3.1. razvodni mehanizam 4t motora - fsb online · varijabilan ventilski razvod 5. konstrukcije...

Doktorski rad

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

KATEDRA ZA MOTORE I VOZILA

3.1. Razvodni mehanizam 4T motora

KONSTRUKCIJE MOTORA

Ivan Mahalec

Zagreb, 2013/2014. 1

Konstrukcije

motora

Razvodni mehanizam 4T motora 2013/2014. 2

Sadržaj

1. Zadaća razvodnog mehanizma

2. Konstrukcije razvodnog mehanizma

3. Kinematika i dinamika razvodnog mehanizma

4. Varijabilan ventilski razvod

5. Konstrukcije razvodnog mehanizma vez ventila

Konstrukcije

motora



Zadaća: omogućiti izmjenu radne tvari u svakom radnom ciklusu

A – poboljšava pražnjenje cilindra ali povećava toplinsko opterećenje ventila

B, D – što veće (ali: D > B)

C – veće: poboljšava punjenje cilindra ali povećava sirove štetne emisije i zahtijeva veću brzinu vrtnje praznoga hoda

UZ – najvažnija točka: velika površina E donosi snagu kod visokih brzina vrtnje na račun gubitka momenta kod nižih brzina

Kut otvorenosti IV Kut otvorenosti UV

~ 110° UV > IV

Razvodni presjek

Razvodni dijagram

Konstrukcije

motora


Snaga motora:


Najveća brzina vrtnje Ottovih 4T motora (min-1):

1937. 1962. 1953. 1966. 2005. 2014.

VW buba Opel Kadett NSU RC 125 Honda 49 cm3, 2 cil. BMW Formula 1 Formula 1

3.800 5.000 11.000 22.500 19.800 (15.000)

0

doS,puee

Zλ1ρλη

Hp

T

2eHe

npVzP

nnH

VzP

pu0

doS,pueHe λC

T

2

Zλ1ρλη

n = max kad započne odvajanje ventila od brijega

BMW P85

V10, 3,0 dm3 V6, 1,6 dm3 turbo

Konstrukcije

motora



Razvodni dijagram: utjecaj točaka IO i UZ

Utjecaj točke IO

Utjecaj točke UZ

Konstrukcije

motora



Razvodni dijagram: utjecaj faznog pomaka BV

Kut zakreta BV

Fazni pomak

GMT

Pod

izaj

ven

tila

Ispuh Usis

Brzina vrtnje motora nmin nmax

Stu

panj

pun

jenj

a

Usis zatvara ranije

Usis zatvara kasnije

VW – fazno zakretanje usisnog i ispušnog bregastog vratila

uljem pod tlakom kojega razvodi upravljački uređaj.

Konstrukcije

motora



Razvodni dijagram: utjecaj faznog pomaka BV

GMT

I U

GMT

I U

GMT

I U

GMT

I U

Prazni hod Pmax Mmax unutarnji EGR

Ispuh

Usis

Stabilan prazni hod.

Ispuh se smije pomaknuti

ulijevo jer su kod niskog

opterećenja temperature u

cilindru niske i nema

opasnosti od pregrijavanja

ispušnog ventila zbog

ranijeg otvaranja.

Za najveću snagu pri

najvećoj brzini vrtnje usis

treba zatvoriti što kasnije.

Za najveći moment usis

treba zatvoriti ranije.

Za zadržavanje plinova u

cilindru usis treba započeti

znatno prije kraja ispuha,

pa ispušni plinovi pune

usisnu cijev i vraćaju se

natrag u cilindar.

Ispuh Usis

Konstrukcije

motora



Broj ventila po cilindru: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8Honda-1979

Razvodni dijagram

Kod kuta

zakreta

°BV

ZA više od dva ventila po cilindru:

• povećanje presjeka strujanja uz istovremeno

smanjenje kuta otvorenosti ventila

• smanjenje oscilirajuće mase koju opruga

mora pritiskivati na brijeg bregastog vratila.

PROTIV više od dva ventila po cilindru:

• kompliciraniji i skuplji motor

• kod nabijenih motora povećanje razvodnog presjeka

je od drugorazrednog značaja jer se njegov manjak

lako nadoknađuje povećanjem tlaka nabijanja.

