manji. Međutim, ne sme se dopustiti da radni zazor ne postoji, jer će se termičkim naprezanjem krajevi prstena međusobno pritisnuti i u težnji da se dalje šire, povećati radijalni pritisak na zidove cilindra. Prsten se deformiše, a trenje raste. (Sl.221)

Merni uređaji za “produvavanje” i “curenje”

Protokomer za merenje protoka izduvnih gasova (levo) i

manometar za merenje zaptivenosti (desno)

Klipni prstenovi i prorez/peklop na krajevima klipnih prstenova

• Prorez ili preklop na krajevima klipnih prstenova Mora da postoji da bi klipni prstenovi mogli da se šire usled zagrevanja. Potrebno je da prorez bude što manji, jer na njegovom mestu ne postoji zaptivenost radnog prostora. Gasovi prolaze kroz prorez. Prsten sa preklopom takođe ima krajeve prstena na preklopu.Veličina proreza/preklopa treba da je takva da ni pri najvećim termičkom naprezanjima motora, uključujuči i pregrevanje, ne dođe do kontakta krajeva prstenova. Ako do kontakta dođe, daljim termičkim širenjem krajevi prstena se odupiru jedan o drugi, prsten povećava pritisak na zidove cilindra i izvija se u žljebu. Trenje o zid cilindra raste i gubi se sloboda prstena u žljebu. Prsten i cilindar se habaju više, ulje se ne istiskuje iz žljeba i sledi blokada prstena (prsten zapekne).Kod prstena sa preklopom (gapless) postoji veća sloboda u razmaku krajeva prstena.

• Oblik prorezaStrane proreza treba da budu u ravni koja prolazi kroz osu prstena, a ako su zakošene, onda međusobno moraju biti paralene. Geometrijski, sastavljeni krajevi prstena moraju imati kontinuitet kao da proreza nema. Takav uslov omogućava najmanji zazor, odnosno najveće približenje krajeva klipnih prstenova.

Krajeve prstenova treba obrađivati mašinski ako je potrebno naknadno podešavanje zazora krajeva prstena. Ručna obrada ne može dati zahtevanu geometriju krajeva prstena, odnosno proreza.

Klipni prsten “bez proreza”

Klipni prsten “bez proreza”

Način zaptivanja proreza: Gas pod pritiskom prolazi iznad vođice i između krajeva prstena u žljeb klipa. Pritisak gasa na prsten sa zadnje vertikalne strane radijalno pritiska prsten na cilindar. Istovremeno prsten pritiska vođicu na zid cilindra i vođica sprečava prodor gasova kroz prorez prema kućištu.

Propuštanje gasova zavisi od veličine pritiska u cilindru i sa njim raste kod klasičnog prstena. Kod prstena sa preklopom porast pritiska sa porastom opterećenja motora daće i porast

radijalnog pritiska prstena i vođice i obrnuto. To znači da se prstenovi sa preklopom mogu izrađivati sa manjim sopstvenim radijalnim silama pritiska jer imaju regulisanu promenu pritiska na zid cilindra sa promenom opterećenja motora. Promenljiv radijalni pritisak samanjuje trenje u proseku i time produžava vek trajanja motora. (Konstantan radijalni pitisak kod prstena sa prorezom mora biti takav da ostvari dobro zaptivanje pri punom opterećenju, pa je pri delimičnim opterećenjima veći nego što treba, sa njim i trenje.)

Sa habanjem “klasičnog” prstena sa prorezom veličina proreza raste, a sa njim i produvavanje.Kod preklapanja proreza kao na slici, put gasu ostaje zatvoren i kod istrošenja prstena, jer se

bez obzira na razmicanje krajeva prstena vođica uvek zatvara prolaz gasu.*Prorez na krajevima prstena je glavni uzrok produvavanja.

Klipni prstenovi i međusobni odnos veličine proreza

Međusobna veličina proreza prvog prstena (kompresioni) i drugog prstena (kombinovani) mora da bude usklađena sa propusnošću izduvnih gasova.

U taktu ekspanzije i taktu kompresije potrebno je da kompresioni prsten leži na donjoj bočnoj strani žljeba, kako bi se ostvarilo dobro zaptivanje radnog prostora.

Ovaj uslov će biti ispunjen ako pritisak ispod kompresionog prstena nije toliki da, sabran sa inercijalnom silom prstena i silom trenja prstena o zid cilindra, izazove odizanje prstena sa donje bočne površine žljeba.

Ideja o što manjem prorezu na krajevima svakog prstena, kako bi se što više poboljšalo zaptivanje je ustupila mesto drugoj ideji:

Prorez na kombinovanom prstenu treba da ima takvu propusnost gasa da onemogući povećanje pritiska ispod kompresionog prstena do mere odizanja kompresionog prstena sa donje bočne površine žljeba klipa.

Dovoljna propusnost gasova kroz prorez kombinovanog prstena ostvaruje se većim relativnim zazorom njegovih krajeva u odnosu na zazor između krajeva kompresionog prstena.

Red veličine smanjenja pritiska: Ispod prvog klipnog prstena (kompresioni) pritisak je 25% od pritiska u prostoru sagorevanja, ispod drugog 10%, ispod trećeg 2-3%.

Merenje proreza i dorada krajeva prstena za ostvarenje potrebne veličine proreza*

Postavljanje klipnog prstena u žljeb klipa*

Polazni oblik i materijal za isecanje klipnih prstenova

Klipni prstenovi i orijentacija krajeva prstenova u klipu

Faktori koji određuju orijentaciju klipnih prstenova

• Zaptivanje radnog prostora nepotpuno je već po definiciji Nema idealnog zaptivanja: Klipni prstenovi nužno moraju biti slobodni u žljebovima, pa će uvek biti propuštanja gasa i gubitaka pritiska između radnog prostora cilindra i kućišta motora (u oba smera u zavisnosti od takta koji se odvija).

• Najbolje zaptivanje treba da bude u taktu ekspanzije, jer je to radni takt, pritisci u njemu najveći, time i gubici prtiska. Klip na površinu cilindra pritiska normalna sila u taktu ekspanzije i kompresije.

• Put gasa između prstenova koji prolazi kroz prorez jednog klipnog prstena oko grebena do proreza drugog klipnog prstena treba da je najduži.

• Geometrija klipa je takva da je zazor najveći u blizini krajeva osovinice klipa, a najmanji u pravcu normalne sile – upravno na osovinicu klipa.

• Vodeća površina klipa je na strani normalne sile.• Krajevi prstenova čine diskontinuitet (prekid prstena) pa je habanje po izvodnici

cilindra između krajeva prstena i u blizini krajeva prstena neravnomerno. Krajevi prsteba vrše veći radijalan pritisak na zid cilindra od pritiska sredine prstena. I klipni prstenovi “bez proreza” imaju svoje krajeve, pa to važi i za njih, iako u manjoj meri.

• Klipni prstenovi drže upravnost prema osi cilindra, ne prema osi klipa. Habanje žljeba klipa je veće i neravnomernije između i oko krajeva prstenova. Klip se premešta sa jedne strane cilindra na drugu pod dejstvom normalne sile, dok se prstenovi oslanjaju na zid i taru ožljeb. Klip se i zaokreće u SMT/UMT usled inercije. Najveće put pri zaokretanju je na pravcu upravno na osovinicu klipa, na sredini raspona osovinice, gde je poluprečnik rotacije njveći, a najmanji u blizini krajeva osovinice, oko koje se klip okreće.

Klipni prstenovi i orijentacija krajeva prstenova u klipu• Orijentacija krajeva/proreza kompresionog prstena

Kompresioni prsten ima prvenstvo u orijentaciji proreza u odnosu na ostale prstenove, jer zaptivanje kompresionog prostora, posebno u radnom taktu, ima prednost. Tada su pritisci u cilindru najveći, tim i razlika pritisaka u odnosu na okolinu, posledično i najveći gubici pritiska (rada).Zatvaranje proreza telom klipa treba da bude najveće u taktu ekspanzijeBiće najveće ako se prorez stavi na stranu normalne sile u taktu ekspanzije, gde klip naleže. Pri tom važi: Prorez se ne postavlja u visini sredine osovinice klipa, jerHabanje cilindra je neravnomerno između krajeva prstena i u blizini krajeva prstena, zbog proreza prstena i neravnomernosti sila radijalnog pritiska oko krajeva prstena. Po izvodnicama zida cilindra nastalo bi ispupčenje između krajeva prstena i udubljenje oko krajeva prstena. Upravo po ovim izvodnicama se kreće plašt klipa, pa bi specifičan (jediničan) pritisak na mestu ispupčenenja cilindra bio veći sa opasnošću od kidanja filma ulja za podmazivanje. Habanje žljeba klipa krajevima prstena bilo bi takođe najveće. Poluprečnik zaokretanja klipa je najveći kod premeštanja klipa sa jedne na drugu stranu cilindra.Klipni prstenovi učestvuju u stabilizaciji klipa i vođenju klipa, jer se oslanjaju na cilindar, pa je potreban kontinuitet na mestu najvećeg zaokretanja klipa.Prorez se ne postavlja pored kraja osovinice klipa, jerRadni zazor između klipa i cilindrta je najveći i kod hladnog klipa i kod klipa zagrejanog na radnu temperaturu na krajevima osovinice, zbog ovalnosti klipa. Zatvaranje proreza telom klipa bilo bi najmanje. Najmanji zazor se u pravcu osovinice klipa postiže tek pri maksimalnoj radnoj temperaturi, ali je i tada veći nego na strani naleganja klipa – u pravcu normalne sile, (rezerva zazora za pregrevanje motora) gde klip naleže u taktu ekspanzije.

Izvodnica cilindra u pravcu normalne sile je linija po kojoj plašt klizi i vodi klip u cilindru.

Ispod kompresionog prstena je pritisak oko 25% od pritiska u kompresionom prostoru u taktu ekspanzije.

Klipni prstenovi i orijentacija krajeva prstenova u klipu

Prema tome:

Prorez kompresionog prstena treba orijentistati tako da je:

• Na strani normalne sile taktu ekspanzije:Zasenčenje zazora naleganjem klipa

• Dalje od vodeće površine klipa:Plašt klipa ne sme imati povećan specifičan pritisak.

• Dalje od kraja osovinice klipa: Zatvaranje proreza telom klipa je najmanje kod krajeva osovinice

Prethodni uslovi definišu ugao manji od 90 stepeni, simetrično postavljen između pravca/smera normalne sile u taktu ekspanzije i ose osovinice klipa. Tačno mesto krajeva prstena je na izvodnici cilindra na kojoj zbog ovalnosti klipa počinje da se udaljava plašt klipa od zida cilindra. Ovo računato za puno opterećenje motora.

Sa ovako orijentisanim krajevima prstena plašt klipa ne klizi po neravnini, a telo klipa maksimalno zatvara (zaklanja u pogladu iz kompresionog prostora) prorez prstena.

Brojčano, to je (15-45)° ugla mereno od kraja osovinice klipa, na strani normalne sile u taktu ekspanzije. Svejedno je prema kom kraju osovinice klipa se prorez postavlja, na strani zamajca ili na strani razvoda. Koliko tačno u datom intervalu od 30 stepeni zavisi od konstrukcije i termičkog širenja klipa prema cilindričnom obliku, o čemu tačne podatke može dati samo proizvođač.

Klipni prstenovi i orijentacija proreza u klipu*

• Orijentacija krajeva/proreza kombinovanog prstena

Kombinovani prsten se orijentiše po istom principu kao i kompresioni prsten, s tim da Prorez ima najveće zatvaranje telom klipa na strani normalne sile u taktu kompresije. Kombinovani prsten će tako ostvariti najbolje zaptivanje u taktu kompresije. Od dva moguća položaja u odnosu na osovinicu prorez se postavlja zaokrenut 180 stepeni po krugu u odnosu na kompresioni prsten (“suprotna strana”), jer Put gasa koji prođe kroz prorez kompresionog prstena do proreza kombinovanog prstena biće najdužiInercijalne sile prstenova, kompresionog i kombinovanog, biće najbolje uravnotežene.

Ispod kombinovanog prstena pritisak je oko 10% od pritiska u kompresionom prostoru.

• Orijentacija krajeva/proreza uljnog prstena

Uljni prsten se orijentiše tako da jeProrez uljnog prstena na strani suprotnoj od smera normalne sile u taktu ekspanzije.Podmazivanje između klipa i cilindra treba da je ravnomerno na strani normalne sile u taktu ekspanzije. Tada su pritisci plašta klipa na zid cilndra najveći u odnosu na ostale taktove. Vertikalna uljna pruga, nastala između krajeva prstena, odlazi na suprotnu stranu od normalne sile. Prorez uljnog prstena se postavlja prema drugom kraju osovinice u odnosu na prorez kombinovanog prstena, sa kojim je na istoj strani.

Ispod uljnog prstena je pritisak 2-3% od pritiska u kompresionom prostoru.

Pumpno dejstvo klipnih prstenova na ulje za podmazivanje

U kretanju klipa u taktu usisavanja klipni prstenovi pod uticajem razlike pritisaka (u kućištu je veći nego u radnom prostoru), trenja i inercijalnih sila leže na gornjoj bočnoj površini žljeba. Ulje ispod prstena ulazi u žljeb. Pri prelasku na sabijanje prstenovi silaze na donju bočnu površinu iz istih razloga. (Pritisak je sad veći u radnom prostoru nego u kućištu). Prelaskom na donju bočnu površinu prstenovi potiskiju ulje u stranu ka vertikalnoj površini žljeba i odatle ka gornjoj površini žljeba – iznad sebe. Postupak se ponavlja i ulje se kreće kroz žljebove, potom između grebena klipa i cilindra, ka prstenovima bližim radnom prostoru. Svaki prsten “pumpa” ulje prema radnom prostoru. Na kraju ulje ulazi u radni prostor i sagoreva u procesu sagorevanja.

Ako su zazori između žljebova u klipu i prstena dobri, i prstenovi u njima slobodni, potrošnja ulja je minimalna. Kod ishbanih prstenova i cilindara količina ulja koje dospeva u radni prostor toliko poraste da iz izduvnog sitema izlazi plavi dim, nastao sagorevanjem ulja. Ipak,

Motor uvek mora da troši neku količinu ulja usled pumpnog dejstva klipnih prstenova, čak i onda kada je u najboljem stanju.

Profil prstenova• Kompresioni

Najčešće je pravougaonog poprečnog preseka. Naziva se i minutni, jer površina kojom se oslanja na cilindar gradi vrlo mali ugao, reda veličine minuta kao dela stepena.Ivica sa oštrim uglom okreće se prema kompresionom prostoru. U suprotnom, sile pritiska gasa težiće da sabiju prsten prema žljebu, što vodi lošijem zaptivanju.Prsten nosi oznaku za orijentaciju u aksijalnom smeru (“top” - gore) kod ugradnje, jer je minutni ugao premali da bi se primetio golim okom. Nagibom se smanjuje početna kontaktna površina prstena sa cilindrom, pa je specifični radijalni pritisak prstena na zid cilindra veći. Habanje je brže, čime se skraćuje vreme uhodavanja prstena i cilindra. U razradi motora usled habanja prstena raste površina kontakta prstena i cilindra, specifični radijalni pritisak se smanjuje, a njime i habanje prstena i cilindra kad se motor razradi. Može biti i trapeznog poprečnog preseka, što je bolje (ali i skuplje za izradu prstena i poskupljuje izradu klipa). Trapezni prsten bolje istiskuje ulje iz žljeba, (zbog rasporeda sila), pa se mogu usvojiti manji zazori između klipa i prstena i smanjiti pumpno dejstvo prstena na ulje. Takođe imaju i delimičnu regulaciju radijalnog pritiska na zidove cilindra.

• Kombinovani Poprečni presek ima “kljun” – oštru ivicu.Kljun je okrenut ka kućištu motora i u funkciji je struganja – skidanja ulja sa zidova cilindra u taktovima širenja i usisavanja. Ravna strana okrenuta je prema kompresionom prostoru i u funkciji je zaptivanja. Veličina kljuna prstena je tolika da se sa sigurnošću bez oznake može prsten ispravno orijentisati kod ugradnje u žljeb klipa, iako i on najčešće nosi oznaku “top”.

Profil prstenova• Uljni

Ima središni kanal po obimu za deponovanje ulja za razmazivanje i proreze kroz telo za odvođenje viška ulja. Zbog kanala i proreza prsten ima razuđenu konfiguraciju sa malom površinom na poprečnom preseku – na punom materijalu. Zato samo svojim telom ne može ostvariti dovoljnu radijalnu pritisnu silu. Stoga ima dodatnu prstenastu oprugu (“ekspander”) za pojačanje radijalnog pritiska prstena na zid cilindra.To ga čini dvodelnim, a opruga se smešta u prsten, tako da se nalazi između prstena i žljeba klipa.

Postoje i trodelni i četvorodelni prstenovi.

Trodelni prsten ima dva jednaka dela, slična kompresionom prstenu i srednji deo sa prorezima, koji se u sklopu nalazi između druga dva dela. Pravi se masivnije pa može ostvariti dovoljan radijalni pritisak bez opruge. Četvorodelni ima prsten sa prorezima za prolaz ulja dva prstena za formiranje kanala za ulje i opruga (ekspander) kao četvrti deo, koji povećava radijalni pritisak dela prstena sa prorezima.

Povećanje broja delova uljnog prstena otežava montažu i ubacivanje klipa u cilindar.

Materijal i izrada klipnih prstenova

• Materijal

Sivi liv, legirani Velike tvrdoće, otporan na habanje.Mikrostruktura sivog liva ima oštra četvrtasta zrnca. Zato je prsten lako lomljiv kod savijanja. Može se slomiti i pri jakom ili neprekidnom detonativnom sagorevanju.Na površinu kompresionog prstena se nanosi tanak sloj od hroma ili molibdena (pesvlaka) u cilju povećanja otornosti na habanje. Kombinovni prsten je bez presvlake.

Nodularni liv (sferoliv, ductil), Dvostruko boljih mehaničkih osobina od sivog liva.Ima mikrostrukturu sa okruglim zrncima (nodule), zbog čega se ne lomi.Skuplji i teži za obradu od livenog gvožđa i tvrđi od cilindra, odnosno bloka od sivog liva. Cilindri se moraju otvrdnuti presvlakom od hroma ili molibdena da bi mogli funkcionisati sa ovim prstenovima.

ČelikDvostruko boljih mehaničkih osobina od nodularnog liva.Zbog toga čelik omogućava smanjenje dimenzija prstena. Zbog manjih dimenzija poprečnog preseka su elastičniji pa se lakše prilagođavaju oblku cilindra. Jeftiniji je za izradu od livenih prstenova. Cilindri moraju biti otvrdnuti presvlakom od hromira, molibdena ili nitrirani.

Materijal i izrada klipnih prstenova

• Izrada Gvozdeni klipni prstenovi se prave livenjem i struganjem (strug), posle čega se prosecaju krajevi. U otvorenom stanju veći su od prečnika cilindra, što im daje elastične sile za radijalan pritisak na zidove cilindra. Krajevi prstenova se ovaliziraju zbog povećanja radijalne sile.Čelični klipni prstenovi se izrađuju namotavanjem slično izradi opruge.Svakako moguća je i izrada na CNC mašinama.

Nitriranje je proces obogaćena površine metala azotom pri visokoj temperaturi u cilju otvrdnjavanja površine i postizanja veće otpornosti na habanje.

Za najveća opterećenja dizel motora primenjivana je i kombinacija molibdena i keramike "Moly Cermet“ – molibdenska keramika – metal (80% moly/20% chromium carbide ceramic). Presvlaka je nanošena plazma postupkom, vrlo je tvrda i otporna na habanje. (Volvo, motori teških kamiona).Nedostatak: Loše provođeje toplote keramike (izolator), visoke temperature sagorevanja usled nedovoljnog hlađenja “keramičkog” klipa preko “keramičkih” klipnih prstenova.

Sile koje deluju na klipne prstenove

Na klipne prstenove deluju sile nastale pod sledećim uticajima:

• Pritisak gasa• Trenje• Inercija• Radijalna elastičnost

Elastične sile deluju radijalno na prsten, pritiskajući ga na zid cilindra. Elastične sile treba ravnomerno da deluju po celom obimu prstena.

Tokom vremena, ipak, elastične sile slabe na krajevima prstena. Razlog tome je što se toplotom gasova greju i površine proreza na krajevima prstena, kroz koje prolaze vreli gasovi u toku ekspanzije. Materijal prstena se neželjeno otpušta* i elastične sile slabe. Stoga, krajevi klipnih prstenova malo se otvaraju prema povećanju prečnika. Otvoreni krajevi klipnog prstena se intenzivnije habaju (kao i cilindar na njihovom mestu), ali se radijalna sila po celom obimu prstena duže održava konstantnom.

Veće lokalno habanje cilindra u zoni krajeva prstenova na dužini hoda klipa utiče na sprečavanje okretanje klipnih prstenova oko ose cilindra, kada dostigne dovoljnu meru.

Radijalni pritisci prstenova i oblici prstenovaOtvaranje krajeva prstenova

Levo: Pritisci (crveno) koje ostvaruju jabučast (gore) i kruškast (dole) oblik prstena na zid cilindra (plavo). Desno: Jabučast (gore) i kruškast (dole) oblik prstena

Osovinica klipaOcovinica klipa vezuje klip sa klipnjačom.

Veza može biti pokretna i u klipu i u klipnjači (“plivajuća”), ili samo u klipu, a u klipnjači je presovan sklop.Zazor je mali, oko 5 µm (“pola stote”), kod plivajuće 15 µm (“jedna-i-po stota”), u ušicama klipa kod presovanog sklopa.Zazori kliznog sklopa su takvi da se osovinica bez alata ubacuje u malu pesnicu, a okrenuta osom prema zemlji ne ispada iz sklopa pod uticajem sile sopstvene težine.

Kod plivajuće osovinice postoji klizni ležaj u maloj pesnici, a osovinica se obezbeđuje uskočnim prstenovima od aksijalnog pomeranja/ispadanja.

Plivajući sklop je bolji, sa manjom mogućnošću zaribavanja i većom nosivošću u odnosu na presovan sklop.

Osovinica je šuplja cilindrično, a za veća opterećenja ima koničnu šupljinu. Vrlo je glatka (N5 kvalitet obrade površine).

Materijal je cementiran čelik* velike tvrdoće i čvrstoće, sposoban da dobro podnosi naizmenično promenljiva udarna opterećenja.

Klipnjača

Osa male “pesnice” vrši pravolinijsko oscilatorno kretanje, zajedno sa osom osovinice klipa, sa kojom se podudara.

Osa velike “pesnice” vrši kružno kretanje, zajedno sa osom rukavca kolena kolenastog vratila, sa kojom se podudara.

Sve tačke klipnjače između ose velike i male pesnice vrše složeno – ravno kretanje (kretanje u ravni), koje se sastoji iz pravolinijskog i kružnog kretanja.

Klipnjača pretvara pravolinijsko naizmenično kretanje klipa u obrtno kretanje kolenastog vratila.

Na slici je prikazana klipnjača sa ravnim presekom velike pesnice – presekom kod kog je ravan preseka klipnjače upravna na osu simetrije klipnjače.

Klipnjača se sastoji od tela i poklopca. Poklopac se za klipnjaču vezuje vijcima, koji se pritežu na zadatu meru. Vijci ujedno (najčešće) služe i kao element za centriranje poklopca i klipnjače.

Otvor velike pesnice, na čiju se površinu (“gnezdo”) postavlja klizni ležaj, obrađuje se u sklopu sa poklopcem. Ako nema asimetrije, koja obezbeđuje jednoznačno sklapanje poklopca sa klipnjačom, postavljaju se oznake na telo klipnjače i poklopac.

Klipnjača

Konstrukcija velike pesnice iz dva dela omogućava primenu jednodelnog kolenastog vratila.

Telo klipnjače se, u sklopu sa klipom i klipnim prstenovima na klipu i osovinicom klipa ubacuje u cilindar. Zatim se poklopcem klipnjače sklapa sa kolenom kolenastog vratila.

Ako su konstrutivne (gabaritne) mere velike pesnice veće od prečnika cilindra, ravan preseka velike pesnice se zakošava u odnosu na osu klipnjače, da bi klipnjača mogla da prođe kroz cilindar. Zakošavanjem ravni preseka nastaju bočne sile u velikoj pesnici, pa se na sastav poklopca i tela klipnjače postavljaju zupci. Zupci primaju bočne sile i time rasterećuju vijke od naprezanja na smicanje. Ujedno služe i kao element za centriranje.

Mala pesnica je jednodelna, i, ako je veza sa klipom plivajuća, u malu pesnicu se presovanjem ubacuje klizno ležište.

Kolenasto vratilo• Funkcija

Prima sile od pojedinih klipnjača na rukavcima velikih pesnica (leteći), preko kolena daje dinamički moment oko svoje ose okretanja. Mehanička energija se prenosi na zamajac, a sa zamajca se predaje potrošaču. Radilica se na blok motora (gornje kuć.) oslanja preko ležećih rukavaca, a sa suprotne strane od letećih rukavaca ima protivtegove za uravnoteženje obrtanja. Prema smeru isporuke energije, strana suprotna od zamajca se uzima kao prednja, i od nje se broje cilindri. Na prednjoj strani su elementi razvoda i pogona pomoćnih uređjaja (alternator, pumpa za ulje*, kompresor klima ur.) i po potrebi prigušivač torzionih oscilacija. Nazubljeni prsten (60-2 zupca) davača brzine i položaja može biti postavljen direktno na neki kraj radilice, ili na zupčasti remen/lančanik razvoda, ili na zamajac. Dvodelna ležišta letećih i ležećih rukavaca se podmazuju uljem pod pritiskom. “Vodeći” ležeći rukavac, do zamjca, ili srednji, jedini ima aksijalna ležišta, svi ostali imaju samo radijalna.

• Izrada i materijalRadilice se izrađuju livenjem, kovanjem, a u novije vreme i rezanjem iz kružnog profila. Za livenje se koristi nodularni liv. Najjeftinija varijanta sa livenjem ima dobru otpornost na koncentraciju napona, dobru otpornost na habanje i malu osetljivost na torzione oscilacije. Nedostatak, manja zatezna čvrstoća i otpornost na savijanje. Kovane radilice se rade od čelika za poboljšanje i legiraju za veća opterećenja (Cr,Mo; Cr,Ni). Velika čvrstoća (na savijanje), ali povećana osetljivost na koncentraciju napona. Pogodna za induktivno površinsko kaljenje, posle čega se dobija tvrda površina sa žilavim jezgrom. Skuplje od livenih. Rezanje iz komada je najbolja, ali i najskuplja varijanta, zbog velikog otpada materijala i vremena izrade. Vrlo precizna izrada na CNC mašinama daje malu masu, a rezanje iz valjanog (“rolat”) monolita daje očuvanu mikrostrukturu – smanjenu osetljivost na koncentraciju napona, i veliku čvrstoću. (Dokazano u takmičarskim uslovima). (Kod livenja je mikrostruktura amorfna, kod kovanja je tok vlakana usmeren, ali se prelama na kolenima (konc.nap.) i napreže kod uvijanja pri kovanju, ako kolena nisu u istoj ravni). Materijal Č 4370. Najviša cena.

Radilica(dobijena postupkom livenja)

Radilica(dobijena postupkom rezanja)

V8 radilica(kolena u jednoj ravni, dve klipnjače na istom rukavcu)

Bregasto vratilo (osovina)

Blok motora(cilidarski blok)

Blokovi od livenog gvožđa mogu se, po isteku veka trajanja motora, obrađivanjem vratiti u funkciju. Blokovi od lakih metala* imaju manju masu, ali su namenjeni jednokratnoj upotrebi.

Cilindri se izrađuju direktno u bloku, (dobra krutost, ali skuplje) ili se izrađuju cilindarske košuljice, koje se ubacuju u blok (jeftinije, jer se samo košuljice izrađuju od skupljeg materijala, ali komplikovanije za rad).

Cilindarske košuljice mogu biti• Suve

Ubacuju se u blok presovanjem (teže) i obrađuju na datu meru. Hlade se tečnošću preko bloka

• MokreJednostavno se ubacuju u blok i direktno ih hladi tečnost. Manja krutost zbog oslanjanja manjim delom površine na blok, uz probleme sa zaptivanjem tečnosti za hlađenje (obično gumenim prstenovima u dve visine, između kanal i otvor za odriv kad zaptivanje popusti).

Površina zidova cilindara mora biti glatka (visok kvalitet površinske obrade za minimalnu hrapavost, sa završnim honovanjem). Tolerancija oblika zahteva minimalnu ovalnost i koničnost.

Najveća istrošenja su u oblasti prvog kompresionog prstena u visini SMT, koji radi u uslovima trenja bez podmazivanja i termički opterećen.

Glava motora (cilindara)

Recirkulacija izduvnih gasova (EGR)Princip rada

• Deo izduvnih gasova iz motora se kroz usisni sistem vraća natrag u cilindar – u proces sagorevanja. Primenjuje se i za dizel i za oto motore.

• Snižava se vršna temperatura sagorevanja. Izduvni gasovi su inertni – ne sagorevaju. Stoga radno telo – smeša izduvnih gasova, goriva i vazduha ima veću specifičnu toplotu od smeše goriva i vazduha. Grejanje izduvnih gasova uzima toplotu, temperatura sagorevanja pada i smanjuje se količina azotnih oksida pri sagorevanju, koji nastaju na visokoj temperaturi.*

• Smanjuje se količina neiskorišćene toplote, koja sa izduvnim gasovima odlazi atmosferu

• Smanjuje se rad katalitičkog konvertora koji neutrališe azotne okside, jer je temperatura sagorevanja niža.

• Ne koristi se za puna opterećenjaSmanjuje se količina vazduha jer deo zapremine cilindra zauzimaju izduvni gasovi, pa se ne može dodati puna količinu goriva u smešu. Zato se puno opterećenje ne može dobiti

Usklađivanje položaja leptira sa radom sistema za recirkulaciju izduvnih gasova (EGR) vrši se preko računara.

(Isključivanje EGR sistema u cilju dobijanja više snage iz motora je neprihvatljivo, jer remeti rad računara na upravljanju leptirom i EGR ventila u zajedničkom dejstvu (oto) i vihorne klapne (dizel).)

Recirkulacija izduvnih gasova (EGR)Osobine i primena za oto motore

• Smanjuju se pumpni gubici kod oto motora, jer se leptir može otvoriti više za istu količinu svežeg vazduha, pošto deo radnog prostora popunjavaju izduvni gasovi. Veće otvaranje leptira daje manje prigušenje na usisu i time smanjuje pumpne gubitke. Smanjenje pumpnih gubitaka smanjuje potrošnju goriva – raste ekonomičnost motora.(Recirkulacijom se vraća u cilindar i kiseonik koji pri radu sa siromašnom smešom nije iskorišćen za sagorevanje, računar i proračun sastava smeše.)

• Sagorevanje je sporoPotrebno je pomerati paljenje više na ranije za dobijanje više rada kod glavnog sagorevanja (p,V dijagram)

• Ne koristi se za rad na praznom hoduMotor je sklon nestabilnom radu i gašenju pri minimalnoj količini goriva, i smeši razređenoj izduvnim gasovima. (Već usled preklapanja ventila ispiranje cilindra je loše na malom broju obrtaja, pa motor radi nestabilno/neravnomerno).

• Količina recirkulisanih gasova je 5 – 15%. Više od toga prekida sagorevanje.

Kod direktnog ubrizgavanja u oto motor u načinu rada (mod) sa siromašnom smešom, zbog manjeg opterećenja katalitičkog konvertora za azotne okside:

• Umanjuje se broj prelazaka na rad sa bogatom smešom u svrhu dobijanja ugljovodinika kao agensa za neutralizaciju azotnih oksida u konvertoru.

