MOTORI SA ROTACIONIM KLIPOM

REPUBLIKA SRBIJA

VISOKA KOLA PRIMENJENIH STRUKOVNIH STUDIJA VRANJE

STUDIJSKI PROGRAM: SAOBRAAJNO INENJERSTVO

Predmet: Pogonski Agregati

Tema: Rotacioni motori SUSProfesor:

student:

Prof. dr. Boidar Krsti

Nedeljkovi Predrag 59/SIVranje , 2013

SADRAJ:Motori sarotacionim klipom.................................................................................str 3

Princip rada Vankelovog (rotacionog) motora....................................................str 4

Karakteristike pogonskog agregata koje su povoljne za korienje u vozilima..str 7

Svrha primene....................................................................................................str 10Zakljuak............................................................................................................str 13Koriena literatura............................................................................................str 14UVOD

MOTORI SA ROTACIONIM KLIPOM

Posebna koncepcija motora sa unutranjim sagorevanjem, motori sa rotacionim klipom, nastala je 1954. godine, kao patentno reenje Feliksa Vankela (Felix Wankel). Po svom nainu rada ova vrsta motora SUS predstavlja prelaz izmeu klasinih klipnih motora i drugih vidova motora.Motori ove vrste imaju kuite kroz ije sredite prolazi ekscentarsko vratilo. Oko ekscentra vratila slobodno se obre rotor u obliku trougla, ija je svaka strana deo krunog luka, tako da njegovo kretanje unutar kuita nije po krunici, ve vrhovi rotora opisuju liniju, takozvanu trohoidu. Ekscentarsko vratilo je uleiteno u bonim stranama kuita i preko njega se vri odvoenje snage motora. Rotor je sa unutranje strane nazubljen i uzupen sa centralnim zupanikom koji je nepokretan, tako da se rotor obre oko ovog zupanika. Prenosni odnos izmeu centralnog fiksiranog zupanika i unutranjeg ozubljenja na rotoru je 2 : 3. Bitno je naglasiti da se preko navedenog ozubljenja ne prenosi nikakva sila niti moment, ve oni slue iskljuivo radi "voenja" rotora. Vrhovi rotora su u stalnom kontaktu sa unutranjom povrinom kuita, koja je stoga obraena u obliku hipotrohoide*, tako da se u svakom trenutku radni proces deli u tri odvojene komore, te klip okretanjem, sa kuitem, obrazuje stalnu promenljivost zapremina, unutar kojih se odigravaju radni procesi ciklusa jednog etvorotaktnog motora. Ove radne zapremine su zaptivnim elementima na svim kontaktnim povrinama rotora sa kuitem (vrhovi rotora i bone strane) potpuno meusobno odvojene. Istovremeno se u komori 1 zavrava proces usisavanja zatvaranjem usisnog kanala prolaskom ivice rotora preko njega, ime se dalje istovremeno nastavlja sledei proces - proces usisavanja u komoru 1.

Sva etiri procesa jednog radnog ciklusa obavljaju se dakle diskontinualno, jedan za drugim, jasno odeljeni, s tim to se za jedan obrtaj rotora obave sva etiri procesa, za razliku od klasinih etvorotaktnih klipnih motora, kod kojih, kako je reeno, za ostvarenje svih pojedinih procesa koristi se po jedan hod klipa, dakle, dva obrtaja kolenastog vratila. Odatle isledi injenica da je vankelov motor etvorotaktni, ali je za obavljanje ciklusa potrebno, kao kod dvotaknog, jedan obrtaj vratila.

Princip rada Vankelovog (rotacionog) motora.