Konstrukcije

motora


Konstrukcijske značajke:

• Ventili: stojeći (danas praktički napušteno) ili viseći (OHV)

• Bregasto vratilo u bloku (OHV) ili u glavi motora (OHC, DOHC)

Za visoku brzinu vrtnje:

• Što manje oscilirajuće mase

• Što veća krutost

• Bezudarni profil brijega

Velika krutost Mala krutost

2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: bregasto vratilo u bloku motora

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: bregasto vratilo u glavi motora

Poluklackalica Klackalica Čašasti podizač

Osobni automobili

Motocikli

Renault Clio BMW V12 (1994.) Alfa Romeo V6

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: oscilirajuće mase i trenje

Čašasti podizač:

Najveća trajnost stabla ventila i vodilice jer silu trenja preuzima čašica podizača a ne vodilica ventila.

Poluklackalica s kotačićem:

Najmanje trenje i najveća trajnost brijega. Hidraulički uređaj za poništavanje zračnosti na

najpogodnijem mjestu (nepomičan, najmanje osjetljiv na zrak u ulju). Najbolji kompromis: trenje +

trajnost + visoka brzina vrtnje + hidraulički uređaj za poništavanje zračnosti (Honda motocikli).

Poluklackalica Čašasti podizač Poluklackalica s kotačićem Desmodromic

najmanja masa najveća trajnost vent. najmanje trenje + najm. masa bez opruge

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: trenje

Porsche 924 TOP (Gruden)

Udio razvodnog mehanizma u ukupnim gubitcima trenja u motora je malen.

Mjere za smanjenje trenja u motoru daju rezultat ako su sveobuhvatne.

Ravni podizač

Poluklackalica s kotačićem

Konstrukcije

motora


VW VR6 – 1991.

VW V6 – 1999.

Usprkos dugačkih vodilica ventila u V6 motoru

tlak trenja je manji zahvaljujući kotačiću u

poluklackalici.

Prosječna vrijednost tumble-vrtloga je podjednaka

s dugačkim i kratkim usisnom kanalom.

2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: primjeri OHC / DOHC

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: primjeri OHC / DOHC

Daimler OM 470 euro VI – DOHC/4V

10,7 dm3, 290 kW kod 1.800 min-1

1.900 Nm kod 1.100 min-1

Gradski autobus Citaro

Kamionski

motori su

dostigli i

prestigli

motore

osobnih

automobila.

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: utjecaj na oblik prostora izgaranja

Otto: broj i raspored ventila izravno utječe na oblik prostora izgaranja i strujanje u cilindru

Ventili u jednome redu

Ventili u V-rasporedu

Poprečno strujanje kroz cilindar bolje punjenje uz manje gubitaka

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: utjecaj na oblik prostora izgaranja

Diesel: položaj ventila podređen je obliku prostora izgaranja

Vrtložna komora Izravno ubrizgavanje: 4 ventila + brizgaljka u sredini cilindra VW Golf Mercedes OM 668 Mercedes OM 611 Mercedes kamionski

(1977.) (A klasa, 1998.) (C klasa, 1997.) (OM 501/502 LA, 1995.)

Peti dekompresijski

ventil za motornu

kočnicu se na slici ne

vidi.

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: zračnost ventila

Mehaničko podešavanje zračnosti Hidrauličko poništavanje zračnosti

Vijak

Izmjenjiva pločica Fiat 128 A (1968.)

(dotle: kapica s donje

strane) • u nepomičnom osloncu

poluklackalice (npr. Opel, GM, Honda)

• u klackalici (kod ventila)

Hidraulički uređaji za poništavanje zračnosti

• u čašastom podizaču (npr. VW, BMW, FIAT)

Zračnost se podešava na hladnom motoru.