Recirkulacija izduvnih gasova (EGR) Osobine i primena za dizel motore

Negativne posledice

• Smanjuje se odvedeni radSnižava se temperatura sagorevanja u radnom taktu što znači i pritisak, od kog zavisi i dobijeni rad, pV dijagram (cena za smanjenje azotnih oksida u izduvu).

Moguće negativne posledice

• Nastaje nepotpuno sagorevanjeSnižena temperatura daje nepotpuno sagorevanje dizel goriva, koje se pali toplotom gasa u cilindru

• Pojavljuju se čestice u izduvu (ugljenika).

Da bi se uvela veća količina izduvnih gasova u cilndar, oni se hlade u međuhladnjaku pre uvođenja u cilindar. Hladniji gasovi zauzimaju manju zapreminu, a veća količina inertnih gasova povećava koeficijent specifične toplote, što efikanije snižava vršnu temperaturu sagorevanja.

Kod dizel motora može se uvesti do 50% recirkulisanih gasova, jer oni i inače rade sa velikim viškovima vazduha, naročito na praznom hodu. Sa daljim povećanjem raste previše k.s.t., pa bitno pada temeratura sagorevanja (čestice).

Funkcionalna šema EGR*

Sistem automatskog upravljanja (SAU) sa povratnom spregom za konverziju otrovnih

komponenti u izduvnim gasovima

• Upravljanje sastavom i količinom smeše u otvorenom kolu SAU nije dovoljno za sagorevanje bez toksičnih komponenti.Potrebno je znati rezultat upravljanja i popraviti sastav smeše prema sastavu izduvnih gasova

• Uvodi se povratna sprega preko lambda senzora – davača sadržaja kiseonika u izduvnim gasovima.Čak i sa povratnom spregom ne može se ostvariti idealno sagorevanje (=1) jer se ne može ostvariti isti uslovi sagorevanja po celom prostoru za sagorevanje.

Upravljanje sastavom smeše vrši se: Količinom ubrizganog goriva za datu količinu vazduha (masa goriva i masa vazduha)

Količina ubrizganog goriva podešava se vremenom ubrizgavanja goriva za dati sistem

Odstupanja od zadatog sastava smeše utvrđuje se prema količini kiseonika u izduvnim gasovima, što se meri lambda – davačem

Vreme impulsa ubrizgavanja*

• Vb – Količina ubrizganog goriva [mm3]• Ti – vreme impulsa ubrizgavanja (“širina impulsa”)• Kb – Stacionarna protočna karakteristika brizgaljke [mm3/ms] p – Razlika pritisaka u brizgaljki i okolini ubrizgavanja - Koeficijent protoka brizgaljke, obuhvata oblik otvora

Sa porastom razlike pritisaka smanjuje se površina poprečnog preseka otvora Ab za istu protočnu karakteristiku brizgaljke, a raspršivanje goriva je bolje.

2

_ _

b b i

b b bg

i

V K T

pK A

T proizvodi uticajnih faktora

Način rada SAU• Sistem proračunava punjenje gorivom na osnovu radnih informacija o opterećenju

motora. (pi/pimax, češće pe/pemax).

Osnovni parametri kojima se opisuje opterećenje motora su protok mase vazduha kroz usisni vod, odnosno protok zapremine, temperatura i pritisak vazduha i u usisnom vodu, ako se ne meri protok mase.Za merenje protoka mase koristi se protokomer sa vrelim fimom (HFM, Hot Film Mas senzor), a za merenje pritiska senzor apsolutnog pritiska u usisnom vodu (MAP-Manifold Apsolute Pressure), uz protokomer i senzor temperature.Sadržaj kiseonika u izduvnom gasu, koji se meri lambda davačem, je parametar koji se koristi za popravljanje sastava smeše, ne za određivanje sastava smeše. Proračun se odvija dinamički, u toku rada motora.

davači omogućavaju popravljanje grešaka u ubrizgavanju goriva, nastalih usled netačno ubrizgane količine goriva.Greške mogu nastati usled netačnog merenja pritiska ubrizgavanja, promene gustine goriva zagrevanjem goriva, netačnog merenja protokamase, odnosno zapremine, temperature i pritiska vazduha na usisu, promene nominalnih karakteristika brizgaljki usled habanja itd.

Vrste davača u povratnoj sprezi SAU

• Davač sa dvostepenom kontrolom

davač menja signal u dva stepena: Bogata ili (xor) siromašna smešaKoličina ubrizganog goriva za stehometrijsku smešu se održava kao “dinamički prosek” između bogate i siromašne smeše.Nedostatak: Ne može se upravljati sastavom smeše tako da se dobijaju bogate <1 i/ili siromašne >1 smeše, nego samo stehiometrijska smeša =1 (i to statistički). (Oto).Prednost: jednostavnija konstrukcija i niža cena u odnosu na davče sa neprekidnom kontrolom.

• Davač sa neprekidnom kontrolom

davač daje neprekidan signal o sastavu smešePotrebno vreme odziva za korekciju smeše je kraće, jer se odstupanje od tražene vrednosti očitava odmah, a ne samo na granicama, kada preovlada “bogato/siromašno” i obrnuto, kao kod dvostepene kontrole.Motorom se može upravljati tako da radi i sa bogatom i sa siromašnom smešom na zadatoj vrednosti , a ne samo sa stehiometrijskom =1. Davač radi sa ≥0.7. (Oto: Neophodni za redukciju azotnih oksida i dizel, učestvuju u regeneraciji filtera za čestice ugljenika).

Funkcionalna šema kontrole količine ubrizganog goriva sa dvostepenim davačem

Upravljanje sa jednim, dva i tri davača (oto)

• Sa jednim davačem davač se postavlja pre ili posle trostepenog katalizatoraDavač može biti dvostepen ili kontinualan. Davač postavljen pre katalizatora nema informaciju o tome šta radi katalizator – šta odlazi u atmosferu. Odziv je brz, ali je davač izložen je temperaturnim stresovima, i agresivnom dejstvu izduvnih gasova, što umanjuje tačnost.Davač postavljen iza katalizatora daje podatke kasnije, jer izduvni gasovi treba da prođu kroz katalizator pre nego što stignu do davača, što zahteva vreme.Ipak, zna se konačan rezultat rada motora u odnosu na izduvne gasove.

• Sa dva davačaJedan davač se postavlja pre primarnog katalizatora (trostepeni katal.) i jedan posle glavnog katalizatora (azotni oksidi). Obično je prvi davač kontinualnog tipa, da bi pratio sve promene, a drugi sa dvostepenom kontrolom, jer se na kraju traži =1.Kod ubrizgavanja u usisni vod i rada sa stehiometrijskom smešom, davač iza katalizatora postavlja se samo na zahtev, ako se želi znati krajnji rezultat i tada je obično dvostepeni. (Za =1 dovoljan je jedan dvostepeni davač.)Kod ubrizgavanja u usisini vod i rada sa siromašnom smešom, uvek se postavlja davač i iza glavnog katalizatora. Isto važi i za direkto ubrizgavanje, s tim što tada drugi davač ima integrisan i senzor za azotne okside.Sastav izduvnih gasova iza glavnog katalizatora je manje agresivan, pa je čitanje tačnije u dužeme vrmenskom periodu.Oba davači mogu biti dvostepena, ili je prvi kontinualan, a drugi dvostepen.

• Sa tri davača davač se postavlja pre primarnog katalizatora (jedan, kontinualan) i po jedan posle primarnog i glavnog katalizatora, tipa zavisno od zateva. (Veći zahtev, čistiji izduv, viša cena).

Upravljanje sa više od tri davača (oto)

Davači po pojedinim cilindrima

Jedan davač u zajedničkoj izduvnoj cevi nema informaciju o tome šta se dešava sa pojedinim cilindrima, već samo informaciju o ukupnom sastavu izduvnih gasova.

Davačima po pojedinim cilindrima može se popraviti sastav izduvnih gasova posebno za svaki cilindar motora.

Ako su svi cilindri u istom (dobrom) stanju (kompresija) i punjenje vazduhom je ravnomerno, izjednačiće se i momenti po pojedinim cilindrima.

Ako su cilindri u različitom stanju i/ili ne dobijaju istu količinu vazduha, poraviće se samo sastav smeše. Tada cilindar koji razvija manji moment biva “vučen” od ostalih cilindara.

Na neravnomernost punjenja mogu uticati i greške u izračunavanju (ECU), kada je takođe moguće poraviti sastav smeše, ali ne i moment po cilindrima.

Davači po pojedinim cilindrima mogu se primeniti samo kod varijante “naprednog” sekvencijalnog ubrizgavanja, gde je moguće menjati dužinu vremena ubrizgavanja (“širinu impulsa ubrizgavanja”) za svaki pojedini cilindar, odnosno količinu ubrizganog goriva po svakom pojedinom cilindru.

Funkcionalna šema SAU sa jednim i dva davača* (oto)

Funkcionalna šema SAU sa tri davača* (oto)

Zajedničko delovanje davača

davači iza katalitičkog konvertora, pored kontrole delovanja konvertora mogu da:

• Kontrolišu rad davača pre konvertora• Izmene signale davača pre konvertora i time

poboljšaju sastav izduvnih gasova iz motora

Zajednički rad više davača u više zatvorenih petlji (povratnih sprega) mora imati uporište u programskom modelu ECU.

Upravljanje u zatvorenoj petlji davača (dizel)

Koristi se jedan kontinualni davač u izduvnoj cevi, koji meri količinu preostalog koseonika u izduvnim gasovima. Signal lambda sonde koristi se za:

• Upravljanje radom EGR ventilaPromena količine recirkulisanih izduvnih gasova menja vršnu temperatru sagorevanja, od koje zavisi količina azotnih oksida u izduvu. Vršna temperatura ne sme biti previsoka zbog pojave NOx, ali ni preniska, zbog hladnih ciklusa, kada slabi efektivnost motora (pothlađen motor) i raste pojava čestica u izduvu. Otvaranjem EGR ventila povećava se količina recirkulisanih izduvnih gasova kada treba sniziti vršnu temperaturu sagorevanja. (Exaust gas related control loop).Količina recirkulisanih izduvnih gasova ne može biti veća od količine vazduha potrebnog za ostvarenje zahtevanog momenta motora*.

• Ograničenje pojave crnog dimaMaksimalna količina goriva koja se može ubrizgati, a da ne dođe do pojave crnog dima u izduvu. U kalkulaciju za količinu goriva ulazi i brzina motora obzirom na to da specifična potrošnja goriva zavisi i od brzine – broja obrtaja motora. Pri punom opterećenju motora ne recirkulišu se izduvni gasovi jer je potreban sav vazduh-kiseonik za dobijanje maksimalnog momenta motora.

• Kočenje motorom (overrun mode)Isključuje se dovod goriva i zatvara EGR ventil jer nema sagorevanja. U cilindar pri ponovnom upućivanju u rad ulazi čist vazduh što omogućava brz prelaz u rad motora kao pogonskog agregata, kad kočenje motorom prestane.

• Učešće u regeneraciji katalizatora azotnih oksida i filtera za čestice Signal lambda sonde koristi se za određivanje kraja procesa regeneracije NOx katalizatora i regulaciji količine recirkulisanih izduvnih gasova kod regeneracije DPF.

Ventilacija kućišta motora(zatvoren sistem*)

Produkti sagorevanja, koji se sastoje od potpunog sagorevanja (ugljen-dioksid i voda, odnosno vodena para), nepotpunog sagorevanja (čestice, ugljen-monoksid i ugljovodonici) prodiru iz prostora za sagorevanje u kućište motora (produvavanje) i kroz zaptivače ventilskih stabala (tokom izduvavanja) u kućište bregaste osovine/vratila. U kućištu bregaste osovine i, znatno više u kućištu motora, za vreme rada motora, stvaraju se vrlo sitne kapljice ulja najčešće veličine (0.5-2.0) m. Kapljice se smanjuju sa porastom temperature ulja koja raste sa porastom opterećenja motora (vikoznost ulja opada pa se lakše kida po zapremini).

Kapljice ulja stvaraju pokretni delovi motora, posebno na zidovima cilindra koji se podmazuju. Nastaju i posle hlađenja glave klipa uljem, kondenzacijom. Iz kućišta bregaste osovine kapljice ulja odlaze u kućište motora kroz vodove za vraćanje ulja dovedenog za podmazivanje mehanizma bregaste osovine ili kroz poseban vod.

Ulje iz zatvorenog sistema ventilacije kućišta motora treba odstraniti u najvećoj mogućoj meri u cilju smanjenja naslaga i/ili depozita:

• Na ventilima (koksovano ulje, važi i direktno za prirodan usis i za turbopunjenje)• U katalitičkim konvertorima (posle sagorevanja)• Turbokompresorima (naslage pepela od neorganskih aditiva dodatih ulju)• MeđuhladnjacimaOsim toga, odstranjivanjem ulja iz povratnog voda smanjuje se i ukupna potrošnju ulja

motora.Posle odstranjivanja ulja (separacija) u usisni kolektor se vraćaju samo gasovi iz kućišta

motora.Na neizdvojeno ulje, vraćeno u zatvorenom sistemu na usis motora, posebno su osetljivi

turbopunjači dizel motora (VTG) i turbopunjači oto motora sa direktnim ubrizgavanjem benzina.

Ventilacija kućišta motora - instalacija(zatvoren sistem*)

Sistem za ventilaciju kućišta motora čine• Izdvajač ulja (separator)

– LavirintniPromenom pravca strujanja lavirintnim pregradama, kroz koje teče gas iz kućišta, velike količine ulja i velike kapljice ulja (1-2) m izdvajaju se (inercijalno izdvajanje). Ovi izdvajači ne zahtevaju ćišćenje.

– CiklonskiVihorno kretanje gasa za kapljice veličine 1.5 m (inercijalno izdvajanje). Ne zahtevaju ćišćenje. Efikasnost prečišćavanja je vrlo zavisna od brzine motora, sa kojom raste.

– Sintetička vlakna (fiber)Difuziono kretanje gasa kroz pore, čija veličina određuje i veličinu kapljica ≤1 m koje se izdvajaju. Skloni zapušavanju česticama. Zahtevaju čišćenje.

– CentrifugalniRotorajućim elementima sa nezavisnim pogonom ostvaruju se centrifugalne sile kojima se izdvajaju čestice. Poseban pogon elemenata eliminiše zavisnost od razlike pritiska potrebne za protok gasa (troškovi). Daju najbolje rezultate.

– ElektričniElektrode koje naelektrišu čestice ulja, a zatim se koristi magnetno polje naelektrisanih čestica za njihovo izdvajanje. Napon naelektrisanja 5-15 kV. Nedostatak, talozi na elektrodama.

Ventilacija kućišta motora - instalacija(zatvoren sistem*)

Sistem za ventilaciju kućišta motora čine

• Ventil upravljan podpritiskom (PCV)Ventil sa usmerenim protokom (Positive Crankcase Ventilation).Ventil se sastoji od prigušnice sa zatvaračem. Veličinu prigušenja određuje podpritisak, odnosno razlika pritisaka u kućištu motora i usisnom kolektoru sa jedne strane, a sa druge opruga prigušnice.Kod oto motora:Najveća razlika pritisaka između kućišta motora i usisnog kolektora je kad je leptir-klapna motora zatvorena. Tada je broj obrtaja minimalan, opterećenje motora minimalno i produvavanje u kućište minimalno. Ventil će biti zatvoren.Najmanja razlika pritisaka između kućišta motora i usisnog kolektora je kad je leptir-klapna motora potpuno otvorena. Tada je broj obrtaja maksimalan, (prema otporu kretanja vozila), opterećenje motora maksimalno i produvavanje u kućište maksimalno. Ventil će biti otvoren.U slučaju nekontrolisanog sagorevanja u usisnom kolektoru (“back fire”) naglo povećanje pritiska sa strane suprotne pozitivnoj ventilaciji zatvara ventil. Time se sprečava prostiranje plamena iz usisnog voda ka kućištu i upaljenje gasa u kućištu motora, što može izazvati eksploziju.

• Priključci i creva

Prečišćavanje čestica iz izduvnih gasova dizel motora

Proces prečišćavanja čestica iz izduvnih gasova kod dizel motora odvija se u dve faze:• Uklanjanje čestica

Čestice se iz izduva uklanjaju filterom (DPF, Diesel Particulate Filter)Filter je sastavljen od keramičke rešetke sa puno paralelnih kanala debljine zida (300-400)m, (0.3—0.4)mm. Susedne ćelije su zatvorene na krajevima (“šah polja”), alternativno na ulazu i na izlazu gasa iz filtera. To prinuđuje gas da se kreće (difuzija) kroz zidove rešetke u čijim porama se čestice zadržavaju. Nagomilavanje čestica smanjuje pore, sa čime raste efikasnost prečišćavanja čestica. Istovremeno raste i pritisak na ulazu u filter.Postoje i rešetke od metala u koje se ubacuje prah sinterovanih metala i rade na istom principu kao i keramički filteri. Prah obrazuje vrlo male pore u kojima se čestice zadržavaju.Osim difuzijom kroz pore čestice se mogu izdvajati i taloženjem na zidovima rešetki. Kada se umesto kvadratnog poprečnog preseka kanala rešetke primeni osmougaoni, povećava se poprečni presek kanala, a time povećava i kapacitet filtera.Efikasnost prečišćavanja čestica je 95%.

• Sagorevanje česticaFilter za čestice je akumulatorskog tipa. Sa nagomilavanjem čestica protočni preseci kroz rešetku se smanjuju, zbod čega otpori proticanju izduvnih gasova rastu. Povećanje otpora proticanja ima za rezultat povećanje pritiska u izduvnom sistemu što odnosi koristan rad. Smanjuje se snaga motora i pogoršavaju performanseubrzavanja vozila. Zato se povremeno filter za četice mora osloboditi nagomilanih čestica. Proces oslobađanja filtera od čestica vrši se sagorevanjem čestica i naziva se “regeneracija” filtera.

Prečišćavanje čestica iz izduvnih gasova dizel motora

Sagorevanje čestica ugljenika – regeneracija filtera za čestice

Čestice sagorevaju na temperturi od oko 600 stepeni u neotrovan CO2. U normalnom radu dizel motora putničkih vozila ovakve temperature su vrlo retke. Zato se

• Snižava temperartura sagorevanja aditivima u gorivu• Povišava temperatura izduvnih gasova sekundarnim ubrizgavanjem goriva, ranim i

kasnimPeriod akumulacije čestica u filteru je 300-800km, u proseku oko 500km.Regeneracija – sagorevanje čestica traje (10-15)min. Za vreme regeneracije, da bi bila

potpuna, ne treba prekidati vožnju (nedostatak).Trenutak kad treba početi sa regulacijom utvrđuje se na osnovu pada pritiska kroz filter iz

čega se izračunava zapreminski protok izduvnih gasova i na osnovu toga otpori strujanju na koje se troši energija motora pri izduvavanju. Pri tom se koristi i model za izračunavanje količine čestica u filteru.

Kraj regeneracije utvrđuje se padom temperature u filteru, kada se smanjuje dovođenje toplote sagorevanjem čestica, jer se smanjuje količina čestica u filteru. Za sagorevanje – oksidaciju čestica služi kiseonik. Stoga pri regeneraciji pomaže i lambda sonda, preko koje se menja količina recirkulisnih izduvnih gasova u odnosu na nominalnu i kontroliše sadržaj kiseonika tokom sagorevanja čestica.

Sinter-filteri zbog metalne rešetke bolje provode toplotu nego filteri sa keramičkom rešetkom. Zato sinter-filteri imaju bržu regeneraciju od filtera sa keramičkim rešetkama. Performanse motora za vreme regeneracije treba d budu očuvane.

Snabdevanje gorivom kod ubrizgavanja benzina

Instalacije niskog i visokog pritiska

Zadatak sistema za snabdevanje gorivom

Indirektno ubrizgavanje (u usisni sistem)• Snabdevanje brizgaljki

– Instalacija (niskog) pritiska (1-5) bar

U odnosu na indirektno ubrizgavanje, kod direktnog ubrizgavanja je vreme na raspolaganju kraće, a uslovi za obrazovanje smeše teži. Zato su pritisci ubrizgavanja znatno viši kod direktnog ubrizgavanja benzina.

Zbog visokih pritisaka ubrizgavanja uvodi se dvostepeno ubrizgavanje po pritisku.

Direktno ubrizgavanje (u cilindar)• Snabdevanje pumpe visokog pritiska

– Instalacija niskog pritiska • Snabdevanje brizgaljki

– Instalacija visokog pritiska (180-200) bar

U oba sistema se vrši:• Skladištenje goriva (rezervoar)• Prečišćavanje (filter)• Sprečavanje emisije para goriva u atmosferu (evap, propisi)

Instalacija niskog pritiska za snabdevanje gorivom (ubrizgavanje u usisini vod)

• Povratni sistemiProtok goriva i pritisak ubrizgavanja daje električna pumpa za gorivo.Put goriva:Pumpa uzima gorivo iz rezervoara i kroz prečistač za gorivo potiskuje ga kroz vod pod pritiskom višim od pritiska ubrizgavanja u akumulator zajedničke magistrale (fuel rail, fuel distributer). Vod je povezan sa jednim krajem akumulatora.Brizgaljke dobijaju gorivo iz akumulatora, zajednički nose akumulator, a postavljene su na usisne cevi (multipoint) u koje ubrizgavaju gorivo.Mehanički regulator pritiska sa ventilom i povratnim vodom za gorivo je postavljen na drugom kraju akumulatora. Regulator održava pritisak ubrizgavanja u zavisnosti od pritiska u usisnom kolektoru, odnosno u zavisnosti od opterećenja motora. (Zavisnost pritiska ubrizgavanja od pritiska u usisnom kolektoru je bitna za vreme – dužinu impulsa ubrizgavanja, v.slajd 254).Višak goriva se vraća iz akumulatora u rezervoar posebnim vodom. (Kapacitet protoka pumpe je uvek veći od potreba motora). Gorivo koje se vraća je toplo jer se akumulator greje od motora, a temperatura dodatno raste i prigušivanjem u regulatoru pritiska. Vraćeno toplo gorivo iz akumulatora greje gorivo u rezervoaru i izaziva isparavanje. Potreban je sistem za recirkulaciju para goriva. (Evap, karbon kanister).

Instalacija niskog pritiska za snabdevanje gorivom (ubrizgavanje u usisini vod)

• Nepovratni sistemiRazlika u odnosu na povratne sisteme je u tome što je regulator pritiska sa ventilom postavljen odmah iza pumpe za gorivo, ako je u rezervoaru, ili u neposrednoj blizini rezervoara, ako pumpa nije u rezervoaru. Višak goriva se vraća u rezervoar ne odlazeći u akumulator. Grejanje goriva je bitno smanjeno, ali je regulator udaljen od usisnog kolektora i ne vrši više fukciju održavanja konstantnog pritiska ubrizgavanja goriva. Dužina impulsa ubrizgavanja se kalkuliše u ECU.Ipak, nepovratni sistemi su potisnuli povratne sisteme.

• Sistemi upravljani prema zahtevu za gorivomGorivo se isporučuje prema potrošnji motora i prema pritisku ubrizgavanja, a za dati način rada motora.Radom električne pumpe za gorivo upravlja ECU, regulacijom napona preko digitalnog modula. Kontrola pritiska goriva je u zatvorenoj petlji, preko davača za gorivo niskog pritiska, čime je funkcija mehaničkog regulatora pritiska zamenjena. Sistemu je dodat ventil za rasterećenje od povećanog pritiska za vreme prevelike brzine motora (overrun cutoff) i kod isključenja motora (“topla pumpa” diže pritisak).

Prednosti:• Manje energije za pogon pumpe i manje dimenzije pumpe, jer nema viška goriva i

pritiska – veća ekonomičnost motora• Manje grejanje goriva (emisija para goriva i dužina impulsa brzgavanja) • Regulacija pritiska u širokom opsegu, pokriva i turbo punjenje i vruć start (mehurići

goriva usled grejanja od isključenog motora.• Tačnija regulacija količine ubrizganog goriva jer ECU računa sa pritiskom goriva

preko davača niskog pritiska.• Unapredjene mogućnosti dijagnostike zbog davača pritiska goriva.

Instalacija niskog pritiska za snabdevanje gorivom (direktno ubrizgavanje)

Zadatak: Dostavljanje goriva u instalaciju prema pumpi visokog pritiska

Pumpe visokog pritiska zahtevaju prethodno snabdevanje gorivom pod niskim pritiskom zbog sprečavanja isparavanja goriva u samoj pumpi.

Pare goriva stvara:• Toplota motora u radu• Toplota zaustavljenog motora (pri toplom startu)

Tkzv. “pristupni pritisak” (“admission pressure”), pod kojim pumpa niskog pritiska šalje gorivo pumpi visokog pritiska, sprečava isparavanje goriva i stvaranje mehurića pare goriva u PVP. To je diskontinuitet u fluidu, koji ometa ispravan rad pumpe, utičući na protok i pritisak koji prema zajedničkoj magistrali isporučuje.

Instalacija niskog pritiska je u osnovi neka od instalacija za ubrizgavanje goriva u usisne cevi (indirektno ubrizgavanje).

Najbolja varijanta za instalaciju VP: Isporuka goriva na zahtev (druga generacija).

Instalacija visokog pritiska za snabdevanje gorivom (direktno ubrizgavanje u cilindar)

• Pumpa visokog pritiskaSnabdeva zajedničku magistralu gorivom pod visokim pritiskom (150/200 bar)

• Zajednička magistrala (“fuel distributor”)Akumulator za gorivo pod visokim pritiskom (u suštini “common rail”, princip kao kod dizel motora)

• Senzor pritiska (visokog) za ubrizgavanje gorivaKoristi ga računar za upravljanje pritiskom goriva u magistrali, ali i za upravljanje pritiskom u instalacije niskog pritiska (ako se u inst. NP može regulisati pritisak).

• Brizgaljke za ubrizgavanje goriva direktno u cilindarPostavljen na zajedničkoj magistrali (moguća i razdvojena konfiguracija)

Starija rešenja, kontinualno snabdevanje:• Ventil za kontrolu pritiska za upravljanje pritiskom

Propuštanjem viška goriva ka instalaciji niskog pritiska održava pritisak u akumulatoru.Obezbeđuje od nedozvoljeno visokog pritiska (preopterećenja), druga funkcija.Postavljen je na magistrali.

Novija rešenja, isporuka goriva na zahtev• Ventil za kontrolu pritiska za upravljanje protokom i pritiskom, integrisan sa PVP• Ventil za ograničenje pritiska ograničava maksimalan pritisak u zajedničkoj

magistrali (preopterećenje), postavljen na magistrali, mehanički ventil, u normalnim uslovima zatvoren.Funkcije upravljanja protokom i pritiskom su razdvojene od funkcije preopterećenja.

Instalacija visokog pritiska DI- konfiguracijeU upotrebi su sistemi sa pogonom pumpe preko bregastog vratila:

• Kontinualni sistemi (radijalna klipna pumpa vis. prit. sa tri komore)Količina goriva, koju isporučuje pumpa visokog pritiska, ne može se podesiti. Višak goriva, nepotreban za rad motora i održavanje pritiska ubrizgavanja, vraća se u sistem niskog pritiska.Pritisak održava ventil za kontrolu (upravljanje) pritiska ubrizgavanja na zajedničkoj magistrali potreban za način rada motora (više goriva se propušta kada treba manji pritisak, čime se štedi energija za pogon pumpe). Ventil ujedno ima i funkciju zaštite sistema od prevelikog pritiska. (Upravlja ga ECU).

• Sistemi po zahtevu (radijalna klipna pumpa vis.prit. sa jednom komorom.)Količina goriva, koju isporučuje pumpa visokog pritiska, može se podesiti. Samo gorivo potrebno za rad motora i održavanje pritiska se šalje ka zajedničkoj magistrali (ne rasipa se energija na nepotreban pogon PVP). Pritisak goriva je promenljiv i podešava se prema načinu rada motora.Podešavanje pritiska ubrizgavanja počinje već podešavanjem pritiska u pumpi niskog pritiska.Pristupni pritisak iz PNP u PVP se reguliše tako da u zajedničkoj magistrali bude pritisak potreban za trenutni način rada motora. (Upravlja ga ECU preko dva davača za pritisak, za nizak i visok pritisak).Ventil za ograničene pritiska je dodat na magistralu (uvek) kao zaštita sistema od preopterećenja.U starijim izvođenjima ventil za kontrolu i upravljanje pritiskom je na magistrali, a u novijim integrisan u PVP.

Instalacija visokog pritiska DIUporedne osobine kontinualnih sistema i sistema

sa isporukom goriva na zahtev

• Kontinualni sistemi– Veća isporuka goriva nego što je potrebno za rad motora povećava

potrošnju goriva motora zbog nepotrebne potrošnje energije na pogon pumpe visokog pritiska (pritisak je ipak upravljan prema trenutnom načinu rada motora, što rasterećuje pumpu od neprekidnog rada na savlađivanju stalno maksimalnog pritiska.)

– Višak goriva koji se iz sistema visokog pritiska vraća u sistem niskog pritiska je ugrejan i povišava temperaturu goriva u PVP (manja gustina goriva – duži impulsi brizgaljki, energija držanja otvorenih brizgaljki je veća)

• Sistemi prema zahtevu– Nema nepotrebnih gubitaka energije na pogon PVP i grejanja goriva– Složenija konstrukcija i upravljanje i sistema niskog i sistema visokog

pritiska (ne predstavlja tehnički problem, nešto skuplje)

Pumpe niskog pritiskaPogon pumpi niskog pritiska je električnim putem

Tipovi pumpi• Sa promenom zapremine (positive displacement)

Transport goriva preko malih zapremina, (ćelije)• Hidrokinetičke, sa lopaticama (impeler flow)

Transport goriva povećanjem kinetičke energije fluida (rotacijom)

Zahtevi koji se postavljaju za pumpe• Protok goriva Q=50-250 l/h• Pritisak u sistemu 3-6,5 bar (i 7 bar)• Ostvarenje pritiska goriva u radu motora sa 50-60% nominalnog napona pri

naponskom regulisanju radom pumpe

Električne pumpe za gorivo se koriste za oto motore i kod indirektnog i kod direktnog ubrizgavanja, takođe za dizel motore kao pumpe niskog pritiska.

Pumpe niskog pritiskasa promenom zapremine

Konstrukcija:• Ulazni deo (stepen) sa pumpnim elementom i hidrauličkim ulaznim priključkom• Srednji deo sa elektromotorom (stalan magnet i ugljene četkice)• Izlazni deo sa nepovratnim ventilom, električnim priključkom i izlaznim hidrauličkim

priključkom

Elektromotor je potopljen u gorivo koje ga hladi.Varničenje na četkicama ne može upaliti benzin (tečna faza).

Način rada:Male zapremine goriva se uvlače u zatvorene ćelijice na usinoj strani i rotacijom ćelija

prenose ka potisnoj strani.Gorivo ulazi u ćelije pod uticajem povećanja zapremine ćelije, a izlazi iz ćelija pod

uticajem smanjenja zapremine ćelije.

Tipovi u upotrebi:• Krilna pumpa sa valjčićima (roller – cell)• Zupčasta pumpa sa unutrašnjim ozubljenjem (gerotor)• Pumpa sa zavojnim vretenom (screw spindle) (vijčana)

Pumpe niskog pritiska sa promenom zapremine, osobine

• Prednosti– Visok pritisak, 450kPa = 4,5bar– Dobra efikasnost, do 25%– Ravnomerna promena protoka sa promenom napona regulacije

pumpe prema protoku

• Nedostaci– Pulsacije pritiska zbog transporta goriva konačno malim

zapreminama - ćelijama– Moguća buka u instalaciji u zavisnosti od konfiguracije

instalacije, prouzrokovana pulsacijama pritiska. (Uticajni faktori su dužina i prečnici vodova za gorivo i način oslanjanja pumpe na podlogu).