Slika 1:Skica principa rada motora sa rotacionim klipoma) Poloaj klipa u spoljnoj taki (zatvorena komora 1), kada stranica rotora zatvara oba distributivna kanala.b) Usisni kanal je otvoren i puni se komora 1 gorivom smeom. U tom trenutku u komori 2 je proces sabijanja a u komori 3 kraj procesa irenja. Sila se preko rotora direktno prenosi na ekscentrino vratilo.c) Poloaj klipa u trenutku paljenja smee u komori 2, dok se u komori 3 obavlja proces izduvavanja. U komori 1 se privodi kraju proces usisavanja.d) Poloaj klipa na kraju usisavanja u komoru 1, poetak procesa irenja u komori 2. U komori B traje proces izduvavanja.*Trohoidne krive nastaju prilikom kotrljanja jednog kruga po drugom nepominom krugu, te tada bilo koja taka na pominom krugu opisuje neku trihoidu. Razlikuju se dva sluaja.a) Pri kotrljanju kruga spolja po nepominom krugu nastaje epitrohoida. Svaka taka na obimu pokretnog kruga tada opisuje epicikloidu.b) Ako se krug kotrlja iznutra po nepominom krugu njegove proizvoljne take opisuju hipotrohoide, a take na obimu pokretnog kruga opisuju hipocikloide.Prema slici 1okretanjem klipa u levo u komori 1 se obavlja usisavanje svee smee, dok se u komori 2 obavlja sabijanje prethodno usisane smee, a u komori 3 zapoinje proces izduvavanja. Na kraju procesa sabijanja u komori 2 skae varnica koja iniciranjem paljenja smee ostvaruje sagorevanje iste, nakon ega nastaje radni proces - ekspanzija gasova Slino klasinim klipnim motorima, u procesu izmene radne materije otvorena su oba distributivna kanala. Shodno gore navedenom kod rotacionog motora ekscentarsko vratilo preuzima ulogu kolenastog vratila klasinih motora i pri tome umesto posrednim dejstvom sile pritiska gasova na klip preko klipnjae na kolenasto vratilo (kao kod klipnih motora), ova sila direktno dejstvuje na ekscentarsko vratilo. Obrtni moment je stoga proizvod sile kojom rotor dejstvuje na vratilo i veliine ekscentrinosti ekscentra.

Slika 2: Kuite sa rotorom, rotor i ekscentrino vratilo Wankel motoraBitna razlika u odnosu na klasine motore je i u tome to je obrtanje rotora u odnosu na ekscentarsko vratilo 1:3, odnosno dok se ekscentarsko vratilo obrne za 270 0, rotor se obrne samo za 900. Dakle jedan radni takt se obavi za 900 obrtaja rotora, odnosno 2700 ekscentrinog vratila, tako da se za pun obrtaj rotora obave sva etiri radna procesa, to odgovara tri puna obrtaja ekscentrinog vratila, odnosno 10800. To sa svoje strane utie na znatno smanjenja trenja klipa sa platom, uprkos visokom broju obrtaja ekscentarskog vratila.

Rotor, dakle, istovremeno upravlja otvaranjem i zatvaranjem otvora za razmenu radne materije.

Ve prema tome kako su postavljeni razvodni otvori, moe se govoriti o motorima sa obuhvatnim razvodom (kada su otvori na platu kuita) i motorima sa bonim razvodom kada su otvori sa strane.

Slika 3Presek vankel motora NSU R0 80 iz 1967. godine sa dva rotora, Radna zapremina 2 x 497 cm3; snaga 84,6 kW/5500 min-1,; obrtni moment 157 Nm/4000 min-1; stepen kompresije 9; specifina snaga 15,2 kg/kW

Zbog nepovoljnog oblika kompresione zapremine i velike povrine iste u odnosu na zapreminu, a potom i komplikovanim zaptivanjem komora, nije mogua realna dizel verzija rotacionog motora te stoga ova vrsta motora radi iskljuivo prema etvorotaktnom oto principu.S obzirom da se na vratilu motora nalaze zamajac motora i protivtegovi za uravnoteenje inercionih sila ekscentrinog vratila, ovaj motor radi skoro bez ikakvih vibracija.Prednost vankel motora u odnosu na klasian klipni motor je pre svega su:- izvanrednom uravnoteenju masa, te time i odsustvo vibracija i buke kao posledice

Vibracija.- kompaktnoj gradnji sa samo dva glavna obrtna dela (rotor i ekscentarsko vratilo) i uopte manje delova nego klipni motori.- jednostavnoj i kompaktnoj konstrukciji razvoda radne materije uz odsustvo ventilskog razvoda i inercionih sila.- veoma dobrom obrtnom momentu kako po maksimalnoj vrednosti tako i po toku istog.- velikoj litarskoj snazi motora (oko dva puta vea od odgovarajueg klipnog motora),

te time u poreenju sa klipnim motorima i znatno veoj specifinoj snazi. Zbog izvanredne uravnoteenosti masa mogue je ostvariti visoke brojeve obrtaja.