Najmanje osjetljiv na zrak u ulju

Ne povećava oscilirajuću masu

ZU / ZI: 0,1 / 0,2 mm

ZU / ZI: 0,4 / 0,5 mm

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: zračnost ventila

Hidrauličko poništavanje zračnosti

na zrakoplovnom motoru Continental

Dok ventil miruje na sjedištu, ulje pod tlakom iz

sustava podmazivanja puni niskotlačnu komoru (7),

a potom i visokotlačnu (9). Dalje podmazuje

polukuglastu dodirnu plohu čašice i šipke podizača.

Ovom cirkulacijom ulje se odzračuje. Kada brijeg

počne pomicati tijelo podizača (5), jednosmjerni

kuglasti ventil (3) zatvori izlaz ulja iz visokotlačne

komore (ona postane „tvrda”) i pomak se prenosi

na šipku podizača (13) i dalje na ventil motora.

Konstrukcije

motora


1 - pločica za podešavanje zračnosti

(debljina po 0,03 mm)

2 - čašica podizača

3 - tanjurić ventilske opruge

4 - dvodijelni klin

5 - brtva stabla ventila

6 - podloška ventilskih opruga

7 - vodilica ventila

8 - graničnik vodilice

Duljina “x” stanjenoga

dijela u vodilici mora biti

barem jednaka podizaju

ventila.

2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: detalji ventilskoga sklopa

Konstrukcije

motora


Ventil punjen natrijem

2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: detalji ventilskoga sklopa

Sjedište ventila

Širina sjedišta u glavi bG:

• oko 1,5 do 2 mm kod usisnih ventila

• oko 2,0 do 2,5 mm kod ispušnih.

Preširoko sjedište

• ventil ne brtvi dovoljno

• ne može razbiti eventualne naslage

gareži koja izleti iz cilindra i nerijetko

se zaustavi baš na sjedištu.

Najviša temperatura ventila:

• usisni: 300ºC do 500ºC

• Ispušni: 600 (Diesel) do 800ºC (Otto)

Ispušni ventil punjen natrijem:

sniženje temperature do 100°C.

Konstrukcije

motora


2. Konstrukcije razvodnog mehanizma: pogon bregastoga vratila

Pogon bregastoga vratila od radilice:

• zupčanicima

• lancem

• zupčastim remenom

Konstrukcije

motora



Pogon zupčanicima

Ford Cosworth DFV

(Double Four Valve)

najuspješniji motor u

Formuli 1: 155 pobjeda

od 1967. do 1983.

i njegov konstruktor

Keith Duckworth

(1933-2005.).

Cilindrični zupčanici

Konični zupčanici

Ducati Desmo

Konstrukcije

motora



Pogon lancem

Vlastita frekvencija titranja lanca (Bensinger):

(1/s)

l – redni broj oblika titranja, L, m – slobodna duljina lanca,

F, N – sila napetosti lanca, m*, kg/m – masa lanca po jednici duljine

*2

1

m

F

Lf ll

1 – Lančanik bregastog vratila

3 – Lančanik koljenastog vratila

2 – Lanac

4 – Natezač

5 – Klizne vodilice

Konstrukcije

motora



Pogon zupčastim remenom

Glas 1004 (1961.) prvi motor sa zupčastim remenom, 4 cil., redni, 1,0 dm3, Ø72 × 61 mm, snaga čak 47 kW.

Prvobitna varijanta (lijevo): s osovinama klackalica (1).

Poboljšana varijanta (desno): s polukuglastim osloncima klackalica na krajevima nepomičnih vijaka (2) za

podešavanje zračnosti ventila. Mekane opruge (3) služile su samo za pridržavanje klackalica kod montaže. Cijeli

razvodni mehanizam osim ventila nalazi se u posebnom kućištu, iznad glave motora.

Najveća trajna brzina vrtnje iznosila je čak 6600 min-1.