Pumpe niskog pritiskasa promenom zapremine

• Levo: Krilna pumpa sa valjčićima kao krilimaNa usisnoj strani, ka 1 (svetlija boja za niži pritisak), u smeru okretanja valjčići se udaljavaju od centra okretanja ploče 2 i time povećavaju zapreminu ćelija. Na potisnoj strani, ka 5 (tamnija boja za viši pritisak), u smeru okretanja ploče valjčići se približavaju centru i time povećavaju zapreminu ćelija. U kućištu 4 nalaze se prilazne i odlazne zapremine za gorivo na vezi sa usisnim i potosnim vodom.

• Desno: Krilna pumpa sa krilima. Isti princip kao i kod valjčića, ali uz trenje klizanja krila, umesto trenja kotrljanja valjčića.

Zupčasta pumpa sa spoljnim i unutrašnjim zupčanjem

Gore levo: Zupčasta pumpa sa spoljnim zupčanjem

Dole levo: Zupčasta pumpa sa unurašnjim zupčanjem

Unutrašnji zupčanik ima jedan zubac manje od spoljnog zupčanika, što povećava prostor ćelije sa gorivom, odnosno zapreminu usisavanja i time protok pumpe

Protok fluida kroz nagnutu cev promenljivog poprečnog preseka

Pumpe niskog pritiskaHidrokinetičke sa lopaticama

Konstrukcija:• Ulazni stepen sa pumpnim elementom• Srednji stepen sa elektromotorom (stalan magnet i ugljene četkice)• Izlazni stepen sa nepovratnim ventilom, izlaznim hidrauličkim priključkom i

električnim priključkom(Ista principijelna trostepena konstrukcija kao i pumpe sa promenljivom zapreminom).Za odstranjivanje mehurića pare iz goriva postoji jedan kanal malog poprečnog preseka

pod određenim uglom i na rastojanju od ulaznog otvora. Ako nema mehurića pare goriva, vrlo mala količina goriva izlazi iz pumpe. (Niska cena za odstranjivanje mehurića pare benzina).

Način rada:Pumpni element ima raspoređene lopatice samo po periferiji impelera. (Otuda i naziv

“periferne pumpe”.)Lopatice impelera povlače gorivo kroz ulazni otvor na periferiji ispred lopatica i potiskuju ga kroz izlazni otvor na periferiji iza lopatica, na suprotnoj strani aksijalno od strane ulaznog otvora. Fluid napravi skoro ceo krug pre izlaska iz kola turbine, sve do zaustavljivača (“stopper”), koji se nalazi između ulazne zapremine i izlazne zapremine.

Dejstvo ulaznog stepena na stvaranju protoka i podizanju pritiska je trodelno:• Impelersko – usisavanje goriva lopaticama impelera u kolo turbine impelera

(aksijalno)• Centrifugalno – stvaranje kinetičke energije kružnim kretanjem fluida (radijalno, n =

7000/min)• Impelersko – stvaranje pritska na promeni kretanja fluida iz kola impelera u srednji

stepen pumpe (aksijalno)

Pumpe niskog pritiska, osobine Hidrokinetičke sa lopaticama

• Prednosti– Visok pritisak, do 500kPa = 5bar– Nema pulsacija pritiska (ravnomerno održavanje pritiska) jer je

transport goriva kontinualan– Nema buke od pulsacija pritiska– Jednostavnija konstrukcija u odnosu na pumpe sa promenom

zapremine– Dobra efikasnost (do 22%)

Zbog većeg pritiska i boljih radnih i konstruktivnih osobina hidrokrilne pumpe su uveliko zamenile pumpe sa promenljivom zapreminom. Ovo posebno važi za instalacije niskog pritiska za snabdevanje pumpe pumpi u instalacijama visokog pritiska i dizel i benzinskih motora.

Pumpa niskog pritiska Hidrokinetička*

Sistem za sprečavanje emisije para goriva u atmosferu (Evap)

Uzroci isparavanja goriva

Prirodno Isparavanje goriva - benzina u rezervoaru je stalno prisutno (i kad motor ne radi) i raste sa porastom spoljne temperature.

Dodatno isparavanje goriva – ugljovodonika u rezervoaru izazivaju:• Grejanje goriva

– Blizina izduvnog sistema i rezervoara– Toplota goriva iz povratnog voda (kod kontinualnih sistema za snabdevanje

gorivom)• Pad pritiska

– Pad atmosferskog pritiska (tekuće prilike)– Penjanje u visine (hidrostatički pad pritiska)

(Evaporative – emissions control system, Evap)

Sistem za sprečavanje emisije para goriva u atmosferu – način rada

Punjenje posude sa aktivnim ugljem* parama goriva• Ispareno gorivo stvara nadpritisak u zatvorenom rezervoaru. Otvara se

ventil za izlaz vazduha u atmosferu i kroz cevovod iz rezervoara odlaze pare goriva u posudu sa aktivnim ugljem (karbon kanister).Strujanje iz rezervoara prema posudi ostvaruje se pod uticajem razlike pritisaka u sistemu (nadpritisak) i u okolini (atmosferski pritisak).

• Aktivni ugalj apsorbuje ispareno gorivo, a vazduh sa kojim je ispareno gorivo došlo u posudu sa ugljem, izlazi kroz otvor na posudi u atmosferu.

• Davač pritiska pare goriva nalazi se na rezervoaru.

Pražnjenje posude sa aktivnim ugljem od para goriva• Apsorbovano gorivo se iz kanistera, pod dejstvom podpritiska u usisnom

vodu, kroz cevovod odvodi u usisni vod. • Aktivni ugalj otpušta gorivo koje isparava pod dejstvom podpritiska

vazdušne struje prema usisnom vodu.• Vazduh iz atmosfere ulazi na isti otvor na kanisteru, kroz koji je izlazio u

fazi apsorbcije i kretanjem odnosi pare goriva prema usisnom vodu.U toku resorbcije strujanje vazduha se ostvaruje pod uticajme razlike pritisaka u usisnom vodu (podpritisak) u odnosu na okolinu (atmosferski pritisak).

Sistem za sprečavanje emisije para goriva u atmosferu – način rada

Upravljanje punjenjem i pražnjenjem posude sa aktivnim ugljem• Elektromagnetni ventil u cevovodu između kanistera i usisnog voda motora (“purge

valve” – ventil za pročišćavanje) otvara i zatvara protok goriva sa vazduhom iz kanistera u usisini vod. Ventilom upravlja ECU.

• Pražnjenje kanistera vrši se u intervalima u toku rada motora.• Računar otvara i zatvara ventil za pročišćavanje na osnovu pritiska u rezervoaru,

podpritiska u usisnom vodu, načinu rada motora i zasićenosti posude sa aktivnim ugljem.

Uticaj na sastav smeše• Količina ubrizganog goriva za motor umanjuje se za količinu goriva koja dolazi iz

kanistera. • Koncentracija goriva koje se dovodi iz kanistera varira i raste sa količinom

apsorbovanog goriva, a opada sa smanjenjem – pražnjenjem kanistera.• Dotok goriva iz kanistera u usisni vod je ograničen tako da u trenutku otvaranja

ventila spoljni poremećaj – dodatno gorivo, ne bude veći od vrednosti sa kojom se može smeša dovoljno brzo (odziv SAU na spoljni poremećaj) održati u potrebnim granicama. Ograničenje je određeno veličinom protočnih preseka evap-sistema.

• Sastav smeše motora u toku uzimanja goriva iz kanistera se kontroliše i popravlja davačima.

• Zadatak je ECU da izračuna koliko treba da smanji vreme impulsa ubrizgavanja za brizgaljke (količinu goriva) tako da istovremeno ostvari i dobru vozivost i dobar sastav izduvnih gasova.

Sistem za sprečavanje emisije para goriva u atmosferu i slojevit rad (DI)

Slojevit rad se odvija sa široko otvorenim leptirom (WOT – wide open throttle).Način rada motora u kombinaciji WOT-Evap ima karakteristike homogenog

slojevitog rada. (Siromašna smeša iz evapa i sloj iz slojevitog punjenja koji je pali.)Prigušenje u usisnom vodu je manje, time i podpritisak u usisnom vodu.

Manja je razlika između pritiska u kanisteru i pritiska u usisnom vodu nego pri homogenom radu, kad leptir prigušuje vazduh i stvara veći podpritisak u usisnom vodu.

Posledica:Resorbcija goriva iz aktivnog uglja u vidu mešavine goriva i vazduha i odvođenje smeše u usisni vod je smanjeno Umanjen protok vazduha iz atmosfere u kanister pa je dotok smeše sporiji, a otežano isparavanje goriva u aktivnom uglju jer je u sporijoj struji pritisak veći (WOT).

Prema tome:Mogućnost usisavanja para goriva iz karbon – kanistera je u principu smanjena pri

slojevitom radu.Ako se zasiti aktivni ugalj u posudi, odnosno izgubi moć dalje efikasne apsorpcije para

benzina,sistem za sprečavanje emisije para gubi funkciju. Da bi evap sistem ostao u funkciji motor mora da pređe na homogen način rada bezuslovno, iako se otpori kretanja vozilu mogu savladati slojevitim punjenjem. Prelaskom na homogeni način rada, sa malo goriva i vazduha, što odgovara opterećenju u slojevitom radu, prigušenje u usisu raste, pa se aktivni ugalj efikasno oslobađa para benzina. Kad se aktivni ugalj oslobodi od apsorbovanog goriva i kanister bude sposoban ponovo da akumulira pare benzina, motor može da se vrati na slojevit rad.

Šema sistema za kontrolu emisije para goriva*

• Ventil (nepovezan na šemi vozila) je veza sa atmosferom.• Savremeni sistemi omogućavaju sprečavanje emisije ugljovodonika

kroz odušak rezervoara i kod dopunjavanja gorivom.• Potrebno je prečišćavati i vazduh koji iz atmosfere ulazi u posudu sa

aktivnim ugljem, da se ugalj ne zaprlja.

Evap sistem(detaljnija šema)

1. Ventilaciona cev2. Ventilacioni ventil3. Gravitacioni plutajući ventil4. Regeneracioni ventil (purge

valve), aktivacija za resorpciju para

5. Nepovratni ventil6. Ekspanzioni sud8. Cev za punjenje rezervoara9. Aktivni ugalj (posuda)10. Leptir gasa12. Davač pritiska i pumpa za

dijagnozu13. Atmosferski prekidni ventil,

aktivacija za apsorpciju i resorpciju para

14. ECU

Prečišćavanje gorivaPrečistač (filter) za gorivo

FunkcijaIzdvajanje i zadržavanje čestica prljavštine iz goriva.Čestice pomešane sa gorivom imaju abrazivno dejstvo koje povećava istrošenje elemenata sistema za ubrizgavanje.

KonstrukcijaKućište sa uloškom kao elementom za prečišćavanje – filtriranje.Oblik prečistača i priključci se izvode tako da struja goriva u najvećoj meri istom brzinom prolazi kroz celu zapreminu elementa za prečišćavanje u cilju poboljšanja efikasnosti izdvajanja čestica prljavštine iz goriva i dužine veka elementa za prečišćavanje.Kućište prečistača je valjkastog oblika od čeličnog lima, livenog aluminijuma ili plastike, sa ulaznim i izlaznim priključkom na sredini baza valjka.Element za prečišćavanje je namotan u spiralu oko centralne cevi u kućištu ili savijen u obliku radijalne harmonike sa šupljinom oko ose valjka (v – forma). Kod spirale gorivo struji paralelno osi valjka kućišta, a kod radijalnog elementa popreko na osu. Poroznost tkanja određuje veličinu čestica i otpore strujanju kroz element. Manje pore prečišćavaju sitnije čestice, ali daju veće otpore.Materijal je tkanje od sintetičkih impregniranih mikro-vlakana.

PostavljanjeU potisni vod pumpe za gorivo niskog pritiska.Na vozilu može biti u rezervoaru za gorivo, u sklopu pumpe, ili u motorskom prostoru.U motorskom prostoru filtrirajući element se može zamenjivati, u rezervoaru se izrađuje sa dužinom trajanja jednakom radnom veku motora (life time, bolje rešenje, ali za zemlje u kojima je garantovan kvalitet goriva).

Prečišćavanje gorivaPrečistač (filter) za gorivo

Princip rada

Veće čestice od veličine pora ne prolaze kroz prečistač.

Manje čestice od veličine pora se zaustavljaju adhezijom na način koji zavisi od njihove veličine:

• Velike čestice usled inercije ne prate tok struje, koja naglo menja pravac oko vlakana, već se sudaraju sa vlaknima prečistača i ostaju na njima pod dejstvom međumol. sila.

• Manje čestice prate tok struje i obilaze vlakna, sve dok se ne probliže nekom vlaknu na daljinu dejstva međumolekularnih sila, koje ih privuku i zadrže za vlakno.

• Najmanje čestice se kreću sa strujom, ali u struji imaju i molekularno kretanje (Brown – ovo kretanje), koje ih dovodi u blizinu vlakana, gde ih privlače i zadrže međumolekularne sile.

Veličina pora filtera je oko 5 m za direktno ubrizgavanje benzina, 10 m za indirektno ubrizgavanje.

Resurs 30.000 – 90.000 km za prečistače izvan rezervoara, za prečistače u rezervoaru najmanje 160.000 km. (Za DI i 250000km).

Prilikom zamene zbog v – forme savijanja elementa nije svejedno kako se okreće element prečistača. Ako nema asimetrije prema kućištu filtera, treba se orijentisati prema oznaci (strelica) na elementu za smer struje.

Elementi sistema visokog pritiska za direktno ubrizgavanje benzina sa zajedničkom magistralom

HDP1 pumpa visokog pritiska sa tri klipa i zajednička magistrala sa ventilom za upravljanje pritiskom i davačem visokog pritiska.

Elementi sistema visokog pritiska za direktno ubrizgavanje benzina sa zajedničkom magistralom

HDP5 sa integrisanim ventilom za regulaciju pritiska i zajednička magistrala

Elementi sistema visokog pritiska za direktno ubrizgavanje benzina sa zajedničkom magistralom

Pumpa visokog pritiska i brizgaljka

Pumpa visokog pritiska* sa tri klipa, ventil za kontrolu pritiska i brizgaljka, u preseku

Pumpa visokog pritiska* sa tri klipa

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Pumpe visokog pritiska, opšte osobine

Funkcionalni parametri za snabdevanje gorivom:

1. Protok [ccm/obr.vr , l/h]2. Pritisak [MPa, bar]

Pogon klipova/klipa

Mehanički, preko bregastog vratila:• Ekscentrično kružno kretanje• Bregasti par

Konstruktivna Izvođenja• Klip sa tri komore bez regulacije protoka

Kontinualan maksimalan protok• Klip sa jednom komorom i regulacijom protoka

Protok prema zahtevu u visokom pritisku ili i u niskom i u visokom pritisku

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Pumpa visokog pritiska sa tri klipa i kontinualnim protokomKonstrukcija• Raspored klipova radijalan prema pogonskom vratilu sa međusobnim uglom od 120

stepeni.Klipovi potiskuju gorivo sekvencijalno i proporcionalno brzini okretanja vratila pumpe.

• Pogon vratila pumpe preko bregastog vratila motora.Kružno kretanje vratila pumpe se preko ekscentriciteta i kružnog prstena oko ekscentriciteta pretvara u pravolinijsko kretanje podizača klipova.

• Podmazivanje bregastog para je gorivom, koje ujedno i hladi pumpu.Prednost:• Oscilacije pritiska su male zbog slednog potiskivanja goriva prema rasporeda

klipova. Stoga nema potrebe za uređajem za ublažavanje oscilacija pritiska u usisnom vodu pumpe (attenuator).

• Povećana pouzdanost za slučaj otkaza pojedinog klipa: Pumpa radi sa preostala dvaNedostatak:• Povećana potrošnja snage - energije za pogon pumpe

Protok pumpe je kontinualan i uvek maksimalan za dati broj obrtaja. Pumpa je nužno konstruisana za maksimalne protoke, koji uzimaju u obzir i rad na punoj snazi, smanjenje gustine goriva zbog grejanja i pad efikasnosti pumpe sa habanjem.Motori najčešće ne rade na punoj snazi, što znači da se više goriva nepotrebno pumpa. Troši se energija na pumpanje i povećava potrošnja goriva motora.Gorivo odlazi prema magistrali, gde se u ventilu za kontrolu pritiska višak goriva oslobađa pritiska* do nivoa pristupnog pritiska u pumpu i šalje na usini deo pumpe.

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Pumpa visokog pritiska sa jednim klipom i kontinualnim protokomKonstrukcija• Jedan klip i u pumpu ugrađen ventil za kontrolu visokog pritiska.

Uređaj za ublažavanje oscilacija pritiska i sprečavanje kavitacije (isparavanja goriva) na strani usisa usled povećanja zapremine pri kretanju klipa (attenuator).

• Pogon vratila pumpe bregastim parom preko bregastog vratila motora.Kružno kretanje bregastog vratila motora se preko podizača pretvara u pravolinijsko kretanje klipa. (Isti princip kao i za otvaranje usisnih i izduvnih ventila).Broj bregova vratila tri (ili više)*. Umesto tri klipa jedan klip, ali tri brega na vratilu, koja daju tri kretanja klipa pumpe. Sa više od tri brega klizni podizač zamenjuje kotrljajni podizač, koji smanjuje trenje i inerciju bregastog para, uz nešto složeniju konstrukciju.Moguće je sinhronizovati potisni hod pumpe sa ubrizgavanjem goriva u cilindar. Sinhronizacijom dostave i potrošnje goriva se smanjuje naprezanje vodova visokog pritiska i zapremina magistrale. Broj bregova bregastog vratila tada je isti kao i broj cilindara motora.

• Podmazivanje bregastog para je uljem.Prednost:• Jednostavnija konstrukcija smanjenjem broja komora/klipova i time jeftinija izrada.

Uske tolerancije sklopova, posebno klipa i košuljice (barrel), poskupljuju izradu sa povećanjem broja klipova pumpe.

• Nema suvišne potrošnje energije – manja potrošnja goriva motora.Nedostatak:• Komplikovanija konstrukcija zbog uređaja za ublažavanje oscilacija pritiska u

usisnom vodu pumpe (attenuator).

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Ventil za upravljanje pritiskom (kontrolu pritiska)Funkcija• Propušta gorivo u vod pod visokim pritiskom prema zahtevima – načinu rada motora.

Dotok goriva u magistralu se prekida kad pritisak u njoj dostigne vrednost potrebnu za ubrizgavanje prema načinu rada motora (dostiže 150/200 bar za DI).Pri ubrizgavanju goriva u cilindar pritisak u magistrali pada. Senzor visokog pritiska daje infomaciju o pritisku u magistrali. Ventilom upravlja ECU.

HDP1: Povećanjem protočnog preseka ventil povećava dotok u magistralu, a smanjuje dotok u povratni vod prema usisnom vodu pumpe. Ventil odmerava dotok goriva u magistralu indirektno preko pritiska goriva.HDP2 i HDP5: Otvaranjem i zatvaranjem ventil određuju količinu goriva prema zahtevu (solenoid sa iglom za otvaranje i zatvaranje ventila). Kod HDP2 isporuka počinje sa zatvorenim ventilom, (odmah sabija gorivo), a prestaje sa otvaranjem ventila (obaranje pritiska). Kod HDP5 je obrnuto: Ventil je otvoren u početku hoda klipa, (nema sabijanja), a isporuka goriva počinje zatvaranjem ventila (isporučuje tokom ostatka hoda i nema obaranja pritiska po prestanku isporuke, bolje).

Položaj u sistemu• Kod troklipne pumpe (HDP1) ventil je postavljen na ulazu u magistralu (na samoj

magistrali), a kod jednoklipne (HDP2 i HDP5) ventil je ugrađen u pumpu visokog pritiska (nema povratnog voda sa magistrale).

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Uporedne osobine prve (HDP2) i druge (HDP5) generacije jednoklipnih pumpi za isporuku goriva prema zahtevu za potrošnjom

Prva generacija, HDP2• Kontinualan – stalan protok u NP, konstantan pristupni pritisak od električne

pumpe do PVP• Tri ventila:

– Ulaz goriva u pumpu (pristupni pritisak, jednosmerni ventil)– Izlaz goriva iz pumpe (visoki pritisak jednosmerni ventil)– Ventil za kontrolu pritiska

Gorivo se potiskuje prema magistrali od početka hoda potiskivanja. Ventil za kontrolu pritiska se otvara u hodu potiskivanja klipa, u trenutku kad je isporučeno dovoljno goriva na potrebnom pritisku. Gorivo potisnuto u ostatku hoda klipa se vraća posle obaranja pritiska na pristupni pritisak u usisni deo pumpe (nepovoljno). Dužinu hoda klipa od početka sabijanja do trenutka otvaranja ventila, kada se gorivo potiskuje prema usinom delu pumpe pod niskim pritiskom, proračunava ECU prema potrebnoj količini i pritisku magistrale.

• Odrivni vod za iscurelo gorivo (evaporacija)• Uređaj za ublažavanje oscilacija pritiska na usinom delu opružno –

membranskog tipa (attenuator)• Klizni bregasti par

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Uporedne osobine prve (HDP2) i druge (HDP5) generacije jednoklipnih pumpi za isporuku goriva prema zahtevu za potrošnjom

Druga generacija, HDP5• Diskontinualan - promenljiv protok NP prema zahtevu, pristupni pritisak od

električne pumpe promenljiv. Manji pristupni pritisci rezultuju manjim izlaznim visokim pritiscima i manjim potrebnim energijama za pogon pumpe.

• Dva ventila:– Ulaz goriva u pumpu (pristupni pritisak, jednosmerni ventil)

Konstrukcija je izvedena tako da je ulazni ventil ujedno i ventil za kontrolu visokog pritiska. Gorivo (višak) se prvo potiskuje prema usinom delu PVP, od početka hoda potiskivanja klipa (nema nepotrebnog sabijanja i obaranja pritiska kasnije). U ostatku hoda klipa do kraja hoda gorivo se sabija i potiskuje prema magistrali.Dužinu hoda klipa od početka do trenutka zatvaranja ventila, kada se gorivo potiskuje prema usinom delu pumpe pod niskim pritiskom, proračunava ECU prema potrebnoj količini i pritisku magistrale.

– Izlaz goriva iz pumpe (visoki pritisak, jednosmerni ventil)• Nema isparavanja goriva (zero evaporation)• Uređaj za ublažavanje oscilacija pritiska na usinom delu gasno –

membranskog tipa (attenuator).• Kotrljajni bregasti par

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Zajednička magistrala (“fuel distributor”, “common rail”)Zadaci:• Smeštanje određene količine goriva, pod promenljivim pritiskom ubrizgavanja u

zavisnosti od načina rada motora• Ravnomeran dovod goriva za sve brizgaljke na zajedničkom akumulatoru (“fuel

distributor”)• Nosač za: Brizgaljke, senzor visokog pritiska i (HDP1) ventil za upravljanje pritiskom,

ventil za rasterećenje (HDP2)Zapremina magistrale zavisi od potrošnje goriva i pritiska ubrizgavanja.Dimenzije magistrale (prečnik, dužina i debljina zidova) se biraju tako da imaju prigušno

dejstvo (dump) na promene pritisaka usled sukcesivnog ubrizgavanja.Fluktuacije i pulsacije pritiska u magistrali nastaju kod otvaranja brizgaljki (nejednako udaljenje brizgaljki po redosledu ubrizgavanja od priključka za snabdevanje magistrale gorivom), pad pritiska otvaranjem brizgaljki (gorivo izlazi iz magistrale) i porast pritiska zatvaranjem brizgaljki (PVP dodaje novu količinu goriva pod pritiskom).Fluktuacije pritiska utiču na tačnost količine ubrizganog goriva, jer brizgaljke zahtevaju nominalan i konstantan pritisak.Rezonanse pulsacija pritiska stvaraju zvučne talase koji se prenose preko vodova na rezervoar i odatle na vozilo. (Izbegavaju se pogodnim izborom dimenzija magistrale, tj. prečnika i dužine magistrale-akumulatora i time frekvencije prirodnih oscilacija).

Materijal magistrale je nerđajući čelik (legiran hromom), a zidovi magistrale se spajaju tvrdim lemljenjem (za vođenje mlazom 200 bar). Liveni aluminijum (“školjka” “shell”, vođenje zidom/vazduhom, 150 bar ).Bezbednost: Za pritisak direktnog ubrizgavanja od 200 bar, zajednički vod je dimenzionisan tako da izdrži (250 + 12) bar kada se otvara ventil za ograničenje pritiska.(Stepen sig.:1.25+10%)

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Brizgaljke

Zadatak:• Ubrizgavanje određene količine goriva u cilindar• Raspršivanje (“atomizacija”)• Usmeravanje goriva u prostoru za sagorevanje u zavisnosti od načina vođenja

zidom/vazduhom ili mlazom kod slojevitog punjenja.*Način rada:Elektromagnetno polje nastalo protokom struje kroz kalem stvara el.magnetnu silu koja

diže iglu sa sedišta ventila nasuprot dejstvu opruge na iglu brizgaljke. Gorivo pod dejstvom pritiska u magistrali (prenetog u brizgaljku) iz brizgaljki ulazi u cilindar.

Po prestanku protoka struje prestaje i elektromagnetna sila, pa se igla pod dejstvom opruge vraća na sedište ventila, zatvara otvor ventila i prekida ubrizgavanje.Prelazno stanje kod otvaranja i zatvaranja brizgaljki praćeno je oscilacijama u krajnjim položajima (položaji otvoreno/zatvoreno). Oscilacije su nepoželjne, jer remete preciznost dužine impulsa ubrizgavanja.

Brizgaljke za direktno ubrizgavanje su u osnovi iste kao i brizgaljke za ubrizgavanje u usisne vodove. Razlika je samo u pritiscima sa kojima rade: Zbog kraćeg raspoloživog vremena za direktno ubrizgavanje benzina u odnosu na ubrizgavanje u usisne vodove pritisci su veći kod direktnog ubrizgavanja.

Brizgaljka1. Ulaz goriva kroz filter2. Električni priključak3. Opruga igle4. Namotaji kalema5. Kućište6. Igla7. Sedište ventila*8. Otvor za ubrizgavanje

*Sedište ventila se može zatvarati i posredno, sfernim telom koje pritiska igla.

Postoje brizgaljke sa raznim oblicima otvora, brojevima otvora za ubrizgavanje i pravcima po kojima se gorivo ubrizgava, u zavisnosti od načina rada motora i pozicije brizgaljke na motoru

Otvoren model piezo brizgaljke

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Ventil za ograničenje pritiska i rasterećenje od prevelikog pritiska (boost and relief, jedan ventil dve funkcije)

• Funkcija bezbednostiZaštita konstrukcije od preopterećenja u slučaju otkaza ventila za upravljanje pritiskom. Ograničava pritisak goriva u magistrali prema granici izdržljivosti materijala elemenata visokog pritiska.

• Funkcija rasterećenjaUbrizgavanje prestaje za vreme prevelikog broja obrtaja (overrun), dok pumpa i dalje radi i kod gašenja motora.

• KonstrukcijaMehanički sistem sa oprugom i sfernim metalnim telom za zatvaranje ventila. (Bezbednosni sistem ne sme da zavisi od napajanja električnom energijom.)

• Postavljanje Prva generacija HDP2 na magistrali, na (suprotnom kraju od ulaza goriva)Druga generacija HDP5 ugrađen u pumpu visokog pritiska

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Ventil za ograničenje pritiska u magistrali – funkcija rasterećenja

Posle prekida rada motora protok goriva prestaje i magistrala drži pritisak preko jednosmernog ventila na strani pumpe i zatvorenih brizgaljki na magistrali.Gorivo zatečeno u magistrali greje se toplotom iz motora.Zbog grejanja gorivo se širi, čime pritisak u magistrali raste. (Oko 1MPA = 10 bar po 1 stepenu celzijusa).

Kad pritisak goriva u magistrali naraste zbog grejanja goriva, sila pritiska na iglu brizgaljke može dostići veličinu koju elektromagnetna sila solenoida brizgaljke ne može da savlada i podigne igl sa sedišta ventila. (Ispod igle je pritisak u cilindru, oko atmosferskog.)Brizgaljka ne može da se otvori, gorivo se ne moॾe ubrizgati u cilindar i zagrejan motor ne može da startuje ponovo u kratkom roku.

Motor će moći da startuje kad se ohladi, time ohladi i gorivo, tako da pritisak goriva u magistrali padne do mere da elektromagnetna sila može da digne iglu sa sedišta ventila brizgaljke.

Funkcija rasterećenja omogućava obaranje pritiska u magistrali tako da sollenoid može da podigne iglu brizgaljke i da se gorivo ubrizga u cilindar. Obaranje pritiska vrši se propuštanjem male količine goriva iz sistema visokog pritiska kroz ventil za rasterećenje od pritiska.

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Ublaživač oscilacija pritiska (attenuator) Jednoklipna pumpa u hodu klipa pri povećanju zapremine uvlači gorivo u prostor

(komoru) iznad klipa. To stvara nagli pad pristupnog pritiska, jer jednoklipna pumpa ima srazmerno veliku komoru pošto snabdeva ceo motor gorivom visokog pritiska. Istovremeno pumpa niskog pritiska dodaje gorivo pumpi visokog pritiska i sa dodavanjem nastavlja i kad klip pumpe visokog pritiska prestane sa uvlačenjem goriva, do pristupnog pritiska. To podiže pritisak.Nastaju oscilacije pritiska.

Kod uvlačenja goriva iznad klipa nastaje pad pritiska iznad klipa*. Povratne deformacije instalacije i usisnog kola pumpe, nastale dejstvom pritiska goriva niskog pritiska, su premale da potisnu potrebnu količinu goriva u prostor iznad klipa (Mala deformacija metalnih protočnih preseka pod pritiskom goriva).Nastaje kavitacija usled inercije goriva. (Gorivo isparava, pojavljuju se zapremine popunjenje parama goriva, a ne samim gorivom).

Ublaživač ima dve funkcije:1. Održavanje oscilacija pritiska u sistemu NP u zadatom intervalu oko pristupnog

pritiska*2. Sprečavanje kavitacije kod uvlačenja goriva u prostor iznad klipa dodavanjem

potrebne količine goriva.

Elementi sistema za direktno ubrizgavanje sa zajedničkom magistralom

Ublaživač oscilacija pritiska (attenuator) Konstrukciju čini:• Komora za smeštanje goriva• Pregrada• Elastičan element*Ublaživač oscilacija – attenuator, je sastavni deo pumpe visokog pritiska, postavljen na

strani niskog pritiska (ulaz u pumpu VP). Pregradu komore za gorivo čini mebrana koja deli komoru na dva dela. Deo komore je ispunjen gorivom i nalazi se iznad klipa PVP, a deo sa druge strane membrane je prazan i u njemu se nalazi elastičan element (opruga HDP2, gas pod pritiskom HDP5).

Funkcija (način rada)Kada klip VP ne uvlači gorivo pumpa niskog pritiska puni deo komore sa gorivom u

attenuator-u, gorivo pritiska membranu i preko mebrane elastičan element, koji se sabija. Kada klip VP uvlači gorivo sila u elementu gura membranu i potiskuje gorivo prema klipu.

Ublaživač na hodu h sabijanja opruge prima i zadržava rad A = Fc*h kod porasta pritiska, gde je sila u elast.el. u ravnoteži sa silom pritiska na membranu Fc=pS. Rad se vraća kod pada pritiska. S je površina membrane pod pritiskom p goriva. Za silu u opruzi važi Fc= -ch, gde je c krutost opruge ili elast el. Krutost c opruge je izabrana tako da odgovara pristupnom pritisku uz uslov da je radni hod opruge kratak kako bi se membrana što manje savijala - materijal membrane minimalno zamarao i radni vek bio dug.