- pod uslovom jednake snage, masa i radna zapremina ovog motora su znatno manje nego kod klasinog klipnog motora.- Nema velikih zahteva prema kvalitetu benzina, odnosno mogu je rad i sa niskooktanskim gorivom (normalni benzin 85 oktana) I pored brojnih prednosti ova vrsta motora ima i znatan broj nedostataka koji su po svojoj karakteristici znaajni:

- nepovoljan geometrijski oblik prostora za sagorevanje, zbog malog prostora za sagorevanje (po visini) i nepovoljnom odnosu povrine pojedinih komora prema zapremini istih (velika povrina omeuje relativno malu zapreminu), te stoga postoji mogunost detonantnog sagorevanja a u ekstremnim sluajevima ak i do gaenja plamena (tako zvani quensch efekt, koji je po svom karakteru nepovoljan),

- relativno visokoj emisiji CH.- oteano podmazivanje, koje je bilo i ostalo znaajan problem. Ovaj problem je uglavnom reavan tako to su se kuite i rotor podmazivali meavinom, dok je za ostali deo motornog mehanizma i hlaenje rotora korieno isto ulje. Stoga ovi motori imaju u principu viu specifinu potronju goriva i ulja nego kod klasini klipni motori.

- zbog nepovoljnog odnosa povrine radnog prostora prema zapremini koju ta povrina omeuje (30 do 40 % vea nego kod klipnih motora), specifina potronja ovih motora je znatno vea.Kao broj obrtaja motora kod vankelovih motora uzima se broj obrtaja ekscentarskog vratila, dakle izlazni broj obrtaja, a ne rotora.Karakteristike pogonskog agregata koje su povoljne za korienje u vozilima

Proces izbora pogonskog agregata ne moe da se posmatra odvojeno od transmisije vozila, s obzirom da su ove dve mehanike grupe i ako sa razliitim zadacima, nerazdvojivo povezana u procesu odluivanja. U procesu projektovanja vozila, prilikom izbora pogonskog motora postavljaju se poetni uslovi: kolika je potrebna vuna sila na pogonskim tokovima za savlaivanje najveih otpora koje vozilo treba da savlada u eksploataciji (F) i drugi uslov - najvea brzina kojom bi vozilo trebalo da se kree (v). Uobiajeno je to brzina koja se postie na horizontalnom putu (bez uspona) sa malim otporima kotrljanju.

Kod teretnih vozila, za izraunavanje potrebne snage uzima se najvea vuna sila koja treba da se ostvari na svim pogonskim tokovima, pod punim optereenjem vozila na najviem predvienom usponu. Naravno, pri tome se ne predvia velika brzina kretanja, ali ne i suvie mala, kako se ne bi koio ostali saobraaj.

Kod putnikih vozila, najvea snaga se dobija iz uslova otpora na horizontalnom putu, pri maksimalno predvienoj brzini. Dakle, potrebna snaga na tokovima iznosi:

pri emu se vuna sila (F) izraava u [N], a brzina kretanja (v) u [m/s].Odmah je potrebno napomenuti da je za definisanje snage motora neophodno snagu na tokovima uveati za veliinu gubitaka u sistemu prenosa snage (transmisiji) vozila:

Podsetimo se jo da izmeu efektivne snage motora (Pe = PeM) i obrtnog momenta momenta motora (TM = TeM) postoji relacija

odnosno

Oigledno je da izbor snage motora prema izrazima (III.2.1) i (III.2.3) zavisi od predviene maksimalne brzine kretanja i otpora kretanju pri toj brzini, tako da su uslovi kretanja vozila veoma razliiti. Veliki otpori pri polasku, dakle pri malim brzinama, zahtevaju veliku vunu silu na pogonskim tokovima. Ovo direktno znai da se od pogonskog agregata trai da na malim brzinama, odnosno malim brojevima obrtaja, razvijaju veliki obrtni moment, dok se pri velikim brzinama zahteva i veliki broj obrtaja na pogonskom toku. Sa druge strane, pri kretanju maksimalnom brzinom, pretpostavlja se da e se vozilo kretati po horizontalnom putu bez ubrzanja, tako da se kretanju vozila suprotstavlja samo otpor kotrljanja Rf i otpor vazduha Rv. Oba ova otpora rastu sa brzinom, pri emu se otpor vazduha menja ak sa kvadratom brzine.