Konstrukcije

motora



K

A

h (a )

6

5

43

2

1

P2P1

B2B1

V

Osnovni dijelovi brijega bregastoga vratila i podizaj

Osnovni oblici bregova upareni s odgovarajućom protuplohom

Konstrukcije

motora



Tri načina prikazivanja kinematičkih značajki profila brijega:

654321

-100%

-50%

0%

50%

100%

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Kut zakreta brijega a , °BV

Podiz

aj h

, brz

ina

h',

ubrz

anje

h''

h'' h' h

Kurzov bezudarni brijeg

(sličan brijegu Fiat 128 A )

P2P1 VB1 B2

P1, P2 - predbregovi

B1, B2 - bokovi

V - vrh

%

Konstrukcije

motora



Tri načina prikazivanja kinematičkih značajki profila brijega:

Konstrukcije

motora


3. Kinematika i dinamika razvodnog mehanizma: idealizirano gibanje ventila

Idealizirano gibanje ventila: elastičnost elemenata nije uzeta u obzir

Zračnost ventila

• Suma pozitivnih i negativnih

površina ispod krivulje ubrzanja

jednaka je nuli.

• Kut vrha mora biti širok, a kut boka

uzak jer je prostor za smještaj

opruge ventila ograničen.

Konstrukcije

motora


Navoji opruge sjeli jedni na druge

3. Kinematika i dinamika razvodnog mehanizma: stvarno gibanje ventila

F - rezultanta sila svih vibracijskih elemenata

4000 min -1

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Kut zakreta BV, °

Ub

rza

nje

, m

m/r

ad

2

h"BV

h"

h"OPR

h'' - ubrzanje ventila

h''BV - geometrijsko ubrzanje profila brijega

h''OPR - usporenje opruge ventila

Put ventila

228 o

129 o

Podizaj bvrijega

114o

162o

243o

Kontaktna sila

114o

130o

162o 243

o

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360

Kut zakreta BV, °

Po

diz

aj, m

m

0

5.000

10.000

15.000

20.000

Sila

, N

Bok

Vrh

Bok

4.500 min-1

Za visoku brzinu vrtnje:

• Što manje oscilirajuće mase

• Što veća krutost

• Bezudarni profil brijega

Konstrukcije

motora


3. Kinematika i dinamika razvodnog mehanizma: nesimetričan brijeg

6

5

43

2

1

P2P1

B2B1

V

Kod nesimetričnog dijagrama

podizaja razvodni presjek je na

silaznoj “strmijoj” strani veći nego

na uzlaznoj, a i ubrzanja su veća.

Za odvajanje ventila od

brijega mjerodavna su upravo

ubrzanja. Na “blažoj” uzlaznoj

strani brijega ubrzanja su doduše

niža i to na njoj smanjuje opasnost

od odvajanja ventila. Međutim,

odvajanje će ionako nastupiti na

“strmijoj” silaznoj strani, samo što

će biti popraćeno manjkom

razvodnoga presjeka.

Zato se brijeg izvodi nesimetričan,

da bi se dobio simetričan razvodni

dijagram.

Simetričan

podizaj

Nesimetričan

podizaj

Konstrukcije

motora


4. Varijabilan ventilski razvod: BMW Valvetronic

Valvetronic: Promjena snage bez prigušivanja usisa

Konstrukcije

motora


4. Varijabilan ventilski razvod: razvod bez bregastog vratila

Elektromehanički aktuatori: potpuno varijabilan razvod + isključivanje cilindara

Jedna od mogućih strategija upravljanja

• Razvijeno do razine serijske proizvodnje

• Velike mogućnosti upravljanja radom motora:

- smanjenje potrošnje goriva

- smanjenje emisija

- povećanje snage

- upravljanje unutarnjim EGR-om

• Problemi:

- buka

- potreban napon od 42 V

Konstrukcije

motora


5. Razvodni mehanizam bez ventila: povijest

Razvod rotirajućim

zasunima (1 do 4) i

oscilirajućim cilindarskim

košuljicama (5 i 6) je rezultat

nastojanja da se snaga

avionskih klipnih motora

poveća preko granice koju su

pri punjenju cilindra

predstavljali ventili.

Konstrukcije

motora


5. Razvodni mehanizam bez ventila: povijest

Devetcilindarski avionski

motor Hercules tvornice

Bristol s oscilirajućim

cilindarskim košuljicama

Konstrukcije

motora

Razvodni mehanizam 4T motora 2013/2014.

Kraj

35

3.1. razvodni mehanizam 4t motora - fsb online · varijabilan ventilski razvod 5. konstrukcije...

Documents