Primljeni rad A, nastao u hodu h opruge pri sabijanju, smešta se u vidu potencijalne energije kao sila u opruzi, a vraća se u povratnom hodu opruge**.

Funkcionalna šema direktnog ubrizgavanja benzina

Aktivno upravljanje ventilima

Aktivno upravljanje ventilimaKlasično bregasto vratilo (osovina) uvek otvara i zatvara ventile na istom uglu prema

kolenastom vratilu i podiže ih na istu visinu bez obzira na način rada motora. Šema razvoda ventila je konstanta.

Razvod radnog tela odvija se na isti način i pogodan je samo za jednu radnu tačku brzine motora.

Nepromenljivi parametri razvođenja svode se na pasivno* upravljanje ventilima.

Punjenje, paljenje i razvođenje su tri osnovna elementa kojima se upravlja motorom. Najteže je u tehničkom smislu ostvariti upravljanje razvodom radnog tela.

Aktivno upravljanje ventilima omogućava da seza svaki način rada motorarazvođenje radnog tela obavlja optimalano.

Uobičajeni strani nazivi na engleskom jeziku su:

VVT: Variable Valve Train – promenljiva serija ventila (Uopšte)FVVT: Fully Variable Valve Train – Potpuno promenljiva s.v.AVT: Active Valve Train – aktivna serija ventila (Lotus)

Aktivno upravljanje ventilimaParametri upravljanja ventilima su• Uglovi otvaranja i zatvaranja (valve phase)• Visine izdizanja (valve lift)

Upravljanjem razvoda kontroliše se• Punjenje cilindra svežom smešom• Ispiranje cilindra• Recirkulacija izduvnih gasovaPrednosti u odnosu na nepromenljiv razvod• Veća snaga motora• Bolji tok krive momenta• Smanjena potrošnja goriva• Smanjena toksičnost izduvnih gasova (posebno azotnih oksida)• Stabilniji rad na manjim brzinama motora• Eliminisanje leptir-klapne za upravljanje punjenjem oto motora

Upravlja se radom i usisnih (primarno) i izduvnih ventila.

Aktivno upravljanje ventilima čini prigušni leptir nepotrebnim.

Aktivno upravljanje ventilimaFaze otvaranja i zatvaranja usisnih ventilaPoređenje sa konstantnom šemom razvoda• Male brzine motora

Usisni ventil se otvara kasnije (late intake valve opening, timing retardation)Smanjuje se preklapanje ventila.Preklapanje ventila je uvedeno za visoke brojeve obrtaja da bi se poboljšalo ispiranje cilindra od produkata sagorevanja posredstvom kinetičke energije struje sveže smeše. Na malim brojevima obrtaja talas nadpritiska* izduvnih gasova nasuprot ustrujavanju sveže smeše ima dovoljno energije da deo izduvnih gasova potisne kroz usisni ventil u usisni vod. (n<2000 o/min). Posledica:U nastavku usisavanja izduvni gasovi se vraćaju u cilindar u vreme kad je izduvni ventil zatvoren pa je ispiranje cilindra lošije. U cilindru se nalazi prevelika količina izduvnih gasova za mali broj obrtaja i malo punjenje. Rezultat je nestabilno sagorevanje što daje nemiran rad motora i zahteva bogatiju smešu da bi motor mogao da radi.

Kasnijim otvaranjem usisnih ventila na malim brzinama motora ostavlja se više vemena za izduvavanje i tako smanjuje količina zaostalih izduvnih gasova u cilindru. Time se ostvaruje bolje sagorevanje i stabilniji rad motora sa manjom potrošnjom goriva.Stabilniji rad motora na malim brzinama omogućava i snižavanje minimalanog broja obrtaja motora, što daje dodatnu uštedu goriva.

Rad na malom i minimalnom broju obrtaja karakterističan je za vožnju kreni – stani (go and stop), koja odgovara vožnji u gradskoj saobraćajnoj gužvi. Bolje sagorevanje smanjuje toksičnost upravo u vreme i na mestu kad i gde je to najpotrebnije.

Aktivno upravljanje ventilimaFaze otvaranja i zatvaranja usisnih ventilaPoređenje sa konstantnom šemom razvoda• Srednje brzine motora

Usisni ventil se zatvara ranije (early intake valve closing, timing advance)Pri srednjim brzinama motora (između 2000 i 5000 o/min) kinetička energija struje usisavanja je nedovoljna za bolju zapreminsku efikasnost. U kretanju klipa na gore u taktu sabijanja klip deo sveže smeše iz cilindra potiskuje u usisni vod. Kad se usisni ventil zatvori, ovaj deo smeše ostaje u usisnom vodu. To smanjuje punjenje cilindra.

Ranije zatvaranje usisnog ventila sprečava da se deo već pripremljene smeše vrati natrag u usisni vod, tamo ostane posle zatvaranja usisnog ventila i tako smanji punjenje cilindra. (Važi za homogen rad*. Kod slojevitog rada vraća se vazduh, a gorivo se ubrizgava u taktu sabijanja, pa je uticaj na punjenje mali).

Sa boljim punjenjem cilindra poboljšava se kriva momenta motora.• Više brzine motora

Usisni ventil se zatvara kasnije (late intake valve closing, timing retardation)Pri većim brzinama motora (iznad 5000 o/min) kinetička energija struje usisavanja je dovoljna za bolju zapreminsku efikasnost. Usisni ventil se zatvara kasnije, posle UMT, sve dok se kretanjem klipa ka SMT pritisak u usisnoj cevi ne izjednači sa pritiskom u cilindru. (Ovaj efekat koristi pasivni razvod ventila). Ustvari, konstantna šema razvoda ventitla se upravo optimizira za radnu tačku u višim brojevima obrtaja da bi se dobile najbolje performanse motora i vozila. Aktivna šema može bolje da iskoristi kinetičku energiju struje usisa još kasnijim zatvaranjem ventila u odnosu na pasivnu šemu razvoda.

Kasnije zatvaranje usisnog ventila omogućava bolje punjenje cilindra koristeći kinetičku energiju struje vazduha*.

Aktivno upravljanje ventilimaFaze otvaranja i zatvaranja usisnih ventilaPoređenje sa konstantnom šemom razvoda

• Interna recirkulacija izduvnih gasovaUsisni ventil se otvara mnogo ranije (early intake valve opening, timing advance)Povećava se preklapanje ventila.

Princip: U kretanju klipa prema SMT u taktu izduvavanja klip zbog ranijeg otvaranja usisnog ventila, deo izduvnih gasova koji još nisu izašli iz cilindra u izduvni sistem, potiskuje kroz usisni ventil u usisni vod. Zatim u taktu usisavanja koji sledi izduvni gasovi se iz usisnog voda vraćaju u cilindar. (Način rada sa recirkulacijom je opterećen motor, ali ne na punojsnazi)

Ranije otvaranje usisnog ventila omogućava da se izduvni gasovi recirkulišu bez ventila za recirkulaciju izduvnih gasova (interna recirkulacija).

Umesto da kruže iz izduvnog sistema kroz vod prema ventilu za recirkulaciju izduvnih gasova, zatim kroz EGR ventil i na kraju kroz vod u usisni sistem, gasovi se “recirkulišu” u cilindar kroz usisni ventil i usisni vod.

Aktivno upravljanje ventilimaFaze otvaranja i zatvaranja izduvnih ventilaPoređenje sa konstantnom šemom razvoda

• Zadržavanje izduvnih gasova u cilindruIzduvni ventil se zatvara ranije (early exaust valve closing, timing advance)Smanjuje se preklapanje ventila.

Princip: Ranijim zatvaranjem izduvnog ventila u taktu izduvavanja zadržava se deo izduvnih gasova u cilindru.Posebna mera kojom se veoma proširuje mogućnost interne recirkulacije izduvnih gasova. Može se birati faza otvaranja usisnog ventila: Umesto da se otvori ranije za internu recirkulaciju, bira se najpogodniji momenat, kada je potrebna količina izduvnih gasova već “zarobljena” u cilindru.

Ranije zatvaranje izduvnog ventila, kao nezavisna mera, omogućava da se odredi

količina izduvnih gasova koji će se zadržati u cilindru za sledeći ciklus.

Interna recirkulacija izduvnih gasova zajedno sa ranijim zatvaranjem izduvnog ventila ima velike mogućnosti. Aktivno upravljanje ventilima (po fazama i po visini izdizanja) je veoma efikasno pa je moguće ostvariti stehiometrijsko sagorevanje =1 sa tako velikim smanjenjem azotnih oksida u izduvu da se može eliminisati dodatni katalizator za neutralizaciju azotnih oksida iz izduvnog sistema*.

Aktivno upravljanje ventilimaSinhronizacija faza ventila sa oscilacijama talasa pritiskaSinhronizacija usisnih ventila

Otvaranje usisnog ventila izaziva poremećaj u pritisku* koji se kao talas podpritiska prenosi ka slobodnom kraju usisne cevi. Talas podpritiska se odbija od slobodnog kraja kao talas nadpritiska i vraća ka usisnom ventilu. Ponavljanjem odbijanja stvaraju se oscilacije poremećaja pritiska sa frekvencijama koje zavise od geometrije (L,S,R) usisnih vodova, brzine struje u usisnom vodu i položaja prigušnog leptira (ako postoji).

Trenutak otvaranja usisnih ventila moguće je podesiti tako da se podudara sa dolaskom talasa nadpritiska na otvor usisnog ventila i tako poboljšati punjenje.

• Sinhronizacija usisnih i izduvnih ventilaOtvaranje izduvnog ventila izaziva poremećaj u pritisku* koji se kao talas nadpritiska prenosi ka slobodnom kraju izduvne cevi. Talas nadpritiska se odbija od slobodnog kraja izduvne cevi i kao talas podpritiska vraća na izduvni ventil. Ponavljanjem odbijanja se stvaraju oscilacije poremećaja sa frekvencijama koje zavise od geometrije izduvnih vodova (L,S,R) i brzine struje u izduvnom vodu.

Trenutak otvaranja usisnog i izduvnog ventila moguće je podesiti tako da se sinhronizuje poremećajni talas nadpritiska na usisnom ventilu sa poremećajnim talasom podpritiska na izduvnom ventilu, čime se poboljšava “disanje motora”**. U ovom procesu uzima učešća i visina izdizanja usisnog ventila prigušivanjem struje kod malih visina.

Konstantna šema razvoda radnog tela nalaže da se geometrija usisnih i izduvnih vodova oblikuje prema šemi razvoda.

Aktivno upravljanje ventilima sa promenljivom šemom razvoda daje slobodu za optimizaciju geometrije usisnih i izduvnih vodova nezavisno od šeme razvoda.

Aktivno upravljanje ventilimaVisina izdizanja ventila: Primenjuje se u praksi za usisne ventile.Kod promenljive šeme razvoda tek upravljanje visinama izdizanja usisnih ventila zajedno

sa fazama otvaranja daje potpunu kontrolu punjenja motora vazduhom.U intervalu od najmanjih do srednjih brzina motora (1000-3000 o/min) izdizanje ventila na

punu visinu je, osim što je nepotrebno, i kontraindikovano, po dva faktora:Brzina struje vazduha pri malim brzinama motora je takođe mala, što pogoršava

vrtloženje u cilindru i time homogenizaciju smeše u cilindru pri homogenom načinu rada. Manjim izdizanjem ventila smanjuje se protočni presek struje vazduha kroz otvor ventila, time povećava brzina struje vazduha i vrtloženje u cilindru. Smanjenjem visine izdizanja ventila se upravlja na način da se smanjenjem protočnog preseka struja ubrza, a nepotrebno ne poveća prigušenje, odnosno ostvari potrebno punjenje cilindra vazduhom.

Potrošnja energije na izdizanje ventila je značajna, pa se štedi ako se hodovi ventila skrate, odnosno smanje visine izdizanja ventila.

Kod aktivnog upravljanja usisnim ventilima količinu vazduha koja ulazi u cilindar određuju zajedno faze otvaranja i zatvaranja ventila i visine izdizanja ventila.

Smanjenjem visine izdizanja ventila na manjim brojevima obrtaja smanjuje se količina usisanog vazduha (kontrola punjenja vazduhom u funkciji leptir-klapne) i menja režim brzine vazduha i struje usisasavanja.

Upravljanjem visinom izdizanja ventila zajedno sa upravljanjem fazama ventila eliminiše se prigušni leptir. Bez prigušnog leptira veza sa pritiskom okoline, ranije na leptiru, sada se dovodi na usisni ventil.

Punjenje cilindra motora sa pritiskom okoline na usisnom ventilu je bolje, jer nema podpritiska koji vlada u usisnom vodu od prigušnog leptira do usisnog ventila.

Talas promene pritiska prenosi se neometano od usisnog ventila kroz usisinu cev do okoline i natrag, jer nema leptira koji je mehanička prepreka na putu struje usisavanja.

Aktivno upravljanje ventilimaBez prigušnog leptira je

• Bolja toplotna efikasnost motora

Krive u radnom, pV dijagramu obuhvataju veću površinu čime je bolja toplotna efikasnost motora. (Termodinamički stepen korisnog dejstva vezan za pV dijagram).

Leptir ometa kontinuitet strujanja pa se strujanje poboljšava na osnovu sledećeg:

– Slika struje usisavanja neporemećene oko opstrujavanja leptira je ravnomerna, odnosno bez vrtrloženja i time gubitka energije struje

– Talasi poremećaja pritiska prenose se kroz usisni vod bez razbijanja o leptir, čime talasi imaju više energije

– Inercija jednodelne struje je veća jer je stub struje duži za deo od leptira do usisnog ventila, pa je bolje punjenje na velikim brzinama motora.

• Smanjen pumpni rad jer se otklanja prigušenjena leptiru, ostaje samo prigušenje na usisnom ventilu

Aktivno upravljanje ventilimaFaze rada usisnih ventila i pumpni rad

• Ranijim zatvaranjem usisnog ventila (early intake closing) u trenutku kad je cilindar dobio potrebno punjenje, prestaje pumpni rad, odnosno dalje usisavanje, koje odnosi energiju.

Kod nepromenljive šeme pumpni rad traje i dalje do trenutka određenog šemom zatvaranja usisnog ventila.

Kod promenljive šeme daljim hodom prema UMT klip dobija otpor usled povećanja podpritiska u zatvorenom cilindru. (Ispod klipa je pritisak u kućištu motora). Međutim, ovaj podpritisak u povratnom hodu klipa deluje kao opruga u koju je promenom dužine smeštena sila. Rad utrošen kod usisavanja vraća se kod sabijanja, u hodu klipa prema SMT, kad podpritisak pomaže u kretanju klipa. Rad se vraća do visine klipa kad je usisni ventil bio ranije (rano) zatvoren.Razlika od ranijeg zatvaranja usisnog ventila po promenljivoj šemi do zatvaranja usisnog ventila prema nepromenljivoj šemi (kasnije) jeste ušteđen pumpni rad.

Aktivno upravljanje ventilimaDodatne mogućnosti

• Ravnomeran raspored punjenja po pojedinim cilindrima – mirniji rad motora• Isključenje pojedinih cilindara (napr. isključenje dva od šest cilindara,

postavljanjem ventila na sedišta, kad ima dovoljno snage) – ušteda u gorivu• Poboljšanje vrtloženja kod manjih brojeva obrtaja za motore koji imaju dva

usisna ventila po cilindru asimetričnim izdizanjem usisnih ventila na istom cilindru (tumble). Manje izdignut ventil otvara manji protočni presek pa su brzine struje veće. Istovremeno otpori strujanju su veći, što ubrzava struju kroz drugi usisni ventil više otvoren.

• Olakšan start motora isključivanjem svih cilindara osim cilindra koji ima najpovoljniju poziciju klipa za start. (Procena pozicije klipa ECU na osnovu senzora položaja kolenastog vratila i brregastog vratila). Svi ventili ostalih cilindara su zatvoreni da bi se eliminisao pumpni rad. Rezultat je smanjenje dimenzija elektropokretača i smanjenje potrebe za jačinu struje i el. enrgije iz baterije.

• Poboljšava se vozivost, odnosno odziv motora, na zahteve za momentom kada nema leptira.

Aktivno upravljanje ventilima

Izvođenja pogona

• Mehaničko• Električno• Elektrohidrauličko

Izvođenja uređaja

• Sa bregastom osovinom• Kasetnim sistemom (bez bregaste osovine)

Mesto i uloga ventila

Sklop ventila, ventili i opruge

Dimenzije ventila i oblik struje pri maloj, srednjoj i velikoj visini izdizanja*

Dvostepeno izdizanje ventila na različite visine*

Šema konstantne i promenljive* visine izdizanja ventuila

Sistem sa ekscentrom i polugom za podešavanje visine izdizanja ventila*

Model i otvoren presek mehaničkog podešavanja visine izdizanja ventila*

Mehaničko podešavanje visine izdizanja ventila*

Elektrohidarauličko podešavanje faza i izdizanja ventila*

Elektrohidarauličko podešavanje faza i izdizanja ventila*

Elektrohidarauličko podešavanje faza i izdizanja ventila*

Mogućnosti upravljanja

Motor sa elektrohidarauličkim podešavanjem faza i izdizanja ventila

Četvoroventilska tehnika. Izduvni ventili su zatvoreni, usisni ventili su na različitim visinama. Na usisnom ventilu u prvom planu cvenom bojom prikazana je puna visina izdizanja. Na usisnom ventilu u drugom planu prikazana je struja usisa, ubrzana usled smanjenja protočnog preseka kroz otvor usisa zbog manjeg izdizanja ventila.

Na pet dijagrama je prikazan oblik krive koja se dobija elektrohidrauličkim upravljanjem u poređenju sa nepromenljivom šemom razvoda. Uočljiva je zavisnost od brega bregastog vratila koji daje pritisak, odnosno hidrauličnu energiju za pokretanje ventila.

Elektro-mehanički (Elektromagnetni) ventil *

Kasetni sklop elektromehaničkog (elektromagnetnog) ventila

Elektrohidraulički ventil kasetnog sistema

Elektrohidraulička šema*

Vozila sa AVT*

NADPUNJENJE

Nadpunjenje - Osnove• Povećanje momenta (i snage) motora raste sa povećanjem punjenja cilindra

smešom.• Mehanički rad se dobija toplotom iz sagorevanja, ali količina goriva se ne može

povećati ako za sagorevanje nema dovoljno kiseonika – vazduha.Sabijen vazduh ima veću gustinu i time više kiseonika za sagorevanje.

• Sabijanje vazduha pre ubacivanja u cilindar omogućava da se u cilindar ubaci više kiseonika i stvara uslov da se doda više goriva, čime se dobija više toplote – veći moment motora. Važi i za oto i za dizel motore.

• Nadpunjenje (supercharging) je naziv za ubacivanje više smeše u cilindar zahvaljujući povećanoj gustini vazduha, dobijenoj sabijanjem pre ubacivanja u cilindar. (Charge – punjenje smešom).Nadpunjeni motori imaju početni pritisak u taktu sabijanja iznad atmosferskog, dok motori sa prirodnim usisavanjem imaju na početku takta sabijanja manji pritisak od atmosfeskog. (Dijagram).

• Odnos pritisaka sabijenog vazduha i prirodno usisanog vazduha pokazuje kako gustina vazduha raste sa sabijanjem. (Dijagram).

• MeđuhlađenjeSabijenom vazduhu raste temperatura, jer mu raste unutrašnja energija*, pa za određivanje odnosa pritisaka treba svesti temperature vazduha pre i posle sabijanja na iste vrednosti. Hladjenje vazduha na temperaturu pre sabijanja ostvaruje se međuhladnjakom (intercooler). U međuhladnjaku se vazduhu oduzima toplota. Bez međuhlađenja, odnos pritisaka je manji, jer vazduh na višoj temperaturi ima manju gustinu.

Nadpunjenje – OsnoveStepeni kompresije nadpunjenih motora

• Stepeni kompresije nadpunjenih motora su manji nego stepeni kompresije motora sa prirodnim usisavanjem.

Motori sa prirodnim usisavanjem imaju pritisak usisavanja ispod atmosferskog – ispod pritiska okoline. Motori sa nadpunjenjem imaju pritisak usisavanja iznad atmosferskog – iznad pritiska okoline. Razlika pritisaka koja je na raspolaganju za punjenje cilindra vazduhom je veća kod nadpunjenih, nego kod atmosferskih motora.

Početni pritisak sabijanja je veći kod nadpunjenjenih nego kod atmosferskih motora, pa je sa istim stepenom sabijanja i krajnji pritisak veći.(Politropa sabijanja nadpunjenih motora je iznad politrope sabijanja atmosferskih motora). Zato stepen kompresije nadpunjenih motora mora da bude manji.

Stepen kompresije (sabijanja) motora je kod oto motora ograničen pojavom detonativnog sagorevanja, a kod dizel motora silama koje motor može da izdrži bez loma pri maksimalnim pritiscima i brzinama.(Važi i za atmosferske i za nadpunjene motore).

• Motori sa nadpunjenjem su manji za iste snage od motora sa prirodnim usisavanjem (downsizing dimensions) jer istu količinu smeše – punjenja zahvaljujući nadpunjenju mogu da smeste u manji cilindar. Za isti moment motora cilindar je manji, jer se više puni, time je i motor manji.

Radne i kompresione zapremine atmosferskih i nadpunjenih motora*

Nadpunjenje – OsnoveZapreminska efikasnost

Sabijen vazduh ubačen u cilindar pod pritiskom omogućava povećanje zapreminskog punjenja cilindra – zapreminsku efikasnost.

Zapreminska efikasnost (volumetric efficiency) se iskazuje kao odnos stvarne količine svežeg punjenja cilindra prema teorijskoj količini najvećeg svežeg punjenja pri atmosferskom pritisku. (Fresh charge). (Uvek >1).

Zapreminska efikasnost pri startu motora sa sabijanjem vazduha turbinskim kompresorom može biti manja od jedan (100%) i manja od efikasnosti atmosferskog motora.

Pri startu motora turbokompresor ne daje nadpritisak zbog malog broja obrtaja motora i time malog protoka izduvnih gasova za pogon kompresora. Pritisak je tako manji i na kraju takta sabijanja od pritiska koji ostvaruju motori sa prirodnim usisavanjem.

Turbo – punjeni dizel motori, kod kojih se paljenje smeše vrši toplotom iz sabijenog vazduha, imaju zbog manje kompresije otežan start hladnog motora. Nedovoljno sabijen vazduh nema dovoljno visoku temperaturu ni dovoljno toplote, da upali gorivo. Rešenje se nalazi u dodavanju grejača u cilindre kao pomoćnih izvora toplote. Grejači deluju pri hladnom startu, a isključeni su kad motor ima radnu temperaturu.Grejači su nepoželjni, jer narušavaju oblik prostora za sagorevanje.

Nadpunjenje - Vrste

Dva osnovna načina za nadpunjenje motora su:

1. DinamičkoZasnovno na osobinama dinamike struje realnog gasa i oscilovanja poremećajnih talasa pritiska(Ne koriste energiju za pogon)

2. KompresorskoPrimenom uređaja za sabijanje vazduha(Koriste energiju za pogon,dobijenu sa kolenastog vratila ili od izuduvnih gasova)

Dinamičko nadpunjenjePrincip rada

Dinamičko nadpunjenje zasniva se na rezonantnom oscilovanju struje gasa u usisnom vodu (manifold).

Talasi promene pritiska su:• Talasi nadpritska (kompresioni)• Talasi podpritiska (ekspanzioni)

Nastanak talasa podpritiska:U taktu usisavanja u trenutku otvaranja usisnog ventila usled razlike pritisaka u cilindru

(manji) i u usisnom vodu (veći) nastaje talas podpritiska u usisnom ventilu. (Ekspanidrani talas/gas).

Prenošenje talasa podpritiskaTalas podpritiska se kreće od usisnog ventila cilindra kroz usisini vod prema otvorenom

kraju usisnog voda. Istovremeno, vazduh struji u suprotnom smeru: Kroz usisni vod prema cilindru.

Odbijanje talasa podpritiskaTalas podpritiska se odbija kada naiđe na promenu poprečnog preseka kao isti ili kao

različit tip:• Kao različit tip kad se protočni presek struje naglo širi. Na mestu proširenja brzina

struje opada, a pritisak u struji raste. Odbijeni talas podpritiska vraća se sa mesta proširenog poprečnog preseka kao talas nadpritiska. (Komprimovani talas ili gas).

• Kao isti tip kad se protočni presek struje naglo sužava. Na mestu suženja brzina struje raste, a pritisak u struji opada. Odbijeni talas vraća se kao talas podpritiska.

Dinamičko nadpunjenjePrincip rada

Oscilovanje talasa promene pritiska

Otvoren usisni ventil

Na otvorenom kraju usisnog voda presek se naglo povećava u kućištu prečistača (ili kod veze sa atmosferom), pa se pristigli poremećajni talas podpritiska odbija kao talas nadpritiska prema usisnom ventilu.

Na usisnom ventilu protočni presek se naglo smanjuje u odnosu na protočni presek usisnog voda, pa se pristigli poremećajni talas nadpritiska odbija kao talas podpritiska prema kraju usisnog voda.

Daljim ponavljanjem odbijanja talasa promene pritiska nastaje pulsiranje u usisnom vodu.

Zatvoren usisni ventil

Kada se usisni ventil zatvori, prvi pristigli talas nadpritiska se odbija o fizičku prepreku kao (novi) talas nadpritiska, većeg pritiska od pristiglog.

Prema tome, slika strujanja je u usisnom vodu vrlo nestacionarna.

Poremećaj pritiskaNastanak, prenošenje i odbijanje talasa

a = brzina zvukab = brzina struje

1. Otvaranje usisnog ventila i stvaranje poremećajnog talasa ekspanzije

2. Talas ekspanzije kreće se prema otvorenom kraju cevi

3. Talas ekspanzije odbija se od otvorenog kraja cevi kao talas kompresije i kreće prema usisnom ventilu

4. Talas kompresije nailazi na zatvoren usisni ventil i odbija se kao talas kompresije.

Dinamičko nadpunjenjePrincip rada

Uvođenjem pulsacija talasa pritiska u usisnom vodu u rezonancu u vreme takta usisavanja ostvaruje se dinamičko nadpunjenje.

Vazduh osciluje:Kao opruga u usisnoj cevi, “stub” vazduha bez rezonatora Kao masa u usisnom vodu sa Helmholz – ovim rezonatorom.

Vazduh u rezonatoru deluje kao opruga za masu vazduha u usisnoj cevi.

Na nadpunjenje dinamikom struje utiču:• Osobine gasa• Brzina motora• Geometrija usisnog voda:

Poprečni preseci, dužina i oblik usisnog voda određuju osobine strujanja

Helmholz – ov rezonator,poređenje sa mehaničkim sistemom i primena na

usisini sistem

Rezonantna frekvencija Helmholz - ovog oscilatora

Kružna frekvencija Helmholzovog oscilatora H

Svođenje na v brzinu struje i geometriju usisnog kolekt., A,L

=1.4, adijabatski koeficijent specifične toplote za dvoatomni gas – vazduh

A = poprečni presek usisnog vodaP0 = statički pritisak u rezonatoru (atmosferski)m = masa gasa u usisnom voduV0 = statička zapremina rezonatora (na atmosferskom prit.)

V = zapremina usisnog vodaL = dužina usisnog voda

= gustina vazduhav = brzina zvuka* u gasu (brzina kretanja talasa poremećaja

pritiska)

fh = rezonantna frekvencija Helmholzovog oscilatora

20

0

0

0

0

0

0

0

0

,

,

,

2

2

H

H

H

H

HH

H

A Prad s

mV

AVPVA

L mLV

P Am

V LV

P Av v

LV

f

v Af Hz

LV

Manipulacija rezonantnom frekvencijom

Helmholz – ovog oscilatora (diskusija)Povećanje poprečnog preseka A usisnog voda i dužine L povećava masu vazduha

u usisnom vodu, time i inerciju vazduha. Potrebne su veće sile za pokretanje struje.

• Povećanje poprečnog preseka A usisnog voda povišava rezonantnu frekvenciju (v.formulu). Fizički:U rezonator ulazi više vazduha iz poremećajnog talasa i sabijanje vazdušne opruge u rezonatoru je veće. Treba manje vremena da se vazdušna opruga sabije.

• Povećanje dužine L usisnog voda snižava rezonantnu frekvenciju oscilovanja (v.formulu). Fizički:Produžava se put koji premećajni talas treba da pređe, što traži više vremena.

• Povećanje zapremine V0 rezonatora snižava frekvenciju oscilovanja (v.formulu)Fizički: Veća količina vazduha u rezonatoru traži veću količinu vazduha iz talasa nadpritiska da se sabije na isti pritisak. To je mekša opruga sa dužim periodom sopstvenih oscilacija.Zapremina rezonatora treba da se povećava za smanjenje kružne frekvencije i obrnuto.Vazduh zapremine V0 predstavlja konstantu krutosti vazdušne opruge u rezonatoru.

Zaključak: Za istu zapreminu vazduha V0, uzetu kao konstantu opruge• Za manje rezonantne frekvencije koje odgovaraju manjim brzinama motora,

treba smanjivati odnos A/l, odnosno smanjivati poprečne preseke i povećavati dužine usisnog voda.

• Za veće rezonantne frekvencije koje odgovaraju većim brzinama motora treba povećavati odnos A/l, odnosno povećavati poprečne preseke i smanjivati dužine usisnog voda.

02H

v Af

LV

Dužina usisnog voda u zavisnosti od broja obrtaja*

Intake Runner Length vs. RPM

0

1

2

3

4

5

6

0 2000 4000 6000 8000

Engine RPM

Inta

ke R

un

ner

Len

th (

m)

Intake Runner Lengthvs. RPM

Uticaj dužine i prečnika usisne cevi na zapreminsku efikasnost

Ostvarena je zapreminska efikasnost veća od 1 (>100%) sa dužinom cevi od 32.5” (82.5 cm) na brzini oko 3500 i sa dužinom cevi 21.5” (54.6 cm) pri brzini motora oko4000 o/min*

Dinamičkim nadpunjenjem može se ostvariti zapreminska efikasnost do 1.1 (110%), bez komplikacija koje sa sobon nosi nadpunjenje sa pogonom.

Upravljanje kretanjem struje punjenja kod slojevitog punjenja i stvaranje vrtloga

Stvaranje intenzivnog vrtloga u struji vazduha upravljanjem struje omogućava dobru homogenizaciju smeše u cilindru.

Ravnomeran raspored goriva u smeši sa vazduhom daje dobro sagorevanje sa malom emisijom otrovnih komponenti.

Elementi kojima se ostvaruje intenzivan vrtlog:• Klapna u usisnoj cevi (ventil)

Deli usisnu cev na dva dela. Smanjenje protočnog preseka usisne cevi ubrzava struju na ulasku u cilindar.Položajem klapne ventila se može upravljati kontinualno (ECU).

• Konstrukcija usisne ceviUgao usisne cevi prema osi cilindra je podešen za stvaranje vrtloga u cilindru oko date ose.Oblik cevi na ulazu u cilindar prilagođen je ugradnji klapne.

• Usmeravajuća površina u/na klipu (deflektor)Vazdušna struja se okreće deflektorom oko ose paralelne osi cilindra (swirl) ili (xor) oko ose paralene osovinici klipa (tumble).

• Pravac brizgaljke u vreme ubrizgavanjaKod vođenja zidom prema usmeravajućoj površini na klipu, zajedno sa strujom vazduha. Kod vođenja vazduhom Iznad usmeravajuće površine na klipu, prema formiranom vrtlogu.

Dobija se dobro homogenizovana smeša u sloju zbog vrtloženja. Gorivo se ne ubrizgava samo u vreme sabijanja nego i ranije u slojevitom radu, čak u vreme usisavanja.