Pri kretanju brzinama manjim od maksimalne, vozilo raspolae vikom snage, koju moe da koristi za savlaivanje ostalih otpora, na primer otpora ubrzanju Ri i otpora uspona puta R.

Oigledno je da e vozilo imati bolje mogunosti ubrzanja ukoliko je maksimalna snaga motora raspoloiva u to irem podruju broja obrtaja motora, drugim reima, poev od malih brojeva obrtaja. Najbolje mogunosti ubrzanja i savlaivanja uspona imae svakako motorkoji u celom dijapazonu broja obrtaja ima konstantnu i to maksimalnu snagu.

Na slici III.2-1 su prikazana dva uobiajena naina predstavljanja potrebne radne arakteristike motora. Dakle, uslovi puta, iz uslova racionalnog iskorienja snage motora, zahtevaju da se snaga motora racionalno koristi, to u principu znai da bikriva obrtnog momenta pogonskog agregata, za uslov konstantne snage u celom dijapazonu rojeva obrtaja, trebalo da bude idealna hiperbola. Upravo iz tih razloga ona se i zove idealna hiperbola vue.

Slika 4 radna karakteristika pogonskog agregata.a) zavisnost snage motora od broja obrtajab) zavisnost obrtnog momenta motora od broja obrtajaMeutim, sa aspekta mogunosti prenoenja vune sile na tlo tokovima, postoji ogranienje iskazano athezionom silom, odnosno uslovno reeno silom trenja tokova o tlo, koje zavisi od koeficijenta prianjanja i vertikalne reakcije tla na pogonske tokove. Drugim reima reeno, sila vue na tokovima ne moe da bude vea od athezione sile. Iz tih razloga je ogranien i iskoristivi obrtni moment motora na tokovima (T0), od koga zavisi vuna sila na pogonskim tokovima (F0).

Iskazano matematikim renikom, shodno iskazanom ogranienju, maksimalni obrtni

moment na toku (Tomax) bi mogao da bude:

[ - ] - koeficijent prianjanja toka o kolovoz

Zpt [ N ] - vertikalna reakcija tla na pogonske tokove

rd [ m ] - dinamiki poluprenik tokaObrtni moment To na pogonskim tokovima vozila, koji se od zamajca motora do tokova prenosi uvean za prenosne odnose u menjau (im), reduktoru (ir) (ukoliko ga vozilo ima), glavnom pogonskom mostu (ipm) i bonim reduktorima (ibr) (ukoliko ga vozilo ima) i redukovan za stepen korisnosti transmisije (T)

Iz gornje jednaine sledi da je i maksimalna snaga na toku (Ptmax)

to jest

Odnosno efektivna snaga na izlaznom vratilu motora

.

Iz navedenog sledi da bi grafiki prikaz maksimalne snaga motora koja bi mogla da se prenese tokovima vozila, izgledao kao na slici Prekoraenje snage, odnosno momenta motora, datih na dijagramu nije svrsishodno i rezultirae proklizavanjem tokova, to je u svakom sluaju nepoeljno.

Slika 5Maksimalna snaga koja bi teorijski mogla da se prenese tokovima ograniena athezionom silomIntegracijom dijagrama sa slika dobija se "idealna" karakteristika snage i momenta pogonskog motora sa aspekta maksimalnih performansi vozila. Ova karakteristika motora data je na slici 5

Slika 6. Idealna (poeljna) karakteristika snage i momenta pogonskog agregata kod vozilaNavedeni dijagram istovremeno predstavlja sva tri ogranienja karakteristika pogonskog motora uslovi prianjanja vozila na tlo, kretanje bez proklizavanja tokova i maksimalna brzina vozila sa aspekta maksimalnog broja obrtaja pogonskog agregata. Svrha primene

Opta pitanja koja bi trebalo razmatrati data su slikovito na slici. Ukoliko se radi o serijskoj proizvodnji, trite je ve dokazalo da svaka vea firma vozila ima i proizvodnju motora. Meutim kod maloserijske proizvodnje vozila, recimo kamiona ili autobusa, radnih mobilnih maina ili uopte radnih maina, pitanje motora se samo po sebi postavlja, te analizu treba initi prema postupku.