Pri velikim brzinama motora i homogenom radu klapna se otvara, jer je potreban ceo protočni presek usisne cevi, a brzina struje je dovoljnaza vrtloženje.

Upravljanje strujom punjenja i usisavanja

Levo: Homogen rad, Desno: Slojevit rad, vođenje sloja vazdušnim jastukom (pravac brizgaljke iznad klipa i usmeravajuće površine za vazduh na klipu).

Prevrtanje vazduha (tumbling) paralelno osi osovinice klipa se ostvaruje klapnom u usisnom vodu i usmeravajućom površinom na klipu.

Dinamičko nadpunjenjeoblici izvođenja

Na osobine gasa (svežeg punjenja) se ne može uticati, a ni na brzinu motora u toku rada jer je spoljni zahtev.

Za dinamičko nadpunjenje preostaje kao mogućnost oblikovanje usinog voda – poprečnih preseka i dužine cevi.

Dugačke i uske cevi koje odgovaraju sporim strujanjima su uvek savijene zbog ograničenja prostora.

Kratke i široke cevi, koje odgovaraju brzim strujanjima, mogu biti prave.

Konfiguracije (oblici) usisinih vodova

• Pojedinačni vodovi konstantne dužine i poprečnog preseka(hidraulične cevi – ram pipe)

• Nepromenljiva geometrija rezonantne zapremine i dužine cevi(podešen usisini pritisak – tuned intake pressure)

• Promenljiva geometrija rezonantne zapremine i promenljive dužine cevi(podešen usisini pritisak i podešena dužine cevi – tuned intake pressure and tuned tube; variable geometry intake manifolds)

• Promenljiva dužina voda i promenljiv poprečni presek usisa (hidraulični cilindri – ram tube)

Dinamičko nadpunjenjepojedinačni vodovi

Pojedinačni vodovi konstantne dužine i poprečnog preseka(ram pipe)

• Pojedinačne cevi za svaki cilindar povezane sa zajedničkom kutijom za vazduh (plenum, airbox)

• Nema Helmholzovog rezonatora, talasi pritiska osciluju u pojedinačnim cevima usisnih vodova nezavisno jedni od drugih

• Dužine L cevi su podešene prema broju obrtaja tako da odbijeni talas nadpritiska u struji stigne na usisni ventil u trenutku njegovog otvaranja

• Poprečni preseci A su podešeni prema radnim zapreminama

• Dugačke i uske cevi odgovaraju manjim brzinama, kratke i široke cevi većim brzinama

• Rezonantni efekti se ostvaruju u uskim područjima brzina, kao jedna radna tačka. Mogu se birati niski ili visoki (xor) brojevi obrtaja, moment ili snaga.

• Kinetička enrgija struje u usisnom vodu se može povećati ako se usisni vod poveže sa atmosferom na način da se koristi kretanje vozila (F1, ali i putnički automobili).

Dinamičko nadpunjenjeNepromenljive rezonantne zapremine

Nepromenljiva geometrija rezonantne zapremine i dužine cevi (tuned intake press.)• Helmholzovi rezonatori se sastoje od kutija (dve), u kojima vazduh deluje kao

opruga, i vodova od rezonatora ka kutiji za vazduh (plenum, airbox), po jedan vod za svaki rezonator.

• Jedan rezonator služi za nekoliko cilindara (tri) i povezan je sa cilindrima kratkim pojedinačnim cevima.

• Dužina L cevi, poprečni presek A cevi (tuned tubes) i rezonator V0 podešavaju se prema brzini na kojoj treba da dođe do rezonantnog efekta za nadpunjenje (tuned intake pressure)

• Grupisanje cilindara se vrši po redosledu usisavanja zbog sinhronizacije frekvencije oscilovanja. Isto kao cilindri sa jednakim uglovnim rastojanjem po paljenju. Nesusedno paljenje, parni i neparni cilindri po redu paljenja čine grupu.

• Talasi pritiska osciluju u rezonatorima u vreme kada su usisni ventili otvoreni i oscilacije su prinudne, a u vreme kada su usisni ventili zatvoreni oscilacije su prirodne. Nadpritisak koji se stvara u rezonatoru, koristi se za nadpunjenje cilindara.

• Primena rezonatora daje bolji efekat nadpunjenja u odnosu na cevi bez rezonatora, ali je sistem osetljiviji na nagle promene opterećenja. Helmholz – ov rezonator povećava količinu vazduha u usisnom vodu, time raste inercija vazduha. Brze promene broja obrtaja zahtevaju brze promene frekvencije oscilovanja, a zbog povećane inercije vazduha rezonantni efekat nema dovoljno vremena da se ostvari u prelaznom režimu.

• Rezonantni efekti se ostvaruju u uskim područjima brzina kao jedna radna tačka (visoki/niski (xor) brojevi obrtaja), odnosno okolina radne tačke po broju obrtaja.Napomena: Niski brojevi obrtaja su oni koji odgovaraju maksimalnom momentu, a visoki brojevi obrtaja oni koji odgovaraju maksimalnoj snazi.

Dinamičko nadpunjenje Promenljive rezonantne zapremine

Promenljiva geometrija rezonantne zapremine i promenljive dužine cevi(combined tuned intake pressure and ram pipe; variable geometry intake manifolds)

• Helmholzov rezonator se sastoji od jedne kutije za sve cilindre i dva usisna voda, povezana sa kutijom za vazduh (plenum)

• Rezonator menja zapreminu pomoću klapne na sredini koja zatvaranjem deli rezonator na dva jednaka dela (po tri cilindra)

• Protočni preseci menjaju dužinu preko iste klapne koja deli rezonator na dva dela.

Način radaa. Zatvorena klapna deli rezonatar na dva manja jednaka rezonatora zapremine V0.

Cev u struji iznad rezonatora se podešava dužinom i presekom na rezonantnu frekvenciju sa polovinom zapremine vazduha u rezonatoru.Podešava se za niže frekvencije – manje brojeve obrtaja.Sistem radi na način opisan kao nepromenljive rezonantne zapremine (ram pipe) sa dužim cevima prema rezonatoru podešenim za niske frekvencije, odnosno manje brojeve obrtaja.

b. Otvorena klapna spaja dva rezonatora u jedan dvostruko veći, 2V0.Pojedinačne cevi u struji ispod rezonatora se podešavaju dužinom i presekom na rezonatnu frekvenciju celom zapreminom vazduha u rezonatoru.Podešava se za više frekvencije – veće brojeve obrtaja.Sistem radi na način opisan kao pojedinačni vodovi (ram pipe) čije su kratke cevi prema cilindrima podešene za visoke frekvencije, odnosno veće brojeve obrtaja.

Dinamičko nadpunjenje Promenljive dužine i prečnici vodova

Promenljiva dužina voda i promenljiv poprečni presek usisa(ram tube)

• Cevi usisnog voda zavojnog oblika povezane su sa kutijom za vazduh

Način rada:

a) Zatvorena klapna usmerava vazduh kroz vod sa većom dužinom L i manjim poprečnim presekom A.Frekvencija oscilacija je za niži broj obrtaja.

b) Otvorena klapna usmerava vazduh kroz vod sa manjom dužinom L i većim poprečnim presekom A.Frekvencija oscilacija je za viši broj obrtaja.

Sistem je bez rezonatora, ali ima mogućnost da radi za dve radne tačke – broja obrtaja na oscilatornom principu, kao i pojedinačni vodovi (ram pipe).

Izgledi usisnih sistema

Dinamičko nadpunjenje Promenljive dužine i prečnici vodova

Kompresorsko nadpunjenjePrincip i osnove

Vazduh se sabija kompresorom pre ulaska u cilindar.Sabijenom vazduhu temperatura raste*.

Negativni efekati porasta temperature su:• Smanjenje gustune vazduha

Ređi vazduh ima manje kiseonika za sagorevanje, pa se može dodati manje goriva, što znači manje toplote za mehanički rad i time manji moment.

• Viša početna temperatura sabijanjaRezultat je viša krajnja temperatura u taktu sabijanja i time uslovi za detonativno sagorevanje kod oto motora.

Dodaje se (među) hladnjak (intercooler) za hlađenje (odvođenje toplote sa) sabijenog vazduha posle izlaska iz kompresora, a pre ulaska vazduha u cilindar.

Kompresorsko nadpunjenje Način pogona i vrste kompresora

Povećanje snage motora, maksimalne brzine, Vmax = const, savlađivanje otpora, ranije, a

Povećanje momenta motora na malim brojevima obrtaja M = Mmax(n=nmin), sada.

• Bolje ubrzanje u najširem području broja obrtaja.• Smanjenje dimenzija (downsizing)*. Dovoljno veliki moment već na malim

brojevima obrtaja omogućava smanjenje veličine motora

Pogon i vrste kompresora, najčešće:

• Mehanički, energijom uzetom sa kolenastog vratila (“živa energija”.)Malim zapreminama (positive displacement)**:

– Rut (Root) bez unutrašnje kompresije, samo pokretanje fluida– Vijčani (par zavojnih vretena) sa unutrašnjom kompresijom

• Turbinski, energijom izduvnih gasova (entalpija)Centrifugalno, kinetička energija rotacije pogonske trubine pretvara se u pritisnu energiju u izlaznom kolu turbokompresora.Turbomašina sa pogonskom i pogonjenom grupom.Zajedničko vratilo na kome se nalaze pogonski turbomotor i pogonjen turbokompresor.

Mehanički kompresoriNačin rada i osobine

Upravljanje pritiskom nadpunjenja• Paralelni vod (bypass) sa ventilom za otvaranje paralelnog kružnog toka (ECU)

Sa porastom broja obrtaja protok raste, pa se deo vazduha pod pritiskom iz toka prema cilindru otvaranjem ventila paralelnog toka upućuje kroz paralelni tok natrag na ulaz u kompresor.Time se štedi energija, jer je vazduh u povratnom vodu već sabijen.

• Uključno - isključne spojniceMehaničke i elektromagnetne spojnice se koriste za uključivanje i isključivanje kompresora. Kompresor se isključuje na većim brzinama, ako u sistemu nadpunjenja postoji i turbokompresor jer su mehanički kompresori pogodni za manje brzine motora i isključuje se na manjim opterećenjima motora zbog štednje goriva.Spojnice komplikuju i poskupljuju konstrukciju.

Prednosti• Trenutni porast pritiska sa porastom brzine motora (praktično)

Mehanička – direktna veza sa pogonom povećava broj obrtaja kompresora istovremeno sa povećanjem broja obrtaja motora. Motor odmah razvija veći moment kod zahteva za ubrzanjem, pa je ubrzanje u prelaznom režimu bolje, a odziv brži.

• Jednostavna konstrukcija (relativno)• Termičko naprezanje zanemarljivoNedostaci• Uzimanje aktivne snage – dela razvijene motora za pogon• Povećana potrošnja goriva (posledica), popravka za mala opterećenja isključenjem

preko spojnice

Root – ov kompresorDugi klipovi koji rotiraju bez međusobnog

dodira i dodira sa kućištem. Pogon klipova je preko spoljnog zupčastog para, po jedan zupčanik za svaki klip.

Način sabijanja vazduha je kao kod zupčaste pumpe za ulje – male zapremine.

Kompresor ne stvara unutrašnji pritisak, nema sabijanja vazduha u ćeliji, vazduh se samo transportuje. Pritisak se stvara u potisnom vodu zbog prinudnog kretanja vazduha.

Nedostaci:Ćelija sa vazduhom je u dolasku na potisni

vod na nižem pritisku od pritiska u potisnom vodu, gde je vazduh sabijen. Vazduh se vraća iz potisnog voda u ćeliju kad ćelija pristigne do potisnog voda. Pritisak u potisnom vodu pada. Gubi se već uložena energija za stvaranje nadpritiska. Zatim se iz ćelije vazduh potiskuje natrag u potisni vod, kako se zapremina ćelije prema potisnom vodu smanjuje. Vazduh se usled vrtloženja greje i njegova temperatura u potisnom vodu raste. Smanjuje se gustina vazduha u potisnom vodu.

Mehanički kompresorRoot

Lysholm – ov kompresor

Lysholm – ov kompresorunutrašnje sabijanje vazduha

• Vazduh zahvata “muško” i “žensko” rotirajuće telo, koji se međusobno sprežu (slično zupčastom paru) i potiskuju ga aksijalno.

• Kod transporta vazduha pritisna površina se smanjuje sa rotacijom, a raste pritisak. Stoga snaga za pogon ostaje približno ista.

• Pritisak se gradi u samom kompresoru (kod rutovog kompresora u potisnom vodu)Rutov i Lysholmov kompresor sabijaju vazduh uvek. Na ulasku u kompresor mora zato

postojati prigušna klapna, kojom će se zatvoriti usis kopresora i time sprečiti gradnja pritiska kada pritisak nije potreban. Napr. kad je opterećenje motora malo, pa sabijanje vazduha nije potrebno, a kompresor svejedno radi i odnosi snagu motoru (ekonomičnost).

Mehanički kompresor Lysholm

Lysholm – ov kompresor

Mehanički kompresoruparena zavojna vretena*

Mehanički kompresor Lysholm – ov kompresor sa spojnicom

Mehanički centrifugalni kompresor

Turbokompresorsko nadpunjenje*

Turbokompresorsko natpunjenje troši energiju koja se gubi sa izduvnim gasovima (utilizacija energije) uz sledeća oraničenja:

• Prema dijagramu za izmenu radnog tela bez nadpunjenja odbačena energija je samo ona koja od trenutka otvaranja izduvnog ventila sledi krivu ciklusa do pritiska koji u ostatku izduvavanja više ne opada. (Posle toga je entalpija konstantna*). Kad pritisak izduvavanja prestane da opada, u daljem kretanju klipa nema štednje energije. Klip svojom površinom u radnom prostoru potiskuje izduvne gasove kroz izduvni ventil.

• Prema zamisli da se već na malom broju obrtaja dobije veći moment, postoji na velikim brojevima obrtaja višak izduvnih gasova, odnosno energije izduvnih gasova u vidu entalpije. Višak izduvnih gasova (energije) se odbacuje eksplicitno kroz vod sa barijerom (wastegate) ili implicitno, usmeravanjem toka struje paralelno deflektorima (VTG – Variable Turbine geometry).

• Ometanje izduvavanja jer turbina u izduvnom vodu predstavlja prepreku slobodnom isticanju izduvnih gasova u atmosferu u vreme “konstantne entalpije”. (To važi za ceo proces izduvavanja).

Ipak, ušteda energije preko utilizacije izduvnih gasova je evidentna.

Turbokompresor sa barijerom u vodu za višak izduvnih gasova (wastegate)

Način rada i osobine

• Rotoranje lopatica kompresora daje kinetičku energiju vazduhu, koji usled centrifugalne sile izlazi iz turbine. To stvara podpritisak u kompresoru pa spoljni vazduh ulazi pod uticajem razlike pritisaka u atmosferi (veći) i u kompresoru (manji) aksijalno. (Plavo).

• Na strani pogona izduvni gasovi ulaze u pravcu lopatica, a izlaze u aksijalnom pravcu. (Crveno).

Tok struje vazduha kroz centrifugalni kompresor

Rotor kompresora irotor kompresora sa turbinom na

zajedničkom vratilu

Uležištenje vratila turbokompresora

TurbokompresorSklop rotacione grupe sa kotrljajnim ležajima*

Temperatura metalnih delova turbokompresora posle gašenja motora

Šema sistema za nadpunjenje turbokompresorom sa barijerom

Crvena boja pripada toku struje izduvnih gasova. Smer toka struje označavaju strelice.Plava boja pripada toku komprimovanog vazduha. Tamnija plava boja odgovara vazduhu

pod većim pritiskom u odnosu na svetliju plavu boju. U međuhladnjaku nijansa plave boje se menja od tamnije na svetliju: Hlađenjem temperatura vazduha opada, jer se vazduhu odvodi toplota, a sa padom temperature opada i pritisak. Smer toka struje označavaju strelice.

Turbokompresor ima aksijalan ulaz vazduha, označen belom strelicom (spoljna sredina), a radijalan izlaz sabijenog vazduha.

Turbomotor ima radijalan ulaz, aksijalan izlaz izduvnih gasova u okolinu, označen crvenom strelicom.

Turbokompresor ima integrisan barijerni vod (ili paralelni) (wastegate).(Na šemi nema ventila za kontrolu pritiska komprimovanog vazduha, kružni tok (divert) ili

odbacivanje (dump, blowoff) komprimovanog vazduha.)

Turbokompresor sa barijerom u vodu za višak izduvnih gasova (wastegate)

Način rada i osobineUpravljanje pritiskom nadpunjenja• Izlazni vod za izduvne gasove sa barijerom (wastegate) – ventilom paralelno

turbomotoru Ventil – klapnu za otvaranje paralelnog toka izduva pokreće servoventil, njega upravljački ventil koji kontroliše (ECU). Brzina okretanja turbokompresora zavisi od brzine izduvnih gasova (kinetička en.), ali i od opterećenja motora (entalpija). Sa porastom ukupne energije raste deo izduvnih gasova koji se kao višak (škodljiv) za pogon kompresora propušta u paralelni tok i sa njim gubi energija (waste).*

• Kružni skretni vod za sabijen vazduh (divert air)** sa servoventilom i upravljačkim ventilom za servoventil koji kontroliše (ECU)Kada je leptir potpuno zatvoren protok vazduha u kompresorskom kolu se usmerava u kružni tok otvaranjem skretnog ventila. Time se izbegava stvaranje buke, kavitacije i održava brzina turbinskog/kompresorskog kola održavanjem slike strujanja.Kompresor se nikad ne zaustavlja kad motor radi, čak ni pri najmanjim brojevima obrtaja motora. Potpuno zaustavljena turbina se teško pokreće iz stanja mirovanja zbog lošeg opstrujavanja lopatica u stajanju turbine. Turbokompresori i inače imaju zaostajanje u odzivu pogonske turbine i time u stvaranju nadpritiska zbog inercije rotacije obrtnih delova turbinske i kompresorske grupe (turbolag).

Ideja nadpunjenja je da se postignu veliki obrtni momenti već na malim brojevima obrtaja motora, ispod 2000 u minutu.

Pogonska grupa turbokompresora, konstruiše se za efikasan rad već namalim protocima izduvnih gasova - male brzine motora. Kod velikih brzina motora protok raste i pritisak nadpunjenja postaje prevelik. Višak izduvnih gasova, nepotreban za stvaranje nadpritiska pušta se u paralelni vod (wastegate). U slučaju otkaza klapna se potpuno otvara. (bezbednost).

Broj obrtaja trubine (i kompresora, jer je na zajedničkom vratilu) dostiže 250.000 obrtaja.

Propusni – paralelni vod integrisan sa turbokompresorom

Turbokompresor sa barijerom u vodu za višak izduvnih gasova (wastegate)

Način rada i osobine

Upravljanje servoventilom klapne izlaznog voda (barijera)

Servoventil klapne menja položaj ventila – klapne za propuštanje izduvnih gasova u vod paralelan turbini kompresora (wastegate). Izveden je kao pneumatski ventil sa membranom (dijafragmom) koja mehanički preko poluge pokreće ventil – klapnu paralelnog voda izduvnih gasova.Novija rešenja su na električnom principu, regulacija je brža i preciznija.Upravljački ventil servoventila je povezan sa servoventilom pneumatskim vodom kroz koji servoventilu dovodi izvršni pritisak iznad membrane. Upravljački ventil ima i po jedan pneumatski vod kojim je vezan na ulaz vazduha u kompresor (manji pritisak) i izlaz vazduha iz kompresora (veći pritisak).Ova dva voda daju pritisnu energiju upravljačkom ventilu za komandovanje servoventilom. ECU kontroliše upravljački ventil koji šalje izvršni pritisak na servoventil klapne. ECU dobija informaciju o pritisku nadpunjenja preko senzora.

Promene pritiska iznad membrane servoventila klapne pomeraju mebranu na jednu ili drugu stranu. Kretanje se sa membrane prenosi preko poluge na ventil - klapnu za propuštanje (wastegate), koji menja položaj. U zavisnosti od položaja ventila za propuštanje veća ili manja količina izduvnih gasova zaobilazi pokretačku turbinu kompresora i odlazi u izduvni sistem.

U zavisnosti od ostvarenog nadpritiska kompresora i potreba motora za pritiskom nadpunjenja, vazduh iz upravljačkog ventila se dovodi na servoventil u komoru iznad membrane uz veći ili manji izvršni pritisak.

Turbokompresor sa barijerom u vodu za višak izduvnih gasova (wastegate)

Način rada i osobine

Upravljanje servoventilom usisnog voda za skretanje struje vazduha pod pritiskom u kružni vod kad je klapna motora zatvorena/otvorena Servoventil (divert air, dump valve – preprečni ventil) otvara i zatvara protok kroz kružni vod za vazduh pod pritiskom. (Anti-Surge (bypass)/Dump/Blow Off (atmosfera) Valves). Paralelni tok je bolji od odbacivanja u atmosferu, jer štedi energiju.Upravljački ventil (solenoid) dovodi kroz pneumatski vod izvršni pritisak za otvaranje i zatvaranje servoventila. Upravljački ventil kontroliše ECU.

Nadpritisak i podpritisak, kao energija za pokretanje servoventila, dovode se u upravljački ventil kroz zajednički pneumatski vod priključen ispod leptira (između leptira i cilindra motora). Vod se od leptira grana prema upravljačkom ventilu na dve grane.

Zatvoren leptir, stvara podpritisak u usisnom vodu iza sebe. Podpritisak se odvodi kroz jednu granu u upravljački ventil, a kroz drugu granu u kojoj je i nepovratni ventil, u vakuumski rezervoar. Od vakuumskog rezevoara se podpritisak prenosi pneumatskim vodom u upravljački ventil. Skretni – pregradni ventil se otvara.Otvoren leptir, stvara nadpritisak, koji se kroz granu, u kojoj nije nepovratni ventil i vakuumski rezervoar, odvodi u upravljački ventil. Skretni – pregradni ventil se zatvara. Jednosmerni ventil služi da spreči dovođenje nadpritiska u vakuumski rezervoar i poništavanje vakuuma u vreme kad je leptir otvoren.

Iza leptira u usisnom vodu u zavisnosti od položaja leptira otvoren/zatvoren vlada odgovarajući nadpritisak/podpritisak vazduha koji se prenosi na upravljački ventil servoventila za skretanje vazduha pod pritiskom u kružni tok.

Ventil za ispuštanje vazduha iz usisnog voda u atmosferu

• Leptir otvoren, ispusni ventil zatvorenIznad ventila nalazi se nadpritisak, koji zajedno sa oprugom zatvara ispusni ventil. Nadpritisak se dovodi iz prostora sa leve strane leptira kroz tanak vod iznad ventila, u prostror gde je smeštena opruga.

• Leptir zatvoren, ispusni ventil otvorenIznad ventila nalazi se podpritisak usisavanja motora pri zatvorenom leptiru. Podpritisak se dovodi iz prostora sa leve strane leptira kroz tanak vod iznad ventila, u prostror gde je smeštena opruga. Sa donje strane ventila vlada nadpritisak, koji savladava silu u opruzi, otvara ispusni ventil i propušta deo sabijenog vazduha iz voda kompresora u atmosferu. Time pritisak opada, a kompresor nastavlja da se okreće.Izbegava se usporenje kompresora i buka zbog oscilovanja talasa nadpritiska koja nastaje kad se leptir zatvori i komprimovani vazduh nema gde da ide.

Ventili za kontrolu pritiska turbokompresora kod zatvorenog leptira

Recirkulcioni tok vazduha za kompresor bez ventila za kontrolu pritiska

Sklop turbokompresora sa externim barijernim vodom

Turbokompresor sa garniturom za ugradnju

Turbokompresor sapromenljivom geometrijom turbine

Način rada i osobine

Promenljiva geometrija turbine (Varible Turbine Geometry, VTG)

Upravljanje pritiskom nadpunjenja kompresora je promenom veličine protoka, brzine i pravca struje izduvnih gasova kroz kolo turbine.

Kružna žaluzina menja geometriju turbine, odnosno način strujanja izduvnih gasova.

Konstrukcija žaluzine:• Krilca - usmeravajuća krilca (deflektori) raspoređene oko rotora turbine. Poprečni

presek krilca je oblika aeroprofila.• Prsten za podešavanje

Zaokretanjem prstena preko mehanizma žaluzine menja se ugao krilaca prema struji izduvnih gasova. Sva krilca imaju isti izabrani ugao usmeravanja struje.

Servo uređaj zaokreće prsten za podešavanje u željeni položaj koji određuje ECU.Izvodi se kao pneumatski ventil ili ga pokreće električni motor sa senzorom pozicije u povratnoj sprezi.

Turbokompresor sapromenljivom geometrijom turbine

Način rada i osobineUpravljanje promenljivom geometrijom i nadpunjenjem*

Položaj krilaca za veći izlazni nadpritisak kompresoraKrilca se zaokreću se tako da se protočni presek između njih smanji, a ugao prema

lopaticama povećava.Smanjenje protočnog preseka kroz zasun povećava pritisak izduvnih gasova

ispred zasuna i povećava brzinu struje kroz zasun u kolo turbine.Turbina se vrti brže zbog upravnijeg ugla struje na lopatice i brže struje, a kompresor

stvara veći nadpritisak.

Položaj krilaca za manji izlazni nadpritisak kompresoraKrilca se zakreću tako da se protočni presek povećava, a ugao prema lopaticama

smanjuje.Povećanje protočnog preseka kroz zasun smanjuje pritisak izduvnih gasova ispred

zasuna i smanjuje brzinu struje kroz zasun u kolo turbine.Turbina se vrti sporije zbog paralelnijeg ugla struje prema lopaticama i sporije struje, a

kompresor stvara manji nadpritisak.

Kontrola nadpritiska koji daje kompresor, princip:

Ako se protočni presek kroz zasun povećava broj obrtaja turbine :• Pritisak opada za isti broj obrtaja motora• Pritisak ostaje isti za veći broj obrtaja motora

Turbokompresor sapromenljivom geometrijom turbine

Način rada i osobine

Zaštita od preopterećenjaU slučaju otkaza turbokompresora, podrazumevani položaj zasuna – ugao krilaca takav

da je protočni presek kroz zasun najveći. Tada:• Pri malim brojevima obrtaja motora nadpunjenje će biti nedovoljno, pa se javlja

gubitak snage.• Pri srednjim, a naročito većim brojevima obrtaja, nadpunjenje će biti efikasnije, a

gubici snage manji.Primena

Samo za dizel motore jer je promenljiva geometrija osetljiva na nešto više temperature izduvnih gasova oto motora u odnosu na dizel. (Oko 200°C)

Promenljiva geometrija turbine efikasno otklanja zaostajanje u nadpunjenju (turbo lag).

Zasun se brzo zatvara pri ubrzanju motora. Zatvaranjem zasuna protočni presek žaluzine se naglo smanjuje. Već pri polaznom broju obrtaja (za isti broj obrtaja motora na početku ubrzanja), brzina ustrujavanja izduvnih gasova kroz žaluzinu ka lopaticama turbomotora se povećava, a struja zaokreće upravno na lopatice, čime je kinetičko dejstvo struje najveće.

Istovremeno, pritisak ispred zasuna se povećava zbog smanjenja protočnog preseka kroz zasun, što dodatno ubrzava struju kroz lopatice usled povećane razlike pritisaka ispred žaluzine i u žaluzini, odnosno dalje u turbomotoru.

Rezultat je brzo povećanje broja obrtaja turbokompresora i brzo stvaranje nadpritiska.Motor ubrzava, energija izduvnih gasova raste i ako postane prevelika ECU lagano

menja ugao žaluzine ka manjem punjenju, s obzirom na povećanu energiju izd.gasov.

Turbokompresor sapromenljivom geometrijom turbine

Turbokompresor sapromenljivom geometrijom turbine

Otklanjanje zaostajanja nadpunjenja (turbo lag)

• Konstrukcijom– Na nižim brojevima obrtaja motora kontrola brzine turbokompresora sa ventilom

u potisnom vodu (divert, oto)– Na srednjim brojevima obrtaja motora određivanjem punog protoka kroz turbinu.– na većim brojevima propuštanje viška protoka izduvnih gasova obrtaja motora

(wastegate, oto) – Za sve brojeve obrtaja motora promenljivom geometrijom (WTG, dizel)

• Udvajanjem turbokompresora– Paralelno (twin), sledni (sequential) dva manja kompresora (oto)– Dvostepeno (twostage), uključenje jednog ili oba stepena (dizel)

• Kombinacijom sa mehaničkim kompresorom pri manjim brzinama motora

• Primenom materijala male gustine (“laki” materijali) za smanjenje obrtnog momenta inercije rotora

– Turbina, rotor: Keramika, titanijum (termička naprezanja)– Kompresor, rotor: Magnezijum, plastični materij. (manja termička naprezanja)

• Povećanjem entalpije izduvnih gasova (sport, vatra na izduvu pri promeni stepena prenosa)(I = U + pV). Najjednostavnije, ali i najgore.Dodavanjem više goriva i pomeranjem paljenja na kasnije, čime se povećava toplota (U) i pritisna energija (pV) izduvnih gasova(Ideja je ista kao i za grejanje katalitičkog konvertora). Nije za serijska vozila.

Nadpunjenje sa više (dva) kompresora

Kompresori u šemi nadpunjenja:

• Paralelni (twin)Dva turbokompresora iste veličine i istog dejstva u zajedničkom radu.Zbog manjih dimenzija u odnosu na jedan veći kompresor pojedinačni kompresori imaju manje obrtne momente inercije pa je “turbo rupa” manja.Pogodno za motore sa dva reda cilindara, po jedan kompresor za jedan red cilindara. Pojednostavljuju se i cevovodi.Udvojenih kompresora ima i na linijskim motorima.

• Sledni (sequential)Jedan turbopunjač za manje i srednje brzine (jedna grana), a oba turbopunjača za veće brzine motora. Blizu granice nadpritiska prvog turbopunjača (primarni) propušta se deo izduvnih gasova u drugi turbopunjač (sekundarni). Oba turbopunjača daju nadpritisak u zajednički vod za punjenje prema cilindru.Ubrzanje turbine sekundarnog turbopunjača izduvnim gasovima iz wastegate – a primarnog turbopunjača umanjuje “turbo rupu”.Složena i stoga neekonomična konstrukcija za oto motore, uglavnom prevaziđena savremenim razvojem turbokompresora. Pogodna za dizel motore. (Videti šemu za dizel motore, dvostepeni kompresori.)

Nadpunjenje sa više (dva) kompresora

Kompresori u šemi nadpunjenja:

Dvostepeni

Redno vezana dva kompresora različitih dimenzija sa povećanjem nadpritiska u dva stepena (dizel).

U prvom stepenu veći kompresor sa nižim stepenom sabijanja uzima vazduh na pritisku okoline, sabija ga i predaje manjem kompresoru.

U drugom stepenu izlazni pritisak većeg kompresora je ulazni pritisak manjeg kompresora.

Manje dimenzije kompresora drugog stepena su moguće zbog manjeg protoka vazduha kroz njega, jer je vazduh već sabijen u prvom stepenu.

Manji kompresor (drugostepeni) je prvi u liniji izduvnih gasova i ima paralelni vod sa ventilom (bypass).

Veći kompresor (prvostepeni) je drugi na liniji izduvnih gasova.Na nižim brojevima obrataja motora oba kompresora rade sa punim protokom, propusni

ventil paralelnog toka drugostepenog kompresora je zatvoren.Sa porastom brzine motora propusni ventil paralelnog tokakompresora drugog stepena

se sve više otvara. Drugostepeni kompresor je pravljen za manje protoke.Na velikom brzinama radi samo prvostepeni kompresor, koji daje dovoljan nadpritisak.

Vrlo efikasan i dobro upravljiv sistem. (Šema).

Dvostepena kompresija*

Nadpunjenje sa više (dva) kompresora

Kombinacija turbokompresora sa mehaničkim kompresorom

Mehnički kompresor (Root) i turbokompresor u sprezi.Veza između mehaničkog i turbokompresora je redna.Mehanički kompresor ima paralelni tok i ventil za kontrolu u paralelnom toku.Turbokompresor ima ventil za održavanje brzine kod zatvorenog leptira sa

propuštanjem vazduha pod pritiskom u usisni vod (blow-off).

Na manjim brzinama motora rade kao dvostepeni kompresor dajući zajednički nadpritisak.

Na srednjim brzinama otpori mehaničkog kompresora rastu, a raste i efikasnost turbokompresora. Ventil paralelnog toka mehaničkog kompresora se postepeno otvara, i vazduh prolazi pored mehaničkog kompresora ka turbokompresoru.

Turbokompresor je podešen za rad sa većim brzinama/protocima izduvnih gasova, jer manje brzine pokriva mehanički kompresor. To omogućava bolju iskorišćenost energije izduvnih gasova. Ipak, za najveće brzine ugrađen je propusni ventil (wastegate) za izduvne gasove.

Na većim brzinama radi turbokompresor, a mehanički kompresor se isključuje elektromehaničkom spojnicom jer je nepotreban, a troši energiju.

Root-ov kompresor VW TSI

Kombinovano mehaničko i turbo nadpunjenje

Twin-turbo dizel*

Twin-turbo dizel vozilo

Turbokompresorsko nadpunjenjeKrive momenta, snage i potrošnje

Poređenje sa motorima sa prirodnim usisavanjem po sa istom radnom zapreminom

• Veći momenti i snage pri istim brojevima obrtaja (oto i dizel)Turbopunjeni motori razvijaju veće momente i snage pri istim brojevima obrtaja jer omogućavaju veće punjenje.Premeštanje radnih tačaka motora u oblast manjih brzina

• Unutrašnji otpori okretanju motora se smanjuju.• Pumpni rad se smanjuje

Manji broj obrtaja za isti moment znači manje ciklusa – broja pumpnih radova. Oto ima i šire otvoren leptir, jer se punjenje kontroliše i nadpritiskom, ne samo razredjivanjem vazduha.

Smanjenje trenja i pumpanja smanjuje potrošnju goriva, iako su nadpunjeni motori termodinamički manje iskorišćeni, jer imaju niže stepene kompresije.

• Radni vek motora se produžava kada radi sa manjim brojevima obrtaja: Broj hodova klipa je manji, kao i broj okretaja kolenastog vratila u ležištima.

Smanjenje veličine motora (downsizing) za iste snage:Iz manje radne zapremine dobijaju se iste snage, pa se veličina i masa motora smanjuju.

Turbopunjenje je u prednosti kod nižeg atmosferskog pritiska – praktično nema gubitaka snage pri vožnji na većim nadmorskim visinama (planine).

Nedostatak: Nedovoljan moment kod sasvim niskih brojeva obrtaja kada turbina nema dovoljno energije da ostvari potreban nadpritisak (više oto, dizel ima VTG).

Krive snage i momenta – otoTurbopunjen i atmosferski motor*

Krive snage i momenta – dizelTurbopunjen i atmosferski motor*

Turbokompresorsko nadpunjenjeKrive momenta, snage i potrošnje

Poređenje sa motorima sa prirodnim usisavanjem po broju obrtaja• Najmanji brojevi obrtaja motora (< 1/4)

Moment se malo razlikuje u odnosu na motore sa prirodnim usisavanajem. Moment može biti i manji, jer su stepeni kompresije nadpunjenih motora manji nego kod motora sa prirodnim usisavanjem. Pokretanje turbine kompresora je neefikasno zbog premalog protoka – brzine izduvnih gasova. Nadpritisak kompresora je mali i pritisak u cilindru sličan motorima sa prirodnim usisavanjem.

• Manji i srednji brojevi obrtaja motora (1/4 – 3/4). Momenti su znatno veći u odnosu na motore sa prirodnim usisavanjem. Izduvni gasovi daju dovoljno energije za efikasno nadpunjenje. Najveća razlika momenata u odnosu na prirodno usisavanje nastaje kada turbina počne da dobija dovoljno energije za pun učinak turbokompresora.Kriva momenta koja prethodno naglo raste, postaje skoro prava linija, M=const, paralelna sa brzinskom osom. Veći pritisak nadpunenja je potreban za veće brzine motora jer je manje vremena na raspolaganju da se ubaci sveže punjenje u cilindar.

• Veliki brojevi obrtaja (veći od 3/4) daju iste momente (oto) ili malo veće momente (dizel). Motori sa prirodnim usisavanjem koriste dinamičke efekte brzog strujanja kod usisavanja i imaju poboljšano ispiranje. To povećava zapreminsku efikasnost i povećava pritisak na kraju takta sabijanja, a punjenje je bolje – može se dodati više goriva u više vazduha. Nadpunjeni motori ne mogu dalje povećavati zapreminsku efikasnost zbog ograničenja stepena kompresije. Turbo-rive P,M se približavaju atmo.

“Glatku” krivu momenta pri M = const daje ECU (engine management). ECU kompenzuje efekte oscilovanja struje usisa u usisnom vodu usled neslaganja trenutka otvaranja usisnog ventila i prostiranja talasa poremećaja pritiska.

Turbo 2.0 prema N/A* 2.0Bolje performanse iz iste zapremine

Turbo 1.8 prema N/A* 2.0 Slične performanse iz manje zapremine

Turbokompresorsko nadpunjenjeKrive momenta, snage i potrošnje

Poređenje sa motorima sa prirodnim usisavanjem po načinu rada

• Prelazni period (tranzient) Nestacionarno stanje pri ubrzanju karakteriše inercija rotacije kompresorko turbinske grupe jer ne postoji kruta kinematska (mehanička) veza između kolenastog vratila i turbokompresora, kao kod mehaničkih kompresora. Nadpunjenje je manje u odnosu na stacionarno stanje.

• Zaostajanje nadpunjenja (turbo lag) nastaje kao posledica inercije turbokompresora i traje sve dok se broj obrtaja turbokompresora ne poveća tako da se usaglasi sa energijom struje izduvnih gasova (stacionarno stanje). Sa povećanjem brzine turbine raste i pritisak nadpunjenja, time i moment/snaga motora. “Turbo – rupa” se oseća kao loša “vozivost”*. Skokovi momenta/snage kod podizanja broja obrtaja turbokompresora mogu biti znatni i iznenadni. (ECU – engine management treba da spreči iznenađenja usled naglog prirasta performansi).Na zaostajanje nadpunjenja su osetljiviji oto nego dizel motori. Oto motori imaju veći raspon brojeva obrtaja u kom rade i brže dostižu veće brojeve obrtaja zbog manjih inercija motornog mehanizma. Turbokompresor teže prati veću razliku u broju obrtaja motora u kraćem vremenu. Takođe i konstrukcija TK utiče: oto/dizel=wastegate/VTG. Zaostajanje nadpunjenja (turbo lag) u prelaznom peiodu (transient) može se smanjiti kod oto motora primenom dinamičkog nadpunjenja.

• Stacionarno stanje daje veće momente u odnosu na motore sa prirodnim usisavanjem sve do viših brojeva obrtaja (oto, oko 3/4) odnosno do punog opsega broja obrtaja (dizel). Oto motor tada ima limit zbog detonativnog sagorevanja, a i oto i dizel imaju bolje ispiranje na visokim brojevima obrtaja.

Konstruktivni i radni zahtevi turbokompresora

• Materijali otporni na visoku temperaturu i temperaturna naprezanja* (promene temperature, thermal stress) Termičko naprezanje zbog pogona na izduvne gasove koji imaju visoke temperature i toplotu neiskorišćenu za rad (dU).

• Ležaji za visoke brojeve obrtajaKotrljajni ležajevi velike tačnosti izrade.

• Dinamičko uravnotežavanje masa Precizno zbog velikih brzina okretanja turbokompresora

• Podmazivanje ležajeva uljemKritičan trenutak je posle gašenja motora, kada prestaje cirkulacija ulja. Ulje zaostalo u ležajima turbokompresora se greje iznad temperature ključanja. Potrebno je hlađenje turbokompresora tečnošću za hlađenje.

• Složenija konstrukcija motora Ugradnja kompresora i međuhladnjaka, dodatnog ventila za kontrolu nadpritiska i temperature usisavanog vazduha, vodovi za linije pogona preko izduvnih gasova i vazduha za nadpunjenje pod pritiskom. Kod hlađenja tečnošću i pumpa za pogon rashladne tečnosti nezavisno od sistema za hlađenje motora.

• Komplikovanije upravljanje (management) Složeniji sistem upravljanja motorom, mehanički, elektronski i programski

Međuhlađenje*Grejanje vazduha kod sabijanja

Više kod turbokompresora nego kod mehaničkih kompresora, jer turbokompresor dobija pogon od turbine koju pokreću izduvni gasovi čija je temperatura visoka. Toplota izduvnih gasova greje turbinsko kolo, (rotor i stator) sa kog se toplota provođenjem kroz metalne delove prenosi na kompresorsko kolo. Sa kompresorskog kola toplota se prenosi na vazduh za usisavanje koji se sabija. Vazduh se dodatno greje od dovedene topote, uz grejanje od sabijanja.

Manja gustina toplog vazduha Ugrejan vazduh je ređi od hladnog, odnosno manje je gustine. Sadrži manje kiseonika. Količina goriva koje se može ubrizgati je manja, a time i dobijeni moment. Efekti turbopunjenja se smanjuju.

Hladnjak (intercooler) uvodi se po izlasku vazduha iz kompresora, a pre uvođenja u cilindar (međuhladnjak). Hlađenje sabijenog vazduha nije obavezno, ali je efekat turbopunjenja manji bez hlađenja.

Prednosti hladjenja sabijenog vazduha:• Bolja zapreminska efikasnost ciklusa

Više hladnog vazduha staje u cilindar nego vrućeg.• Veća dobijena snaga iz iste zapremine

Može se dodati više goriva u hlađen vazduh jer ima veću gustinu (ili ista snaga iz manje zapremine)

• Niža temperatura na kraju takta sabijanja (niža početna)– Smanjena mogućnost detonativnog sagorevanja– Smanjena emisija azotnih oksida– Manje termičko naprezanje klipova

1.4l 90 KW TSIVW motor sa turbopunjenjem

1.4l 90 KW TSIVW motor sa turbopunjenjem

Dijagram snage i momenta

Usisni sistem

Usisni vod sa međuhldnjakom

Međuhladnjak

Glava cilindara i klipIvica* za prevrtanje vazduha na sedištu usisnog ventila

Turbopunjač sa elementima

Otvoreni presek sistema turbopunjenja*

Šema turbopunjenja

Davači pritiska nadpunjenja i u usisnom vodu*

Sistem za hlađenje*

Sistem za hlađenje vazduha za nadpunjenje

Pumpa u kolu za hlađenje vazduha nadpunjenja

Međuhladnjak

Turbopunjač - hlađenje

Pumpa za hlađenje nadpunjenog vazduha*

Uslovi pod kojima se pumpa uključuje u rad*

Kolo hlađenja vazduha za nadpunjenje tečnošću je nezavisno od sistema za hlađenje motora i pumpa stupa u rad u sledećim okolnostima:

• Svaki put kad se uključi motor, kratko – stvaranje početnog nadpritiska u rashladnoj tečnosti za hlađenje vazduha

• Stalno na opterećenju > 50% po momentu (v.dij. Slide 311), iznad 100 Nm – kada je temperatura izduvnih gasova i količina predate toplote pogonskom kolu turbokompresora tolika da toplota koja prolazi kroz zajedničko vratilo i kućište t.k. intenzivnije greje vazduh u kolu centrifugalnog kompresora, usled čega raste temperatura nadpunjenog vazduha

• Stalno ako je temperatura vazduha u usisnom vodu 50° C ili iznad – zavisnost od spoljne temperature vazduha na kojoj počinje kompresija, veća krajnja temperatura.

• Ako je razlika u temperaturi vazduha pre i posle međuhlađenja manja od 8° C – nedovoljno hlađenje vazduha pri povećanom broju obrtaja, tj. povećanom protoku vazduha

• Svaka 2 minuta na 10 sekundi za prohlađivanje turbokompresora – temperatura u turbokompresoru polako raste. Periodično snižavanje temperature vazduha i ulja za podmazivanje kroz t.k.u toku rada motora

• Po gašenju motora, 0–6 minuta, u zavisnosti od prethodnog naprezanja motora – zaštita isparavanja tečnosti za hlađenje i ključanja ulja u turbokompresoruKada motor stane u turbokompresoru prestaje protok ulja. Posebno je osetljivo ulje (v.dijagram, slide 275) koje se zadržalo u turbokompresoru. Temperatura ulja raste i dostiže najvišu vrednost posle oko 4 minuta stajanja motora. Dostignuta temperatura je preko dva puta veća od temperture klučanja mineralnog ulja dobrog kvaliteta. Ulje doživljava destrukciju (isparava i zgušnjava se).

Davač nadpritiska punjenja i temperature vazduha*

Davač nadpritiska i temperature vazduha na usisu*

Postavljanje međuhladnjakaTehnički uslovi

• Direktna izloženost struji vazduha (napred)• Ispred drugih izvora toplote (napred)• Ne treba da zaklanja hladnjak motora (pored)• Van dohvata oštećenja (gore)

Praktične pozicije:• Napred• Napred sa strane (iskošeno)• Na motoru (gore, sredina)

Postavljanje međuhladnjaka*Intercoolers that exchange their heat directly with the atmosphere are designed to be

mounted in areas of an automobile with maximum air flow. These types are mainly mounted in front mounted systems (FMIC). Cars such as the Nissan Skyline, Saab, Dodge SRT-4, 1st gen Mazda MX-6 and Mitsubishi Lancer Evolution all use front mounted intercooler(s) mounted near the front bumper, in line with the car's radiator.

Many older turbo-charged cars, such as the Toyota Supra (JZA80 only), Nissan 300ZX Twin Turbo, Nissan 200SX (S13/14/14a/15), Mitsubishi 3000gt, Saab 900, Volkswagen, Audi TT, and Turbo Mitsubishi Eclipse use side-mounted air-to-air intercoolers (SMIC), which are mounted in the front corner of the bumper or in front of one of the wheels. Side-mounted intercoolers are generally smaller, mainly due to space constraints, and sometimes two are used to gain the performance of a larger, single intercooler. Cars such as the Subaru Impreza WRX, MINI Cooper S, Toyota Celica GT-Four, Nissan Pulsar GTI-R, MAZDASPEED3, MAZDASPEED6 and the PSA Peugeot Citroën turbo diesels, use air-to-air top mounted intercoolers (TMIC) located on top of the engine. Air is directed through the intercooler through the use of a hood scoop. In the case of the PSA cars the air intake is the grille above the front bumper, then flows through under-hood ducting. Top mounted intercoolers sometimes suffer from heat diffusion due to proximity with the engine, warming them and reducing their overall efficiency. Some World Rally Championship cars use a reverse-induction system design whereby air is forced through ducts in the front bumper to a horizontally-mounted intercooler.

Air-to-liquid intercoolers*• Air-to-liquid intercoolers (aka Charge-Air-Coolers) are

heat exchangers that transfer intake charge heat to an intermediate fluid, usually water, which finally rejects heat to the air. These systems use radiators in other locations, usually due to space constraints, to reject unwanted heat, similar to an automotive radiator cooling system. Air-to-liquid intercoolers are usually heavier than their air-to-air counterparts due to additional components making up the system (water circulation pump, radiator, fluid, and plumbing). The Toyota Celica GT-Four had this system in the 1988-89 version and also in the Carlos Sainz RC Version.

• A big advantage of the air-to-liquid setup is the lower overall pipe and intercooler length, which offers faster response (lowers turbo lag), giving peak boost faster than most front-mount intercooler setups.

Komplet za hlađenje vazduhom*

Naknadno ugrađen izmenjivač* toplote vazduh - vazduh

The engine bay of a 2003 MINI Cooper S—the top mounted intercooler is circled in red.

Goriva

GorivaUgljovodonična goriva• Gasna

– Prirodan gas, metan– Tečni naftin gas, butan-propan

• Tečna– Benzini– Dizel D1, D2

Prednosti gasnih goriva:• Lako stvaranje smeše• Otpornost na detonativno sagorevanje• Nema taloga pri sagorevanju• Snižena toksičnost izduvnih gasova• Ne razređuju ulje za podmazivanje motoraNedostataci gasnih goriva:• Otežan transport i manipulacija

Od sastava goriva zavisi ispravnost rada motora i emisija ugljen dioksida i otrovnih sastojaka u izduvnim gasovima.

Gasna goriva i radni pV dijagaram

• Otpornost gasa na detonativno sagorevanje Po prirodi veća nego kod benzina pa omogućava veće stepene sabijanja.

Zahvata se veća površina u pV dijagramu “sa gornje strane” dijagrama.

• Homogenizacija smeše sa gasnim gorivomZnačajno bolja nego kod benzina jer je gorivo već u gasnoj fazi. (Posle ubrizgavanja benzin treba da ispari i da se pare benzina homogenizuju sa vazduhom).Upaljenje smeše je lakše, plamen se prostire brže, a sagorevanje je stabilnije. Rezultat:Skraćuje se period pritajenog sagorevanja, što omogućuje smanjenje ugla predpaljenja (za oko 5 stepeni). Manje bezbednosne margine protiv detonativnog sagorevanja daju povoljniji položaj ciklusa u pV dijagramu – dobijanje više rada:

Krive ciklusa se pomeraju u desno, sa strane kompresije na stranu ekspanzije.

Goriva za benzinske motoreBenzini se dobijaju frakcionom destilacijom nafte.Za benzinske motore koriste se parafini i aromati koji su sastavne komponente nafte.

Parafini imaju otvorene lance molekuske strukture, lako se pale, ali imaju malu opornost na detonaciju (pentan).

Aromati imaju prstenastu lančanu strukturu i visoku otpornost na detonaciju (benzen).

Duži lanci molekula se mogu razbijati na manje (cracking) i može im se menjati struktura tako da od otvorenih lanaca postaju prstenasti i otporni na detonaciju.

Za povećanje otpornosti na detonaciju gorivu se dodaju i organski elementi koji sadrže kiseonik, etre i alkohole*. Alkoholi mogu izazvati koroziju i uvećavanje elastičnih elemenata od gume i plastike. Dodaci benzinu na bazi olova (olovo tetra – etil, olovo tetra – metil) su zabranjeni u Evropi. Kod nas su do skora bili u upotrebi – olovni benzin.

Za očuvanje kvaliteta goriva u odnosu na performanse motora i sastav izduvnih gasova gorivu se dodaju detergenti**, inhibitori korozije od vode i vlage i antioksidanti.

U procesu prečišćavanja odstranjuju se iz goriva neželjeni elementi, kao što je to sumpor. Sumpor u gorivu ometa rad katalitičkih konvertora (pepeo) i daje sumpor dioksid SO2*** u izduvnim gasovima.

Goriva su standardizovana. Evropski standard za gorivo za benzin je EN 228.

Otpornost goriva na detonaciju (oto motor)

Oktanski Broj (OB) benzina je mera otpornosti goriva na samozapaljenje

IOB, OB – istraživački oktanski broj, oktanski broj (RON – Research Octane Number)Otpornost benzina na detonaciju pri naglom povećanju opterećenja, odnosno ubrzanju motora.

MOB – motorski oktanski broj (MON – Motor Octane Number)Otpornost benzina na detonaciju pri visokim brojevima obrtaja.

Razlika MOB u odnosu na IOB je u tome što se kod MOB motor termički napreže više nego kod postupka za utvrđivanje IOB: Smeša se predgreva i varira ugao (pred)paljenja tako da se pronađe prvi najmanji ugao sa detonacijom.

Vrednosti motorskog oktanskog broja uvek su (malo) manje od vrednosti istraživačkog oktanskog broja, MOB < IOB za isto gorivo.

Određivanje Oktanskog Broja benzina• Na CFR motoru, koji ima promenljiv stepen kompresije

Traži se mešavina dva goriva koja detonira pri istim uslovima kao i ispitivano gorivo• Izooktan, C8 H18 , OB = 100; (otporan)• n – heptan, C7 H16 , OB = 0 (neotporan)Oktanski broj jednak je procentualnom učešću izooktana u smeši sa n-heptanom.

Gasna goriva• Metan IOB (RON) = 120 ... 130 (!)• Propan – butan (TNG), IOB = 110 (!), MOB > 89

Goriva za dizel motoreosobine

Dizel goriva se dobijaju frakcionom destilacijom nafte. Sve više se dobijaju krekovanjem – razbijanjem lanaca težih sastojaka nafte. Čini ih mešavina hidrokarbonata koji se pale na oko 350°C (min 220°C). Temperatura paljenja benzina je oko 500°C.

Osobine dizel goriva• Viskoznost

Viskoznost stvara unutrašnje trenje u gorivu* pri kretanju kroz sistem za napajanje gorivom i ubrizgavanje.Mala viskoznost umanjuje efikasnost pumpe visokog pritiska povećavajući propuštanja pored elemenata za stvaranje pritiska (klip). Gubici na propuštanje umanuju performanse motora, jer se smanjuje količina ubrizganog goriva.Velika viskoznost povećava vršni pritisak, što napreže instalaciju visokog pritiska. Osim toga, raspršivanje goriva kod ubrizgavanja je lošije, jer unutrašnji otpori trenja u gorivu ometaju razbijanje goriva na manje kapljice kod ubrizgavanja.

• GustinaKod dizel motora punjenje se reguliše kvantitativno, količinom ubrizganog goriva. Goriva veće gustine imaju veću toplotnu moć i obrnuto. Za istu količinu ubrizganog goriva veća gustina poboljšava performanse, ali i izaziva porast čestica u izduvu i obrnuto. Kada sistem za ubrizgavanje nema mogućnost odeđivanja ubrizgane količine goriva u zavisnosti i od gustine goriva kojoj pripada odgovarajuća toplotna moć, promena gustine goriva i sa njom toplotne moći goriva je nepoželjna.

Goriva za dizel motoreosobine

• Mazivost i sadržaj sumporaZa eliminaciju sumpora iz goriva primenjuje se postupak hidrogenizacije: Tokom destilacije nafte ubacuje se u gorivo vodonik pod visokim pritiskom, koji se uz prisustvo katalizatora i pod uticajem tempereture jedini sa sumporom i daje sumpor-vodonik H2S. Iz sumpor-vodonika se u kasnijem postupku izdvaja sumpor. Negativan efekat:U postupku desulfurizacije hidrogenizacijom se uklanjaju jonske komponente goriva koje daju podmazujuća svojstva dizel gorivu. Smanjena maziva svojstva povećavaju istrošenja distributor pumpi pa se gorivima dodaju komponente* kojima se vraćaju podmazujuća svojstva dizel gorivu izgubljena u postupku desulfurizacije.

• StinjavanjeNa nižim temperaturama (već blizu nule) izdvajaju se i očvršćavaju parafini iz goriva (kristalizacija parafina) i sprečavaju protok goriva kroz sistem za napajanje zatavarajući prolaz kroz prečistač goriva**. Gorivu se zimi dodaju supstance na bazi polimera koje ne sprečavaju separaciju parfina iz goriva ali zaustavljaju rast njihovih kristala na veličini koja može proći kroz prečistač.***

Goriva su standardizovana. Evropski standard za dizel gorivo je EN 590.

Sklonost goriva ka upaljenju(dizel)

Cetanski broj (CB) je mera goriva prema upaljenju* (Cetane Number, CN) kao vreme proteklo od trenutka ubrizgavanja do trenutka paljenja. Veći cetanski brojevi upućuju na veću sposobnost goriva ka samopaljenju.

Gorivo mora da se upali toplotom iz vazduha u predviđeno kratkom vremenu posle ubrizgavanja u cilindar. Duže veme samopaljenja otežava vođenje procesa sagorevanja i u ekstremnom slučaju može da formira smešu koja sagoreva udarno.

Utvrđivanje CB• Cetan**, C8 H18 , CB = 100• Metil - naftalen***, C7 H16 , CB = 0

Za određivanje cetanskog broja služi CFR (Cooperative Fuel Research) standardizovan jednocilindrični dizel motor sa mogućnošću promene stepena kompresije. Kompresija se menja dok se za ispitivano gorivo ne postigne vrednost od 2.4ms od trenutka ubrizgavanja do trenutka upaljenja – vreme upaljenja. Posle toga se traži sastav cetana i n-heptana koji korespondira sa ovim vremenom. Procenat cetana u gorivu je cetanski broj.

Pored cetanskog broja postoji i cetanski indeks, koji se dobija izračunavanjem na osnovu gustine goriva i krive ključanja goriva (neeksperimentalno).

Nezavisno od sadržaja goriva cetanski broj, odnosno sposobnost paljenja dizel goriva se može poboljšati raznim dodacima.

Alternativna gorivaBenzinski motori

• Prirodan gas metan, CH4 (zemni gas), može se dobiti i iz biomase. Skladištenje:Komprimovan kao gas na 200 bar (CNG*) i temperaturi okoline.Nedostatak: Potrebna je četiri puta veća zapremina rezervoara u odnosu na tečna goriva.Ohlađen na -162°C i održavan u hladnom stanju (LNG). Nedostatak: Neekonomično, stalno hlađenje da bi se gas održao na niskoj temperaturi zahteva energiju.Prednost kao goriva:Niska emisija ugljen dioksida. Smanjenje za 25% bez ikakvih intervencija na motoru uz jednaku oslobođenu količinu toplote. Umesto CO2 ima više vodene pare u produktima sagorevanja. Visoka otpornost na detonaciju RON 130. Omogućava veće stepene kompresije do 20% i time bolju termodinamičku efikasnost uz smanjenje dimenzija motora. Potrošnja goriva je manja, što povlači još manju emisiju CO2. Pogodan za turbopunjenje.Tečni naftin gas (TNG) Butan – propan, dobijen iz nafte (LPG**), prateći je produkt frakcione destilacije nafte.Oktanski broj 110*** motorski 89, 10% manja emisija CO2 u odnosu na benzin.Nedostatak: Teži od vazduha, taloži se pri zemlji. U nekim zemljama parkiranje vozilima na butan-propan je zabranjeno u zatvorenim garažama.

Alternativna gorivaBenzinski motori

• AlkoholiBiološkog porekla pa je regenerativan. Samo u Brazilu se koristi kao čisto gorivo. U Evropi i Americi kao dodatak gorivu za povećanje oktanskog broja.

• VodonikSkladištenje na pritisku 350 – 700 bar ili u tečnom stanju na -253 °C.Velika upaljivost omogućava rad sa vrlo siromašnim smešama, do = 5. Siromašna smeša omogućava veće otvaranje leptira (WOT), čime se smanjuje prigušenje i tako smanjuje pumpni rad. Zbog zapaljivosti, usisni sistem mora da bude prilagođen da spreči povratak plamena u usisni vod (backfire). Jedino gorivo koje u procesu sagorevanja ne daje ugljen dioksid*.

Nedostatak: Opasnost od zapaljivosti i stoga otežana manipulacija i skladištenje.Veća zapremina 10 puta u gasnom stanju na pritisku od 350 bar od one koju zauzima benzin, a u tečnom stanju četiri puta. Održavane u tečnom stanju je nekonomično, jer zahteva energiju za hlađenje.

Upravljanje vozilom

Kinematika upravljačkih točkovaStabilizacija upravljačkih točkova:• Održavanje u neutralnom položaju

Držanje pravca kretanja vozila• Vraćanje u neutralan položaj

Posle skretanja vozila vraćanje upravljačkih točkova u neutralan položaj

Uglovi upravljačkih točkova

Određuju stabilizaciju upravljačkih točkova• Ulazna vrednost je ugao upravljanja

Zadaje se zaokretanjem upravljačkog mehanizma• Izlazna vrednost je skretanje vozila

Odziv vozila na zaokretanje upravljačkog mehanizma (otvoreno kolo)

Upravljanje vozilom treba da bude takvo da vozač prima informacije o kontaktu upravljačkih točkova sa podlogom, a da skokovita kretanja točkova u elementima oslanjanja i sila vuče točka ne utiču na sile na upravljaču.

Kinematika upravljačkih točkovaUpravljački točkovi zaokreću se oko osovinice (kingpin) rukavca koja leži na osi

zaokretanja točka.

Osovinica zaokretanja točkaOsa zaokretanja upravljačkog točka gradi ugao sa vertikalom (inclination), koji se

projektuje na dve vertikalne ravni: Ravan uzdužnog preseka vozila i ravan poprečnog preseka vozila. Osa osovinice se određuje rukavcem kroz koji osovinica prolazi.

• Ugao Zatura i Zatur (Caster angle and Caster)Ugao zatura je ugao ose osovinice rukavca i vertikale u uzdužnoj ravni preseka vozila.Zatur je rastojanje od prodora ose osovinice kroz tlo do sredine dodirne površine pneumatika sa tlom u uzdužnoj ravni preseka vozila.

Zatur vraća upravljačke točkove posle skretanja pod dejstvom momenta na pravac koji stvaraju vučna sila točka i sila otpora kretanju točka. Slično “klavirskom” točku (napr. kolica za alat) postiže se efekat vučenja točka tako da točak uvek pod dejstvom momenta zauzima položaj koji dovodi vučnu silu i silu otpora na zajednički pravac kretanja. Veće zaokretanje daje i veće momente, pa je vraćanje upravljača brže. Ako zatur na obe osovinice nije isti, a usmerenost točkova takva da su prednji krajevi točkova prema smeru i pravcu kretanja vozila bliži nego zadnji, vozilo će da skreće na stranu na kojoj je zatur veći. (Vuče u stranu na upravljaču zbog većeg kraka momenta zaokretanja upravljačkog točka na strani većeg zatura.Obrnuto za otv.točk).

Kinematika upravljačkih točkovaOsovinica zaokretanja točka

• Ugao Nagiba i krak zaokretanja (Kingpin angle and Kingpin offset)Ugao nagiba je ugao ose osovinice rukavca u poprečnoj ravni preseka vozila.Krak zaokretanja je rastojanje od prodora ose osovinice rukavca kroz podlogu do sredine dodirne površine pneumatika sa tlom u poprečnoj ravni vozila.

Krak zaokretanja izdiže vozilo* kod zaokretanja upravljačkih točkova. Izdignuto vozilo teži da se vrati u najniži položaj pod uticajem sopstvene težine i time vraća upravljačke točkove na pravac. (Samocentriranje upravljačkog mehanizma).

Nejednake sile prijanjanja na upravljačkim točkovima kod kočenja i vučne (ako su pogonski) stvaraju nejednake momente na kracima zaokretanja točka. Stoga se osovinice naginju prema poprečnoj ravni tako da je krak zaokretanja točka jednak nuli, ili da se nalazi sa spoljne strane točka u odnosu na vozilo (negativan) za malu vrednost. Sa malim negativnim krakom se pri kočenju stvara moment koji deluje na upravljačke točkove u smeru približavanja prednjih delova točkova, (poboljšava držanje praca), a pri vuči u smeru udaljavanja prednjih delova točkova (smanjuje bočne otpore točkova).

Rekapitilacija:Zatur vraća upravljačke točkove na pravac dejstvom sile trenja podloge na točak, aKrak zaokretanja vraća upravljačke točkove na paravac silom teže (težinom) vozila.