Ovom pitanju treba dodati i pitanje za koga proizoaa bi se trebalo opredeliti, s obzirom da marka odnosno ime proizvoaa ne opredeluje samo kvalitet motora, ve direktno utie na pitanje imida vozila ili maine u koju se motor ugarauje.

Slika 7:nain izbora motoraNaravno, ovo pitanje otvara i niz novih, vezanih za analizu proizvoaa, kao:

postojanje zastupstva, dilera ili filijala firme u bliem i irem regionu, pitanje servisne mree kako za servisno-remontne intervencije tako i za nabavku rezervnih delova.

Po definisanom izboru grupe proizvoaa motora, sledee pitanje je izbor snage pa

time i veliine motora.

Slika 8: Mesta primene motora i uporedna veliina motoraKod stacionarnih pogonskih agregata, izbor inae zavisi pre svega od najvee

predviene snage u eksploataciji. Naravno ni jedna radna maina niti vozilo nikada nee raditi uvek sa maksimalnom snagom, te stoga treba poznavati najee zastupljene ili stalnu radnu taku motora i pri izboru voditi rauna da ista bude u polu ekonominosti (iz univerzalnog dijagrama) ili njegovoj blizini, ime se maini ili vozilu obezbeuje najnia potronja goriva, te time i samo jedan segment ekonominosti. Veliina motora kod ovakvih maina obino ne predstavlja odluujuu karakteristiku.Za sluaj vozila ili radnih mobilnih maina drugi segment pri izboru je elastinost motora, odnosno mogunost da i pri niim brojevima obrtaja ima dovoljni obrtni moment te time i odgovarajuu vunu silu. Naravno treba birati motore sa veim znaicama brzinske elestinosti prema obrtnom momentu i one kod kojih linija obrtnog momenta ima strmiji pad u oblasti stabilnog podruja rada, ime se automatski obezbeuje i vea eleastinost i prilagodljivost motora optereenju.

Izbor koncepcije motora (dizel ili benzinski motori) obino je suen i svodi se na izbor

dizel motora kod tekih motora vozila i maina sa tekim uslovima rada. Kod modernijih koncepcija vozila i maina primena turbonadpunjenih dizel motora je evidentna, pogotovu kada se predvia njihov rad i na nadmorskim visinama viim od 1500 m.

Benzinski motori su najee zastupljeni na putnikim i dostavnim vozilima, terenska

vozila za koje se oekuje rad u zimskim uslovima ili hladnim predelima, motociklima i malim mobilnim mainama.ZAKLJUAK:

Osnovni problemi ovih motora u poetku su bili visoko termiko optereenje ivica klipa i zaptivanje kuita kako po stranama tako i po obimu, meutim, kasnije se tvrdilo da su ovi problemi prevazieni.Ova vrsta motora do sada nije imala posebnog uspeha u praktinoj primeni. Firme NSU iz Nemake i Mazda iz Japana su ak i poele serijsku proizvodnju putnikih vozila sa dvorotornim vankel motorima (NSU jo septembra 1963. godine motorom KKM 502, zapremine 500 cm3 i snage 40 kW pri 6000 ob/min-1), koja nije dugo trajala. Isto tako, relativno brzo, je i Mazda prestala sa proizvodnjom ovih tipova motora (RX 7). Kasnije se firma NSU pretopila u koncern Folkskavagena (Volkswagen), tako da je i tamo prestala proizvodnja dvorotornog vankel motora tip R0 80.

Bez obzira to se ovi motori ne primenjuju za ugradnju u vozila, za pogon nekih malih

radnih maina (iskljuivo kada su ak i male vibracije nepoeljne), ovi motori se i dalje proizvode.KORIENA LITERATURA:

1. Dr. Boidar Krsti, Tehnika eksploatacija motornih vozila, Mainski Fakultet, Kragujevac 2009.2. Varnii Z., Rakin P, "Akumulatori za elektrina vozila", Izvori elektrine struje, no, 1994, st. 389-392.3. Dr. Stefanovi, Aleksandar: Mobilne maine i drumska vozila, autorizovana skripta sa predavanja na sajtu Mainskog Fakulteta - Ni.

PAGE 14

_1428176961.unknown

_1428177385.unknown

_1428177616.unknown

_1428177639.unknown

_1428177656.unknown

_1428177488.unknown

_1428177111.unknown

_1428177338.unknown

_1428177055.unknown

_1428176793.unknown

_1428176890.unknown

_1428176557.unknown