Kinematika upravljačkih točkovaUpravljački točkovi okreću se i kotrljaju po podlozi oko ose rukavca točka.Točkovi Nezavisno od ugla osovinice rukavca, ravni okretanja točkova grade još dva ugla: Prema

pravcu kretanja i prema vertikali.• Ugao usmerenosti i usmerenost

Ugao usmerenosti je ugao koji grade tragovi ravni okretanja točkova na podlozi prema pravcu kretanja. Točak se kotrlja u ravni koja gradi mali ugao sa pravcem kretanja. Usmerenost točkova na pravcu je simetrična – svaki točak ima polovinu ugla usmerenosti. Veličine ovih uglova su: 5-20 min za upravljčke točkove koji nisu pogonski (konvergencija), a do -20 min za prednje pogonske točkove (divergencija). Pod dejstvom sile vuče točka na elastične elemente vođenja točka divergencija se gubi i/ili prelazi u konvergenciju. Male vrednosti uglova usmerenosti se teško mere praktično, pa se koristi usmerenost, što je razlika rastojanja krajnjih tačaka naplatka na prednjoj strani i na zadnjoj strani (toe-in, toe-out).

Usmerenost točkova gradi na pravcu bočnu silu otpora kretanja točka.Za male uglove skretanja, do vrednosti kada je na jednom točku ravan okretanja (trag

ravni na podlozi) paralelna sa pravcem kretanja na jednom točku, na drugom točku se usmerenost udvostručava. Bočna sila otpora kretanju (trenje) na prvom točku se smanjuje i nestaje, a na drugom raste. Rezultat razlike bočnih sila otpora je vraćanje upravljačkih točkova u simetričan položaj – održavanje pravca kretanja vozila na pravcu bez učešća (napora) vozača. Deluje zajedno sa zaturom osovinice rukavca.

Dejstvo bočnih sila otpora stvara napone u elementima upravljanja čime sprečava oscilacije upraljačkog mehanizma.

Usmerenost brzo gradi bočne sile koje stabilizuju kretanje vozila na pravcu.

Kinematika upravljačkih točkova• Nagib

Nagib je ugao koji gradi ravan okretanja točka prema vertikali.Ako su točkovi bliži pri vrhu nego pri dnu – na podlozi, nagib je negativan.(Nagib stvara male bočne sile, što nije ideja.)

Najbolji kontakt točka (pneumatika) sa podlogom ostvaruje se kad točak nema nagib, odnosno kad je u vertikalnoj ravni.

Kada se vozilo kreće kroz krivinu, ono se naginje, okrećući oko podužne ose usled inercijalnih sila i bočnih reakcija tla na točkove. Strana bliža krivini se odiže od tla, a težina prenosi na drugu stranu vozila. Naginjanje vozila menja nagib točkova.

Da bi se u krivini usled naginjanja vozila dobio nulti nagib točkova na spoljnom točku prema krivini, opterećenijem težinom, daju se točkovima negativni nagibi. Opterećeniji točak zbog veće vertikalne sile više pritiska podlogu i može da ostvari veće bočne reakcije na tlu. Točak sa unutrašnje strane krivine, istina, dobija veći negativni ugao nego na pravcu i u nepovoljnijem je položaju za dobar kontakt sa podlogom, ali je na njemu usled odizanja vozila manja vertikalna sila koja deluje na podlogu. Iako se njegove bočne reakcije smanjuju, u ukupnom iznosu oba točka imaju veću bočnu reakciju sa negativnim uglom, nego bez nagiba prema vertikali.*

Grade se sistemi oslanjanja točka sa više tačaka (multilink) vođenja točka koji praktično održavaju u svim uslovima točak u vertikalnom položaju. Nedostatak, komplikovanija i skuplja konstrukcija.

Rukavci točka kućnog nameštaja i točka vozila – poređenje uglova i položaja osa

Zajedničko:

Osa rukavca prodire kroz podlogu ispred kontakta točka sa podlogom u smeru kretanja. Točak je vučen.

Različito:

Osa rukavca točka kućnog nameštaja je vertikalna i ne prolazi kroz osu točka. Osa upravljačkog točka vozila je nagnuta u uzdužnoj (i poprečnoj) ravni vozila i prolazi kroz osu okretanja točka (ili blizu ose).

Ugao nagiba i zatura osovinice rukavcaProjekcije na uzdužnu i poprečnu ravan

Kingpin axis: Osa osovinice zaokretanja točka

• Front view: Poprečna ravan vozilaInclination angle: Ugao nagiba ose osovinice točka u poprečnoj ravni vozila

• Side view: Uzdužna ravan vozilaCastor angle: Ugao nagiba ose osovinice točka u podužnoj ravni vozila

Front: smer kretanja točka (vozila)

Kinematika upravljačkih točkova(detalji)

• Spindle length: Najkraće rastojanje između centra točka i ose okretanja rukavca (prikazana u obe projekcije, u podužnoj ravni samo strelica kote)

• Tie rod: Spona, prednji i zadnji tapez upravljanja.• Scrub radius: Poluprečnik zaokretanja točka, negativan, sa spoljne strane u odnosu

na vozilo• Wheel offset: Rastojanje ležaja točka od srednje ravni točka

Ugao zatura i nagiba osovinice rukavca iUsmerenost i nagib točka

Ugao zatura osovinice rukavca*

Ugao nagiba osovinice rukavca

Nagib točka

Levo: Ugao točka sa negativnim nagibom

Desno: Promena nagiba točka

Točak bez nagiba dobija nagib kod naginjanja vozila.

Nagib se neće menjati ako su gornje i donje rame iste dužine i paralelni,a vozio se ne naginje (oscilacije točka pri kretanju vozila po pravcu).

Ako dužine i/ili međusobni uglovi gornjeg i donjeg ramena nisu isti, nagib se menja. Način promene određuje se dužinama i uglovima ramena.

Promena se vodi tako da pri naginjanju vozila točak ostane vertikalan. (Važi za “krut točak - pneumatik”). Elastičan točak: Pneumatik se savija (povodi) pod dejstvom bočnih sila.

Usmerenje točkova

Kinematika upravljačkih točkova

• Zaokretanje upravljačkih točkova

• Trapez upravljanja – mehanizam

Kinematika kotrljanja točkova pri skretanju vozila

Trenutni pol okretanja točkova pri kotrljanju bez klizanja krutih točkova.

Uglovi zaoketanja upravljačkih točkova nisu isti ( i ).

Akeramanov ugao

Najjednostavnija konstrukcija trapeza upravljanja preko Akermanovog ugla:

Pravci bočnih strana trapeza seku se na sredini zadnjeg mosta

Steering arm: Rukavac

Tie rod: Spona; Ball Joint: Sferni zglob, veza spone i rukavca.

Akermanovi uglovi

Trapez upravljanja:Na pravcu i pri skretanju u desno, uglovi

unutrašnjeg i spoljnog točka

Elementi mehanizma za upravljanje

Zavojno vreteno i segment zupčanika

Puž, navrtka i segment zupčanika upravljačkog mehanizma sa recirkulirajućim loptastim kotrljajnim telima

Mehanizam za upravljanje pokretan pužem sa recirkulirajućim lopticama

Zupčanik i zupčasta letva*

Mehanizma za upravljanje pokretan zupčanikom sa zupčastom letvom

Zupčanik sa zupčastom letvom*

Elementi oslanjanja

Stabilizaciona poluga

Podizanje jednog kraka stabilzacione poluge podiže drugi krak/točak. Poluga je uležištena sa dva gumena oslonca na srednjem delu, u kojima može da rotira oko svoje ose.

Wishbone Y dvostruki i jednostruki

MacPherson (levo) i Multilink

Krut most – zavisno oslanjanjeOpruge i lisnati gibanj*

Vučeni oslanjanje (trailing arm)

Kočnice

Glavni kočioni cilindar*

• Transformiše silu pedale kočnice u pritisakU zajedničko kućište smeštena su dva hidraulično nezavisna cilindra.Nezavisna kola postoje iz bezbednosnih razloga, za slučaj otkaza u sistemu za kočenje.

Glavni kočioni cilindar

Glavni kočioni cilindar*

Glavni kočioni cilindar*

Prazan hod pedale

Početak kretanja pedalePodizanje pritiska u kolu na poluzi

Nastavak kretanja pedalePrenošenje pritiska razdelnikom

Kraj kretanja pedaleIzgrađen pritisak za kočenje

Povratni hod pedaleOslobađanje pritiska

Doboš kočnice

Doboš kočnice• Pogodne za ugradnju pomoćne kočnice

Samo za zadnje točkove, praktično ih nema više na prednjim točkovima.Broj cilindara i/ili klipova: Symplex, duplex, duo symplex.

Obloge kočnica nisu više od azbesta. Azbest dobro podnosi visoke temperature, ali je kancerogen.

OsobineOtvrdnjavanje obloga (pri pregrevanju) zahteva veću silu pritiska na pedalu kočnice za

istu efektivnost kočenja. Preciznost kočenja opada.Pravac sile kočenja klipova leži u ravni okretanja doboša, u istoj ravni u kojoj je i

sila trenja između kočionih papuča i doboša. Posledice:Nailazeća i silazeća koćiona papuča (symplex). (Uvek jedna, bez obzira na smer

okretanja točka, odnosno kretanja vozila.) Nailazeća papuča ima efekat samopojačanja kočenja. Sila trenja nailazeće papuče pravi moment u istom smeru u kom moment pravi i sila aktiviranja papuče prema osi okretanja papuče. Momenti sile aktiviranja i sile trenja se sabiraju. Sila trenja silazeće papuče pravi moment u suprotnom smeru od momenta sile aktiviranja papuče prema osi okretanja papuče. Momenti sile aktiviranja i sile trenja se oduzimaju. Zato se obloga nailazeće papuče brže haba nego obloga silazeće papuče.

KonstrukcijaJedan kočioni cilindar sa dva klipa koja pomeraju krajeve kočionih papuča. Najčešće

jednocilindrična (symplex), na drugom kraju su oslonci/osovine oko kojih se okreću.PrednostNiska cena u odnosu na disk kočnice.Nedostatak:Doboši od čeličnog liva zadržavaju dosta toplote i pri dužim jakim kočenjima mogu se

deformisati. Deformisani doboši vibriraju pri kočenju.

Doboš kočnice

Negativni efekti pri kočenju

• Povećanje prečnika doboša pri grejanju produžava hod pedale kočnice

• Smanjenje koeficijenta trenja obloga pri grejanju umanjuje efektivnost kočenja. Kod hlađenja kočnice efektivnost se vraća.

• Stvaranje glatkog sloja na oblogama, pri visokim temperaturama (glazura). Kočenje je smanjeno sve dok se ovaj sloj ne ishaba ili ukloni na servisu.

• Kočiona tečnost se više greje i može isparavati u sistemu za kočenje, posebno ako je upila više vlage.

• Voda koja dospe u doboš na mokrom putu teže izlazi iz doboša i deluje kao sredstvo za podmazivanje između kočionih papuča i doboša. Tek kad se voda iz doboša istisne i doboši ugreju tako da i vlaga ispari na kontaktnoj površini sa papučama, efekat kočenja se vraća.

Doboš kočniceSamopodešavanjeTokom rada obloge se troše, njihova debljina smanjuje, a hod pedale

produžava.Doboš kočnicama se dodaje mehanizam za samopodešavanje, koji će držati

obloge na jednakom rastojanju bez obzira na stepen istrošenosti. Mehanizam za samopodešavanje polagano razmiče kočione papuče.

Istovremeno i klipovi hidrauličkog cilindra se lagano razmiču međusobno, a prostor u sistemu za kočenje popunjava tečnost iz suda.

Postoje razne konstrukcije mehanizma za samopodešavanje.Bez obzira na konstrukciju, postoji jedan opšti uslov, koji mehanizam za

samopodešavanje treba da zadovolji:Za slučaj toplotnog povećanja (prečnika) doboša pri intenzivnijim kočenjima i

hlađenja posle rasterećenja razmicanje i primicanje papuča mora da prati toplotne dilatacije doboša. Ako praćenje sistema za podešavanje i održavanje zazora između papuča i doboša nije efikasno, pri grejanju doboša zazor se povećava, a hod pedale kočnice produžava, a pri hlađenju doboša može doći do spontanog kočenja, ili čak, potpune blokade kočnice.

Disk kočnice

Po dva klipa u svakoj strani klješta.

Disk kočnice

“Plivajuća klješta” (slide pin), jedan klip sa jedne strane (levo)

Disk iz dva dela (“plivajući”) i kočiona papuča sa zvučnim indikatorom za istrošenje

Kočione papuče disk kočnice

Kočione papuče i dugmad za granicu istrošenja obloga

Disk kočnica, mehanizam pomoćne disk kočnice, otvor za kontrolu istrošenja obloga

Izvođenja diskova

Sa leva na desno, disk:

Gladak, sa zarezima, sa zarezima i otvorima, samoventilirajući sa zarezima i otvorima.

Plivajući disk

Disk kočnice• Disk je od čeličnog liva (sivi liv) ili kompozita (keramika, kevlar).Disk kočnice imaju otvorenu konstrukciju i za istu veličinu frikcione površine bolje koče od

doboš kočnica, bolje se hlade, lakše istiskuju vodu. Geometrija kočnice:Doboš: Cilindar na cilindar (teže uparivanje frikcionih površina)Disk: Ravan na ravan (praktično trenutno uparivanje frikcionih površina)Pravac sile kočenja klipa je upravan na ravan okretanja diska, time i na silu trenja

između kočionih papuča i diska. Zbog toga kod disk kočnice nema samopojačavajućeg dejstva kočenja kao kod doboš

kočnice niti sklonosti ka samokočenju.Moguće je konstrukcijom klješta u vidu strme ravni (uklinjenje) pojačati dejstvo kočenja preko sile trenja između diska i obloga kočionih papuča.

Ugradnja na prednje točkove, na koje otpada veći deo kočenja vozila, ili i na prednje i na zadnje točkove.

DiskObični ili složeni “samoventilirajući” – sa udvostručenim srednjim delom i rebrima u

sredini, koja deluju kao lopatice centrifugalnog ventilatora i poboljšavaju hlađenje kod više opterećenih kočnica.

Otvori i zarezi pomažu čišćenje diska od prašine i vode. Zarezi pomažu bržem skidanju sloja obloga, tako da je površina obloga uvek bez glazure. Koeficijent trenja je tada veći, ali se obloge brže troše. Predstavljaju izvore geometrijske koncentracije napona (zarezi), i nejednakog termičkog naprezanja (otvori i zarezi) jer su im ivice na različitim radijusima od ose okretanja diska. Zbog toga može doći do loma diska.

Disk kočniceOštećenja diskaIzobličavanjaToplota greje diskove na prečniku gde je trenje između diska i obloga kočnica. Na

prečniku od frikcione površine do ose okretanja diska nema trenja, pa ni grejanja. Razlika u temperaturi nejednako toplotno napreže disk što izobličava disk. Kočiona površina izobličenog diska izlazi iz ravne površine: Disk počinje da “baca”.

Disk kočnice su vrlo osetljive na izobličavanje diska. Usporenje vozila pri kočenju dobija oscilatoran karakter sa periodom od jednog obrta diska.

Odstupanje diska meri se na rastojanju oko 12 mm radijalno (1/2”) od spoljnog prečnika diska. Za putnička vozila vrednost odstupanja, pri kom nema “bočnog bacanja” je samo 0.05 mm. (“Lateral runout”).

Bočno odstupanje nastaje i iz drugih razloga, osim toplotnog naprezanja:• Nejednako istrošenje diska po krugu usled prljavštine nanete u vožnji (poravnati

kočione površine na strugu).• Istrošenje širine diska ispod granične mere (tanak disk je osetljiviji na toplotne

deformacije, jer manja masa ima manju mogućnost akumuliranja toplote*).• Bočno ostupanje glavčine (na koju se montira)• Nečistoće između površina diska i glavčine (pri montaži)

Bočno odstupanje i/ili nečistoće između glavčine i diska imaju jednu oscilaciju po jednom obrtu posle montaže ispravnog diska.

• Držanje pritisnute pedale kočnice na pregrejanom disku kad vozilo stoji.**Na mestu gde su kočione obloge hlađenje je onemogućeno, dok se otvoreni deo diska hladi.

Izobličavanje diska vodi u nejednako istrošenje diska po krugu. Na mestima gde je disk izobličen, naprimer u obliku “~” dolazi do razmicanja kočionih obloga, a na ravnom delu do primicanja. Na pedali kočnice (i na kočionoj sili) se javljaju pulsacije. Kod razmicanja intenzitet kočenja se povećava, kod primicanja smanjuje. Pulsacije nastaju pri nejednakosti u debljini diska oko 0.17 mm.

Disk kočniceNaslage na disku• Obloge kočnica

Pregrejane obloge kočnica mogu zalepiti na pojedinim mestima diska ostatke praha istrošenog pri kočenju. Na takvim mestima disk će biti deblji i stvarati pulsacije pedale kočnice.

• Strani materijaliMasnoće i prljavštine sa kolovoza mogu se zalepiti na nekim mestima za disk. Koeficijent trenja na takvim mestima biće smanjen.

OgrebotineNastaju kod neblagovremene zamene istrošenih kočionih obloga.Kočione obloge mogu biti lepljene ili zakivane na metalnu osnovu. U obe varijante

ogrebotine su kružne oko ose okretanja diska i ako su manjeg obima ne zahtevaju intervenciju jer brzo dolazi do komplementranosti (uparivanja) površina novih obloga i diska.

Za upozorenje vozaču na istrošenje kočionih obloga koriste se:• Električni kontakti ugrađeni u obloge, koji daju masu kad istrošenje postane toliko da

kontakt dođe u dodir sa diskom. (Drugi kraj ima priključak na “plus”). • Dodatni elementi u vidu savijene čelične lisnate opruge, koji na granici istrošenja

obloga počnu da dodiruju disk i u kretanju proizvode škripeći zvuk, dovoljno glasan da ga vozač može čuti.

• Zarezi na sredini obloga, koji dele obloge na dva jednaka dela. Dubina zareza odgovara granici istrošenja. (Vizuelan pregled).

Pravilo, opšte:Kočione papuče treba zameniti kad preostala debljina obloga ne bude veća od

debljine metalne osnove na koju su pričvršćeni.

Disk kočniceLomoviNajčešće se javljaju na diskovima sa otvorima.Razlozi su:• Nejedanka termička napezanja

Pri jakim grejanjima širenje iznad i ispod otvora radijalno je nejednako zbog razlike u prečnicima. Stvaraju se pukotine oko ivica otvora koje se šire i vode u lom diska.

• Smanjenje mase diskaDiskovi sa puno otvora imaju manju masu nego diskovi bez otvora. Iako se otvorima povećava i površina hlađenja, gubitak mase na otvorima je uticajniji činilac. (Površina raste sa drugim, a zapremina sa trećom stepenom). Razvijena toplota pri kočenju na manju masu diska više podiže temperaturu diska – izbušeni disk se više termički napreže. Izbušeni diskovi moraju biti većeg prečnika srazmerno umanjenju mase na otvorima (i zarezima).

KorozijaZahvata diskove vozila koje stoji. (Diskovi se čiste u radu od korozije).Korozija zahvata i samoventilirajuće diskove, jer na mestima gde su rebra nema kontakta

sa kočionim oblogama koje čiste disk.Plivajući diskoviSastoje se od dva dela: Kočione površine i “srca” – dela koji se nalazi na prečniku ispod

kočione površine. Dva dela su spojena međusobno osovinicama u vidu zakivka (“dugme”).

Plivajući diskovi imaju dve dobre osobine:• Razdvajaju frikcionu površinu, koja se greje od ostatka diska i time sprečavaju

termičko izobličavanje diskova.• Sprečavaju “bočno bacanje” diskova jer omogućavaju kretanje kočione površine

diska po osivinicama kojima su spojeni, u pravcu ose diska.Nedostatak je, svakako, komplikovanija konstrukcija i time viša cena diska.

Disk kočniceKlješta i klipoviKlješta su najčešće “plivajuća”, sa samopodešavanjem u odnosu na disk pri istrošenju

diska i naročito obloga. Prednost: Nema aksijalnog naprezanja diska. (Ređe nepokretna). Dovoljan je samo jedan klip na jednoj strani klješta, koristi se princip akcije i reakcije sile kočenja.

Klipovi su od aluminijuma ili površinski hromiranog čelika.Cilindrična površina klipa je izuzetno glatka, jer sa prstenastom gumicom zaptiva

hidrauličnu komoru klipa. Strana klipa koji izlazi iz cilindra mora biti zaštićena od prljavština gumenim prahobranima, kako bi ostala glatka i bez korozije.

Usled neupotrebe klip može da zapekne. (Gumica klipa i klip).Kada vozilo “vuče u stranu” pri kočenju, onda je to vezano za disk kočnice na prednjem

mostu. Pri intenzivnom kočenju vozilo skreće na stranu gde klešta funkcionišu ispravno. Zapekao klip daje otpore pri kretanju kod pritiska pedale kočnice i sila pritiska na njegovoj strani je manja, time i sila kočenja.

Disk kočnica nema nikakav povratni mehanizam za udaljenje klipa od diska kad kočenje prestane. Gumica klipa je četvrtastog poprečnog preseka i sa gornje strane umetnuta u (takođe četvrtast) kružni kanal u klještima, a sa donje naleže na glatku cilindričnu površinu klipa. Pri kočenju, pod delovanjem pritiska, deo gumice u kanalu – žljebu klješta se nasloni bočno na zid kanala klješta, a deo oko klipa delovanjem pritiska i trenja o klip pomeri ka disku. Gumica se deformiše i od četvrtastog oblika dobija romboidalni oblik. U gumicu se, kao u oprugu, smešta deformacioni rad. Po prestanku pritiska elastične deformacije gumice vraćaju rad i povlače klip od diska, jer su pod dejstvom pritiska ostvarile čvrst kontakt sa klipom.

Ako gumica zapekne za klip, otpori klizanja gumice porastu, a sila kočenja se smanjuje. U povrtnom hodu klip se ne vraća kroz gumicu, pa kočnica stalno usporava vozilo. Klješta i disk se greju. (Ne postoje opruge na klještima za vraćanje klipa po prestanku kočenja, kao kod doboš kočnice).

Disk kočnice

Cijukanje – cviljenje kočnica

Nastaje usled rezonantnih vibracija diska, kočionih obloga i klješta kao sistema.

Niska temperatura i vlaga mogu pojačati zvuk.

Cviljenje je znak da je disk u blagom kontaktu sa oblogama.

Ova pojava ne utiče na efektivnost kočenja. (Kad je klip blokiran nema cviljenja). Prestaje u vožnji delom zbog upotrebe kočnice i poboljšanja podmazivanja klipa hidrauličnom tečnošću posle nekoliko pritisaka na pedalu kočnice, a delom zbog postizanja radne temperature, usled čega se menja koeficijent trenja obloga papuča.

Prašina na disku takođe može prouzrokovati cviljenje kočnica.

Savremene papuče imaju na strani u kontaktu sa klipom deformabilne materijale (tanak sloj) koji ne utiče na prenos sile kočenja, ali amortizuje vibracije koje se sa diska preko papuča i klipa prenose na klješta. Isključuje se jedan učesnik u sistemu koji vibrira i cviljenje diska prestaje.

Disk kočniceOscilacije pri usporenjuPosledica su talasno deformisanog diska u obliku sinusoida.Javljaju se u intervalu brzina 120-60 Km/h, obzirom na dimenzije točka, odnosno disk

kočnice.Oscilacije su nekontrolisane i dovoljno jake da mogu ugroziti upravljanje vozilom.

Sinusoidalan oblik diska je fenomen jer se disk deformiše u obliku sinusoide. Uzroci su:• Topla mesta

Naizmenično pojavljuju sa jedne i druge strane diska na kočionim površinama.• Hladna mesta

Nastala posle duže eksploatacie vozila usled talasaste površine glavčine na koju je disk montiran i/ili nepoklapanja osa obrtanja glavčine i diska.U prvom slučaju kod montaže disk dobija deformacoine napone prema glavčini, za koju se čvrsto pritisne. U početku neistrošen disk je krut pa se oscilacije ne osećaju. Tokom vremena naponi izazivaju nejednako istrošenje i disk postaje sinusoidalno talasast.U drugom slučaju ekscentricitet diska deluje tako da se disk kreće kroz kočione papuče menjajući poluprečnik kočenja. Na mestu većeg poluprečnika moment kočenja je veći nego na mestu manjeg poluprečnika. Kočione papuče idu “gore-dole” rdijalno po disku i efekat je isti kao i onaj koji daju ovalni i/ili ekscentrični doboši kod doboš kočnica . Dolazi do neravnomernog istrošenja diska.

Tečnost za kočenje

Posrednik – medijum za prenošenje pritiska u sistemu za

kočenje

Tečnost za kočenjeZadatak: Prenošenje pritiska kroz hidrauličnu instalaciju sistema za kočenje*.

Osobine i zahtevi

• Tačka ključanja – “suv fluid”Pri kočenju frikcionim parom se kinetička energija ketanja vozila pretvara trenjem u toplotu. Na mestu trenja raste temperatura. Toplota se preko elemenata u frikcionim paru prenosi na fluid za kočenje. Ako tečnost za kočenje počne da ključa zbog grejanja, stvaraju se mehurići pare. Efektivnost kočenja opada pri ponovljeim pritiscima na pedalu kočnice jer je gasna faza stišljiva.Pedala postaje meka, a hod pedale se produžava. Previše isparenog fluida za kočenje može odvesti u potpuni otkaz sistema za kočenje.Tačka ključanja fluida za kočenje treba da je što viša.

• Vlažna tačka ključanja – “vlažan fluid” Fluid za kočenje na bazi glikola je higroskopan. Vlaga iz vazduha ulazi u sistem za kočenje kroz otvor za odvazdušnjavanje posude za tečnost sa kočenjem i difuzijom kroz savitljiva creva za kočenje i gumene zaptivne elemente.Vlaga snižava temperaturu ključanja kočione tečnosti.Dopušteni sadržaj vlage u fluidu za kočenje je oko 3.5%.Fluid za kočenje na bazi mineralnih ulja i na bazi silikona upija vodu u tečnom stanju. Voda u sadržaju fluida za kočenje ključa na 100 °C i mrzne se na 0°C.

Tečnost za kočenjeOsobine i zahtevi• Temperatura

Za donju granicu radne temperature za motorna vozila uzima se -40°C (ne silazi ispod), a sa gornje strane je ograničena temperaturom ključanja vode, 100°C, zbog prisustva vode u fluidu. (Suva tačka ključanja je viša).

• ViskoznostViskoznost* stvara nepoželjne otpore u prenosu pritiska kočenja. Raste sa sniženjem temperature. Zahtev je: Najmanja viskoznost i što manja zavisnost viskoznosti od temperature. Mala viskoznost na niskim temperaturma je posebno važna za sisteme automatske kontrole ABS, TCS i ESP, s obzirom na brze reakcije koje ovi sistemi moraju imati.

• StišljivostStišljivost produžava hod pedale za kočnicu i umanjuje silu kočenja. Zahtev je: Najmanja stišljivost i najveća nezavisnost stišljivosti od temperature (=const).

• KorozijaFluid za kočenje sam ne sme da izaziva koroziju metalnih elemenata sistema za kočenje i treba da spreči koroziju koja nastaje od vlage u sistemu za kočenje.Zaštita od korozije postiže se aditivima (inhibitori korozije) – dodacima tečnosti za kočenje.

• Uticaj na elastične elementeTečnost za kočenje ne sme izazivati uvećavanje (naduvavanje) gumenih elemenata niti umanjivati njihovu čvrstoću.**

Tečnost za kočenjeHemijski sastav

• Glikoli*DOT3, DOT4, DOT5**(DOT5.1)Prednost: Mala kompresibilnost - stišljivostNedostatak: Higroskopnost – upija vlaguNaročito DOT3, sastavljen od glikol-etera je vrlo higroskopan i zato kratkog veka trajanja. Hemijskim tretmanom se popravljaju osobine (povišava suva i mokra tačka ključanja) i fluid osposobljava da reaguje sa vlagom i neutrališe njene neželjene efekte.Osnovni razlog zašto fluid za kočenje treba menjati u periodu 1-2 godine je snižavanje tačke ključanja zbog apsorbovane vlage.

• Mineralna uljaDOT5Prednost: Nisu higroskopna, pa treba više vremena da vlaga iz vazduha, dospela u sistem za kočenje, postane smetnja. Zato je njihov vek trajanja duži. Nedostatak: Zavisnost viskoziteta od temperature, što se popravlja aditivima.

• Silikonski fliudiDOT5 SBPrednost: Takođe nisu higroskopna. Nedostatak: Povećana stišljivost i smanjena sposobnost podmazivanja.

Tečnosti za kočenje su standardizovane: ISO 4925, SAE J1703, FMVSS 116

Tečnost za kočenjeRukovanje

• Tečnosti su otrovne, zapaljive i agresivne prema obojenim površinama vozila.• Kontrola sadržaja vlage u fluidu se vrši elektronskim test uređajima (komercijalni) i

trakama za testiranje koje se umaču u kočionu tečnost.• Dejstvo inhibitora korozije slabi sa vremenom.• Tečnosti su providne, a sa vremenom dobijaju tamnu boju.

Zatamnjenje potiče od čestica gumenih hidrauličnih elemenata izhabanih u radu sistema za kočenje. Čestice gume prelaze u tečnost. Habaju se prstenaste gumice hidro-pumpe (glavni kočioni cilindar, “master cylinder”) i gumice klipova kočionih cilindara.

• BojeTečnosti na bazi glikola su bezbojne do žućkaste boje (amber)Tečnosti na bazi mineralnih ulja su ljubičaste (purple)Tečnosti na bazi silikona zelene (green)

Tečnosti na bazi glikola ne smeju se mešati sa tečnostima na bazi mineralnih ulja*.

Čak i vrlo male količine mineralnih ulja dodate u glikolne tečnosti stvaraju mešavinu koja destruktivno deluje na gumene elemente i vodi u otkaz sistema za kočenje.

Zavisnost tačke ključanja od sadržaja vlage u fluidu za kočnice

Prema dijagramu DOT3 ima vek trajanja oko 1 godine, DOT4 oko 2 godine.

Merne trake za utvrđivanje sadržaja vlage u fluidu za kočenje

Uređaji za određivanje tačke ključanja i sadržaja vlage u fluidu za kočenje

Refraktometri: Određuju sadržaj vlage na bazi prelamanja svetlosti kroz tečnost i mokru tačku ključanja prema sadržaju vlage. Dodatni pribor je za uzimanje uzorka kočione tečnosti za ispitivanje.

RefraktometarUređaji za odvazdušnjavanje i zamenu kočione

tečnosti

Postupak zamene tečnosti za kočenje

Zamena stare tečnosti novom

1. Isprazniti u potpunosti sistem za kočenje od stare tečnosti.

2. Odviti ventile za ispuštanje vazduha na svakom frikcionom paru.(Minimalan broj okretaja, dovoljan za neometano lagano isticanje vazduha).

3. Napuniti posudu za tečnost za kočenje propisanom tečnošću.

4. Čekati dok tečnost ne počne da izlazi na ventile frikcionih parova.(Nekoliko minuta). Dolivati tečnost u posudu ako dođe do minimalnog nivoa.

5. Zatvarati pojedine ventile kad tečnost počne da izlazi kroz ventile i njihove vijčane veze, redom pojavljivanja tečnosti na ventilu. (Tečnost počinje prvo da izlazi na frikcionom paru sa najkraćim vodom).

Odvazdušnjavanje instalacije

Dodatni pribor:• Providno crevo za odvazdušnjavanje • Posuda sa tečnošću za kočenje

Postupak zamene tečnosti za kočenje

Odvazdušnjavanje instalacije

1. Postaviti providno crevo na ventil za odvazdušnjavanje. Sastav ventila i creva ne sme da propušta vazduh. U suprotnom vazduh će ulaziti u sistem za kočenje na spoju creva i ventila.

2. Drugi kraj providnog creva zaroniti u posudu sa kočionom tečnošću.U toku odvazdušnjavanja posuda sa kočionom tečnošću mora se nalaziti na višem hidrauličkom položaju od ventila frikcionog para. Veća hidraulička visina posude osigurava da vazduh ne ulazi pored navoja ventila u hidraulički sistem. Tečnost se iz creva vraća u ventil i izlazi kroz navoj. (Posuda i na manjoj visini od visine ventila obezbeđuje da vazduh ne uđe kroz ventil, jer je kraj creva zaronjen u kočionu tečnost, ali ne drži navoj pod hidrauličkim pritiskom pa vazduh ulazi pored navoja.)

3. Odviti ventil, pritisnuti pedalu kočnice do kraja, zadržati pedalu kočnice u donjem položaju, zaviti ventil, otpustiti pedalu kočnice.

Postupak ponavljati dok na ventil izlazi vazduh (mehurići).

U toku odvazdušnjavanja ovim postupkom ni u jednom trenutku se ne ostvaruje pritisak u sistemu za kočenje. Umesto toga samo se ostvaruje protok tečnosti.

U zavisnosti od konstrukcije – položaja ventila za odvazdušnjavanje, stvaranjem nadpritiska u sistemu za kočenje ispustiti vazduh koji se zadržao u zoni ventila.

Postupak zamene tečnosti za kočenjeOdvazdušnjavanje

• Pritiskanje pedale kočnice kod istiskivanja vazduha iz frikcionog para (otvoren ventil) treba da bude lagano, da bi se izbeglo vrtloženje tečnosti pri izlasku vazduha kroz ventil. U slučaju ostvarivanja nadpritiska iz istog razloga ne pritiskati pedalu snažno.

• Puštanje pedale kočnice u povratnom hodu (zatvoren ventil) treba da bude lagano, kako bi se izbegla kavitacija kod usisavanja tečnosti iz suda u glavni kočioni cilindar.

• Po završenom odvazdušnjavanju ponoviti postupak za sve ventile. (Kontrola).Ako se kod kontrole nađe vazduh u bilo kom delu sistema kod odvazdušnjavanja, ponoviti kontrolu.

• U toku odvazdušnjavanja stalno dolivati tečnost za kočenje u posudu na vozilu. Ukoliko nivo tečnosti padne ispod oznake za minimum, moguć je ulaz vazduha u hidropumpu – glavni kočioni cilindar.

Odvazdušnjavanje je dobro ako postoji osetna razlika kod podizanja pritiska na pedali u trenutku kontakta kočionih papuča sa površinom za kočenje. Ako vazduh ne izlazi iz ventila, a hod pedale je dugačak, proveriti hidraulična creva na nedozvoljenu elastičnost.

Kod novih obloga kočionih papuča nivo tečnosti treba da bude na maksimumu.Kod istrošenih obloga kočionih papuča spušta se nivo tečnosti ka minimumu.Ne dolivati tečnost za dopunu posude do maksimuma ako su obloge kočnica istrošene.Posle zamene istrošenih obloga novim zbog povećane debljine obloga klipovi kočionih

klješta i/ili cilindara se utiskuju u unutrašnjost i potiskuju kočionu tečnost u instalaciju sistema za kočenje. Usled toga nivo tečnosti u posudi raste. Ako je posuda prepunjena, tečnost za kočenje će isticati iz posude kroz odušak za vazduh.

Tečnost za hlađenje

Posrednik – medijum

za prenošenje neiskorišćene toplote motora

Tečnost za hlađenjeZašto je potreban hladnjak i tečnost za hlađenjePrema II zakonu (principu) termodinamike toplota može da vrši rad samo ako sa tela više

temperature prelazi na telo niže temperature. Stoga toplotna energija dovedena motoru ne može u potpunosti biti iskorišćena za dobijanje mehaničkog rada kroz cikluse u SUS motoru.

Telo više temperature – toplotni izvor, je sveža smeša, odnosno gorivo koje u cilindru sagoreva sa kiseonikom iz vazduha.

Telo niže temperature – toplotni ponor, je okolina, odnosno okolni vazduh, kome se predaje toplota neiskorišćena za mehanički rad. Entalpija se gubi kroz izduvne gasove.

Tokom sagorevanja prelaz toplote na zidove prostora za sagorevanje je neizbežan. To je takođe deo toplote neiskorišćen za mehanički rad. Tečnost za hlađenje je posrednik koji ovaj deo toplote neiskorišćene za rad prenosi sa motora na hladnjak motora. Prenos je molarnim putem – preko fluidnih delića tečnosti. Fluidni delići preuzimaju toplotu sa glave i bloka cilindara, odlaze kroz sistem za hlađenje do hladnjaka i predaju toplotu hladnjaku motora. Sa hladnjaka motora toplota se (kao i entalpija izduvnih gasova) predaje hladnjaku – okolini.

Hladnjak je izložen struji vazduha pri kretanju vozila. Ipak, hladnjak ima i ventilator, koji se uključuje kad je kretanje vozila sporo, pa vazdušna struja nije dovoljno efikasna za odvođenje toplote. (Male brzine vozila, visoka spoljna temperatura, opterećeno vozilo).

Kod nedovoljnog hlađenja motor se termički napreže i toplotna efikasnost motora opada. Zbog viših temperatura na početku sabijanja kriva sabijanja se podiže na radnom (pV) dijagramu, a površina ispod krive, koja predstavlja neiskorišćenu toplotu, time povećava. Vršne temperature sagorevanja rastu, sa njima i mogućnost detonativnog sagorevanja. Tečnost za hlađenje može dostići temperaturu ključanja.

Potpuno odsustvo hlađenja motora vodi u preveliko termičko naprezanje i time u havariju motora.

Tečnost za hlađenjeTečnost (fluid) za hlađenje treba da ima sledeće osobine:• Toplotni kapacitet – veliku specifičnu (jediničnu) toplotu

Sposobnost primanja toplote po jedinici mase neposredno diktira količinu tečnosti sistema za hlađenje i njegove dimenzije

• Tačka ključanja iznad radne temperature motora• Tačka smrzavanja ispod najnižih temperatura okoline• Viskozitet unutrašnje trenje u rashladnom fluidu je nepoželjno

(otpori) • Neagresivno dejstvo prema elementima kroz koje protiče

Cilindarska glava i blok, zaptivka glave, hladnjak, lemljeni spojevi hladnjaka, termostat, pumpa za vodu, creva; Reduktor pogona na gas.

Voda, ima veliku specifičnu toplotu. Nedostatak vode:• Deluje korozivno• Smrzava se na 0°CZbog toga se voda meša sa aditivima.Iz vode moraju biti uklonjeni minerali i sve prateće supstance, destilacijom vode.

Krečnjak (koji određuje tvrdoću vode) taloži se na cevima hladnjaka i stvara sloj koji deluje izolaciono za toplotu: Sprečava prelaženje toplote iz tečnosti za hlađenje na cevi. (Loš koeficijent provođenja toplote). To ugrožava funkciju hladnjaka kao toplotnog ponora i povišava radnu temperaturu motora.

Druge supstance ili deluju korozivno, ili učestvuju u stvaranju jedinjenja sa korozivnim dejstvom.

Tečnost za hlađenjeAditivi sa sledećim delovanjima:• Snižavanje tačke smrzavanja (antifriz)

Etilen-glikol snižava tačku smrzavanja vode sprečavajući pojavu kristala leda. Takođe povišava i temperaturu ključanja rashladne tečnosti. Nedostatak: Oksidacija glikola.

• Oksidacija glikola Glikol oksidacijom stvara vrlo agresivne korozivne supstance.

• Zaštita od korozijeŠtite se metalni delovi i spojevi sistema za hlađenje. Dodaju se, Silikati, nitrati, metalne soli organskih kiselina-organski dodaci.*

• Stabilizacija PH faktora Borati** iniciraju neutralizaciju baza i kiselina. Potrebna je neutralna sredina, PH8.

• Sprečavanje stvaranja mehurića Mehurići sadrže paru, čija je temperatura iznad temperature sredstva za hlađenje i imaju manji toplotni kapacitet od tečnosti, čime umanjuju efekat hlađenja. Mehurići stvaraju diskontinuitet u tečnosti, uzrokuju kavitaciju u pumpi za rashladnu tečnost i umanjuju efekat pumpanja. Silikoni*** menjaju osobinu sredstva za hlađenje sprečavajući pojavu mehurića.

Sa vremnom aditivi se troše u hemijskim reakcijama štiteći sistem za hlađenje.Čak i ako je sadržaj etilen-glikola u tečnosti za hlađenje dovoljan za sprečavanje

smrzavanja tečnosti za hlađenje, preostaje pitanje koliko je sistem za hlađenje zaštićen od korozije, s obzirom na količinu preostalih aditiva za hemijsku reakciju.

Vek trajanja aditiva u tečnosti za hlađenje je 3-4 godine***, ili prema preporuci proizvođača, posle čega tečnost za hlađenje treba zameniti.

Sistem za hlađenje

Sistem za hlađenjeNačini hlađenja

• Hlađenje vazduhom – direktno hlađenjePrednost: Nema održavanjaNedostatak: Buka, nemogućnost održavanja optimalnog temperaturnog polja elemenata koji se hlade: Glava, blok cilindaraDodatni hladnjak za ulje, hlađenje takođe vazduhomUglavnom napušteno. Danas i motocikli prelaze na hlađenje vodom.

• Hlađenje vodom – indirektno hlađenjeAntifriz – etilen-glikol sa organskim inhibitorima korozije, meša se sa mekom vodom. Mešavina prema tabeli proizvođača, 1/3-1/2 antifriza, ostatak voda. Sa etilen-glikolom Pritisak u sistemu za hlađenje najčešće je do 1.4 bar, ali nominalne vrednosti mogu dostizati i 2.5 bar.Temperatura na radnom pritisku do 120°CPrednost: Efikasno hlađenje, dobro polje tempetura, nema bukeNedostatak: Komplikovanija konstrukcija, održavanje, zamena tečnosti.

Sistem za hlađenjeElementi sistema

• Hladnjak motora

Zadatak: Prenos toplote dovedene sa motora na okolni vazduh.Ispred hladnjaka za motor može biti postavljen hladnjak za izmenjivanje toplote kod

hlađenja vazduha za turbopunjenje (intercooler). Ovaj hladnjak ima bitno nižu temperaturu od temperature tečnosti za hlađenje motora.

Veličina hladnjaka se određuje prema vožnji na otvorenom putu. Hladnjaku se dodaje ventilator koji se uključuje i radi električim putem, kad vazdušna struja nije dovoljna da odvede potrebnu količinu toplote sa hladnjaka. Ventilator može imati i dve brzine okretanja, ili kontinualnu regulaciju u opsegu brzine okretanja.

Spajanje i gradanja• Lemljen

Jednodelni pločastog oblika sa redovima cevastih elemenata koji čine mrežu za protok tečnosti za hlađenje. Otpori opstrujavanju elemenata su mali, kao i dimenzije hladnjaka.

• Mehanički sklapanSa cevima za protok tečnosti za hlađenje, na koje su dodata (mehanički) tanka rebra koja povećavaju površinu za odavanje (disipaciju) toplote.

Rezervoari sa strane (ili gore i dole) obezbeđuju ravnomerno punjenje bloka za hlađenje (saće) i sabiranje ohlađene tečnosti na povratku u kružni tok i sitem za hlađenje. Prave se od stakloplastike, a novija rešenja su od aluminijuma, lemljena na blok za hlađenje. (Aluminijum je skuplji, ali obezbeđuje dodatno hlađenje jer je metal pa bolje provodi toplotu od stakloplastike.)

Sistem za hlađenjeElementi sistema

• TermostatZadatak: Održavanje temperature rashladne tečnosti u zadatim granicama.

Sa ekspanzionim elementom

Ekspanzioni element postavljen po osi simetrije termostata na gornjem i donjem kraju ima po jedan tanjirasti ventil. Radi u zajedničkom dejstvu sa povratnom oprugom.

Na kućištu termostata sa gornje strane je izvod prema gornjem crevu hladnjaka, a sa donje izvod prema donjem crevu hladnjaka. Treći izvod ide sa kućišta termostata ka pumpi za vodu.

Kada je gornji ventil otvoren, a donji zatvoren, voda kruži kroz kućište termostata – gornji ventil termostata, crevo prema pumpi za vodu, pumpu za vodu, glavu i blok motora (motor) i vraća se u termostat. Ovo je kraći kružni tok vode, nazvan “sekundarno kolo”. Drugo ime je “bypass”, jer voda ne odlazi u hladnjak, nego ga zaobilazi. U motor se vraća nerashlađena. Navedeni put vode je u vreme zagrevanja motora.

Kada je gornji ventil zatvoren, a donji otvoren, voda kruži kroz kućište termostata, gornje crevo prema hladnjaku, hladnjak, donje crevo hladnjaka i kroz njega u kućište termostata, zatim donji ventil termostata, crevo ka pumpi za vodu i pumpu za vodu, motor i kućište termostata. Ovo je duži put vode, “primarno kolo”. U motor se vraća maksimalno rashlađena. Navedeni put vode je u vreme najvećeg opterećenja ugrejanog motora.

Kada su delimično otvoreni gornji i donji ventil deo vode ide kroz kraći tok, a deo kroz duži. Mešaju se nerashlađena i rashlađena voda. Termostat najčešće radi u ovom režimu, regulišući mešanjem rashlađene i nerashlađene vode radnu temperaturu motora u propisanim granicama.

Sistem za hlađenjeElementi sistema

• Termostat

Sa elektronskom kontrolom

Ima sve elemente kao i termostat sa ekspanzionim elementom. Razlika je u tome što ima i toplotni otpornik koji dodatno greje ekspanzioni element.

Prednost dodatnog grejanja ekspanzionog elementa termostata je:Kod grejanja motora ranija reakcija na otvaranju termostata. U vreme hladnog starta

voda ne kruži kroz sistem za hlađenje. Potrebno je da se glava motora ugreje, kako bi toplota kroz glavu i vodu koju greje glava, došla do termostata. Dodatnim grejanjem ekspanzionog elementa ventili za “bypass” se otvaraju ranije.

Kod delimičnog i punog opterećenja motora upravljani termostat bolje reguliše radnu temperaturu motora.

Za upravljanje temperaturom rashladne tečnosti termostat sa elektronskom kontrolom koristi programsku mapu podataka, mapu podataka za temperaturu spoljnog vazduha i mape za opterećenje i brzinu motora.

Upravaljanje radnom temperaturom zbog bržih i tačnijih reakcija daje• Bolji položaj krivih u radnom pV dijagramu i time bolje iskorišćenje toplote• Manju emisiju štetnih gasova• Manje habanje motora jer su radni zazori u tačnim granicama• Bolje zagrevanje kabine vozila

Sistem za hlađenjeElementi sistema

• Ekspanzioni sud

Zadatak: • Prihvatanje viška tečnosti iz sistema za hlađenje (kod grejanja motora)• Vraćanje tečnosti u sistem za hlađenje, kod manjka (kod hlađenja motora)• Prihvatanje mehurića pare iz sistema za hlađenje (odvazdušnjavanje) za

očuvanje kontinuiteta fluidaKad motor dostigne radnu temperaturu tečnost za hlađenje se poveća

zapreminski za oko 10%. Razlika odlazi u ekspanzioni sud.Kad se motor ugasi, tečnost u bloku i glavi se dodatno greje jer ne kruži kroz

sistem za hlađenje i još jedan deo odlazi u ekspanzioni sud.Kad se motor ohladi, tečnost za hlađenje se vraća iz suda u hladnjak.U sistemu moraju postojati dva ventila na vezi sa ekspanzionim sudom: Jedan

za nadpritisak, koji stvara pumpa za vodu (1.4-2.5 bar), prema sudu i drugi, na podpritisak, (~0.2 bar), jer se voda vraća u hladnjak pod dejstvom podpritiska u odnosu na atmosferski pritisak.

Mehurići pare mogu nastati i na usinom kolu pumpe za vodu, jer je tamo zbog usisavanja pritisak niži u odnosu na potisni deo kola.

Ekspanzioni sud mora biti na višem nivou od sistema za hlađenje. U suprotnom u povratku tečnosti iz ekspanzionog suda u sistem za hlađenje bi odlazili i mehurići vazduha (hidraulička visina). Sud ima oznake za maksimalan i minimalan nivo tečnosti. (Kod hladnog motora iznad min).

Sistem za hlađenjeElementi sistema

• Ventilator hladnjakaZadatak: Prinudno hlađenje rashladne tečnosti kada vazdušna struja nije dovoljna da ohladi tečnost sistema za hlađenje.

Upravljanje ventilatorom i pogon ventilatora• Električni, višestepeni (releji) ili • Kontinualni (elektronska regulacija)• Mehanički, preko kaiša (za najveće snage motora i kamione)• Visco ventilatori (količina viskozne tečnosti u pogonskom i gonjenom delu,

veza na bazi trenja silikonskog ulja između pogonskog i pogonjenog dela).Upravljanje punjenjem i pražnjenjem silikonskim uljem preko bimetala ili ECU.U prvom slučaju bimetal greje temperatura vazduha koji izlazi iz hladnjaka posle hlađenja tečnosti, u drugom, kod ECU, više podataka, od radne temperature motora do osobina rashladne tečnosti.

Oto motor, osobine• Paljenje smeše varnicom (strana energ.)• Prostiranje fronta plamena oblika sfere od mesta paljenja u

homogenom radnom telu – smeši• Dovođenje toplote pri konstantnoj zapremini (izohora)• Lako povećanje broja obrtaja• Brzohodi – velike specifične snage (rad sa teorijskom smešom)• Laka konstrukcija (manji pritisci u cilindru)

Nedostaci• Ne mogu da rade sa visokim stepenima sabijanja

~13-14 (fenomen detonativnog sagorevanja)• Lošija ekonomičnost potrošnje goriva zbog prigušenja leptirom (sem

AVT – VVT u varijanti sa reg.visine izd.v.)

Dizel motor, osobine

• Paljenje ubrizganog goriva toplotom iz sabijenog vazduha (bez strane energije)

• Prostiranje fronta plamena od periferije mlaza goriva gde se formira smeša u heterogenom radnom telu: vazduh + smeša + gorivo

• Dovođenje toplote pri konstantnom pritisku (izobara)(vođenje ubrizgavanja goriva sa ciljem održavanja konstantng pritiska)

• Visoki stepeni sabijanja ~20• Ekonomični, nemaju leptir i prigušenje

Nedostaci• Teža konstrukcija (), sklonost ka “samorazletanju”• Sporohodnost, manja specifična snaga (višak vazduha)• Tvrd rad i manja “živost” u odnosu na oto motor

Ekonomičnost potrošnje gorivaPoređenje Oto - Dizel

Kada je koristan rad, odnosno iskorišćena toplota ista

• Oto motor (cilklus) je za iste stepene sabijanja ekonomičniji od dizel ciklusa. Međutim,Stepen sabijanja oto ciklusa je ograničen zbog samopaljenja gorivaPrigušenje usisa leptirom, (sem AVT – FVVT) smanjuje ekonomičnost na nižim brojevima obrtaja.

• Dizel motor može da radi sa većim stepenom sabijanja od oto motora jer nema opasnosti od samozapaljenja goriva (naprotiv).Zato je u ukupnom iznosu dizel motor ekonomičniji od oto motoraNema prigušenja usisa leptirom – nema leptira.

Motorni mehanizamkinematska šema

Svećice

Svećice

• FunkcijaUpaljenje komprimovane smeše varnicom*.

Električna varnica pod dejstvom visokog napona generisanog u bobini preskače između elektroda svećice i predaje energiju iz spoljnog izvora smeši u prostoru za sagorevanje.

Spoljni izvor energije je baterija, iz koje se struja dovodi u primarne namotaje bobine, transformiše u visoki napon u sekundarnim namotajima i kroz varnicu predaje smeši.

Svećica mora da ispuni sledeće zadatke u radu:

• Siguran hladan start

• Pouzdan rad bez izostajanja varnice (misfire) za ceo radni vek

• Radnu temperaturu u zadatim granicama (toplotna vrednost)

Svećica

Svećice• Radni usloviSvećica je izložena sledećim napezanjima• Visoki napon (30kV)

Izolator centralne elektrode u cilindru ne sme propuštati struju ni kada su na njemu talozi pepela nastali sagorevanjem goriva i ulja, ili nesagoreli ugljenik.

• Visoki pritisci (30-50 bar)Pored nominalnih vrednosti u taktu ekspanzije i 100 bar kod detonativnog sagorevanja.

• Mehanička naprezanjaOtpornost na vibracije. Dobro zaptivanje prostora za sagorevanje kod pravilnog zavijanja. Metalno kućište praktično ne sme imati deformacije kod pritezanja jer nemetalni izolator tela svećice nije elastičan.

• Hemijska otpornostHemijske reakcije sastojaka goriva na visokim temperaturama stvaraju agresivne taloge na koje svećica mora biti otporna.

• Temperatura (2000 do 3000°C)Otpornost izolatora na temperaturne promene (thermal stress)120°-2000°C = usisavanje/sagorevanje. Dobra odvođenje toplote prema glavi motora: Priključak visokog napona svećice treba da se greje što manje. Grejanje smanjuje vek trajanja elemenata visokog napona koji su na svećicu priključeni. Naročito je ugrožen sklop koji je istovremeno i pojedinačna bobina za svaku svećicu, montira se na samu svećicu, a svećica je u metalnom oklopu za sprečavanje stvranj el.mag. smetnji.

Svećice• KonstrukcijaOsnovni delovi svećice su• Provodnik sa navojem za visoki napon i priključak (nasadni)• Izolator (Al 2O3)

Keramički materijal, sa oprečnim zahtevom izolacije od toplote (prema pojedinačnoj bobini) i provođenja toplote sa disipacijom toplote. Glazura keramike sprečava zadržavanje vlage i prljaštine na izolatoru i proboj visokog napona u dolasku kroz vlagu i prljavštinu prema masi umesto između elektroda.

• Kućište sa navojemMetalno školjkasto, sa suženjem između nalegajućeg dela i dela za pritezanje (Otvor Ključa – OK). Suženje preseca tok toplote. Do 4 lemljene elektrode (masa). Hladno oblikovan čelik iz više koraka u kalupu iz “žice”. Dodaju se elektrode prema masi i reže navoj. Izolator se umeće i spaja savijanjem metala kućišta koji se greje induktivno.* Šestougaoni otvor ključa, ili, novije 12-ugaoni, za smanjenje OK (sa 16 na 14) za iste dimenzije izolatora. (Manje prostora potrebnog za ključ svećice).

• Zaptivni prsten svećiceRavan elastičan prsten u sklopu sa svećicom. Postoji i veza bez prstena, gde funkciju zaptivanja kompresionog prostora preuzima koničan deo svećice neposredno sa glavom cilindra.

• ElektrodeCentralna od bakra koji dobro provodi toplotu u cilju hlađenja. Svećice dugog veka: Vrh od antikorozivnog metala (legura nikla ili platine) spojen topljenjem laserom (zavarivanje) sa osnovom od bakra (Cu/Ni) ili cela elektroda od platine (tanka žica) ili legure platine i srebra. Bočne elektrode od legure nikla, zavarene na školjku kućišta. Dužina elektrode i površina kraja elektrode utiču najviše na istrošenje elektrode. Čist metal bolje provodi toplotu, ali su legure otpornije na hemijsku koroziju.

• Staklo za zaptivanjeProvodljivo za visoki napon. Spaja provodnik za visoki napon sa centralnom elektrodom i sprečava prolaz gasova pored provodnika za visoki napon.

Svećica – konstrukcija

Između elektrode i visokonaponskog priključka (žuta boja) nalazi se elektroprovodno staklo (za visoki napon) za zaptivanje izduvnih gasova. Konstruktivno suženje školjkastog kućišta “preseca” termičko polje prema izolatoru.

Svećice – tople i hladne

Dužina izolatora oko centralne elektrode određuje intenzitet grejanja svećice.

Duži izolator sprečava da se odvede više toplote na glavu cilindara – toplija svećica, kraći izolator hladnija svećica. Manji brojevi označavaju toplije svećice (kraće vreme zagrevanja i viša radna temperatura, veći brojevi – hladnije svećice. (Toplotna vrednost svećice*.)

Svećice• Put varniceVarnica preskače sa centralne elektrode na bočne elektrode prema masi.Preskok se može ostvariti:• Kroz vazduh

Varnica skače između elektroda. Zahteva najviši napon, dužina varnice je manja. Samočišćenje svećice vezano za radnu temperatur je naročito značajno kod ovih svećica, kada uljem zamašćena svećica, ili talogom od sagorevanja može odvoditi varnicu prema masi.

• Po površini izolatoraVarnica klizi po površini izolatora, posle čega preskače kroz vazduh na elektrodu prema masi. Zahteva niži napon, jer varnica lakše ide (puzi) preko površine nego kroz vazduh. Dužina varnice je veća za isti napon kao kod preskoka kroz vazduh. Duža varnica daje veće jezgro plamena na početku sagorevanja. Pri tom, prelazeći preko izolatora varnica čisti površinu izolatora.

• Kroz vazduh i po površiniKombinacija prethodna dva metoda, koja se postiže pozicioniranjem vrha elktrode prema masi na tačno određenim rastojanjima od izolatora i centralne elektrode, tako da varnica može preskočiti i kroz vazduh i po površini izolatora. Da li će varnica preskočiti kroz vazduh ili ići po površini, zavisi od gustine smeše i načina rada motora. (Takođe i od promene zazora usled istrošenja.) Kod ponovljenih startova svećica će biti vlažna od goriva koje se na njoj kondenzuje iz smeše, jer je hladnija od radnog tela koje se komprimuje. Varnica (struja) lakše tada ide po površini izolatora.

• Zazor između elektrodaVeći zazor – razmak elektroda zahteva viši napon. Ako nema dovoljno (rezerve) napona, varnica će izostati. Premali zazor zahteva niži napon, ali daje kratak put – dužinu varnice, zbog čega će formirano jezgro plamena biti slabo za dalje sagorevanje. Dejstvo je slično kasnijem paljenju, daje nepovoljan tok krive sagorevanja u pV dijagaramu.

Svećice – put varnice,različit položaj elektroda

Gore: Preskok varnice kroz vazduh od centralne elektrode na bočnu elektrodu ka masi.

Dole: Preskok varnice od površine izolatora ka bočnoj elektrodi prema masi. Prethodno varnica klizi od centralne elektrode po površini izolatora.

Desno: Preskok po površini sa leve strane (vlažna izolacija i/ili prljava) ili kroz vazduh, sa desne strane (suva i čista izolacija). Ako je izolacija čista nema puzanja varnice, zazor na levoj strani je veći nego na desnoj, varnica skače prema elektrodi na desnoj strani, gde je zazor manji. Zazori elektroda su definisani i međusobno i prema izolatoru*.

Svećice• Pozicija svećiceZa poziciju svećice u cilindru se uzima mesto preskakanja varnice između

elektroda.

Postavljanje sećice više u dubinu prostora za sagorevanje deluje povoljno na sagorevanje: Put fronta plamena se skraćuje prema daljim zidovima prostora za sagorevanje, pa je rad motora mirniji, a motor radi pouzdanije sa siromašnom smešom.

Međitim, put toplote sa elektroda svećice do glave motora je duži, toplota se sporije odvodi i grejanje elektroda, kao i njihovo istrošenje je veće. “Slobodna dužina” svećice raste, sa slobodnom dužinom opada prirodna frekvencija oscilacija, i bliži se rezonatnim frekvencijama svećice, koje mogu da izazovu vibracije motora.

Potrebno je tada koristiti elktrode prema masi kompozitno sa bakrom i materijalima otpornim na povišene temperature, te povećati dimenzije svećice sa spoljne strane glave motora kako bi se uticalo na udaljenje rezonantne frekvencije svećica od vibracija motora.

Svećice• Radna temperaturaU radu svećica se greje pri sagorevanju, a hladi odvođenjem toplote preko glave motora.

Delimično se hladi i smešom pri usisu, koja je niže temperature.Svećica se bira za svaki tip motora posebno, za uslove maksimalnog opterećenja

motora. Svećica je u termičkoj ravnoteži kad odaje onoliko toplote koliko i dobija i tada ima i svoju radnu temperaturu.

Radna temperatura svećice treba da se nalazi u granicama 500 - 900°C.

Donja granica radne t. određena je minimalnom temperaturom koja obezbeđuje samočišćenje svećice od taloga iz procesa sagorevanja.

Gornja granica radne t. određena je najvišom temperaturom koja ne prouzrokuje paljenje smeše toplom svećicom (površinsko paljenje toplim mestom).

Toplotna vrednost svećice iskazuje se brojem.* Hladne svećice su one koje imaju veću disipaciju toplote i koriste se za termički napregnute motore, tople svećice imaju manju disipaciju toplote i koriste se za termički manje napregnute motore.

Topli motori više greju svećicu, pa koriste hladnije svećice, kako radna temperatura i toplota svećice ne bi bile tolike da se upali smeša.

Hladni motori ne greju dovoljno svećicu, pa koriste tople svećice, kako bi radna temperatura i toplota svećice bile dovoljne da obezbede njeno čišćenje sagorevanjem naslaga na elekrodama i izolatoru.

Svećice• OdržavanjePodešavanje zazora između elektroda se vrši samo na svećicama koje imaju bočnu

elektrodu iznad centralne i varnicu koja preskače između elektroda kroz vazduh. Svećicama koje imaju bočne elektrode pored centralnih, odnosno funkcionišu sa varnicom po površini ili po površini i kroz vazduh, ne treba podešavati zazor, jer to vodi u poremećaj načina njihovog rada. (Nije ih moguće tačno podesiti bez odgovarajućeg alata i potom testirati).

Odvijanje Pre potpunog odvijanja svećicu treba otpustiti za nekoliko krugova i onda očistiti i izduvati prljavštinu u glavi oko svećice komprimovanim vazduhom. Prljavština na glavi motora oko svećice ne sme da dođe u navoj svećice na glavi ili upadne u prostor za sagorevanje posle odvijanja i vađenja svećice. Potom odviti do kraja i izvaditi svećicu.U navoju za svećicu u glavi cilindra može biti taloga. To otežava odvijanje. Odviti svećicu nekoliko navoja, sipati sredstvo za odvijanje u navoj, zaviti svećicu bez pritezanja, sačekati da deluje sredstvo. Onda odviti svećicu potpuno.

UvijanjeSvećice treba uvijati suve i čiste, u čiste navoje i na čistu površinu glave na mestu naleganja zaptivnog prstena, ako je tip svećice sa prstenom.Pritezati svećice dinamometarskim ključem. Voditi računa da ključ ne stoji krivo, jer može oštetiti izolator ili kućište svećice. (Napon/zaptivanje). Ključ (nasadni) ne sme pritisniti vrh centralne elektrode, ili biti zakrivljen kod zavijanja. Koristiti dinamometarski ključ uvek kada je na raspolaganju.* Bez dinamometarskog ključa: Zaviti rukom svećicu do naleganja na cilindarsku glavu. (Dalje nije moguće rukom). Zatim izvršiti dotezanje po uglu: Nove** sa prstenom za 90°, upotrebljavane sa prstenom za 30°, a konične (bez prstena) za 15 °.

Odvijanje i uvijanje svećice vršiti samo na hladnom motoru.Koristiti uvek svećice propisane toplotne vrednosti i dužine navoja. Ne skidati zaptivajući prsten sa svećice koja nije konična i ne stavljati zaptivajući prsten

na svećicu koja je konična (svećica nema prsten jer zaptiva konusnom površinom).

Svećica sa varnicom kroz vazduh

Svećica sa četiri elektrode prema masi, fabrički podešen zazor elektroda za ceo vek trajanja svećice

Tipovi i koncepcije svećica

Preskok varnice:Vazduh-povšina, vazduh, sa podešavanjem zazora, vazduh, bez podešavanja zazora