MAINSKI FAKULTET UNIVERZITETA U TUZLI Ivan Filipovi MOTORI I MOTORNA VOZILA Tuzla, februar, 2006.

PREDGOVOR Ovaj udbenik namijenjen je studentima mainskih fakulteta usmjerenja: ene rgetika, procesna tehnologija, konstruktivno mainstvo, itd., gdje se izuavaju samo osnovne karakteristike motora i vozila. Sadraj udbenika je koncipiran tako da itao ca upozna sa osnovnim principima rada, konstruktivnim karakteristikama i funkcio nalnim veliinama motora sa unutarnjim izgaranjem kao i vozila sa svim bitnim sklo povima. Gradivo je podijeljeno u 23 zasebne cjeline. Privih 16 cjelina obrauje ka rakteristike motora, gdje spadaju: osnovni pojmovi o motoru sui, glavni dijelovi motora, ciklusi (idealni i stvarni) pokazatelji i karakteristike motora, toplot ni bilans, sistemi za dobavu goriva i zraka, sistemi za podmazivanje i hlaenje mo tora, sistem razvoda radne materije, sistemi startovanja i paljenja motora, sist emi za preiavanje ulja, goriva i zraka, sistem nadpunjenja (prehranjivanja), itd. P reostale cjeline tretiraju glavne podsklopove i elemente vozila, i to: transmisi ju (spojnica, mjenja, kardansko vratilo, glavni prenos sa diferencijalom, pogonsk e poluosovine i tokovi), ram i karoserija vozila, sistem elastinog oslanjanja vozi la, sistem upravljanja, sistem koenja i ostali ureaji koji se mogu nalaziti na voz ilu. Na kraju je dat zakljuni komentar i koritena literatura, poslije ega se nalazi poseban dodatak udbeniku koji obrauje konkretne primjere (zadataka) iz podruja mot ora i vozila. Svi primjeri u dodatku, ili su detaljno i postupno uraeni, ili imaj u samo konana rjeenja, su zasnovani na realnim vrijednostima, odnosno konkretnim p rimjerima iz prakse. Ovo omoguava studentima da pored iznesenih teoretskih i prak tinih saznanja o motorima i vozilima, dobiju osjeaj realnih vrijednosti pojedinih parametara motornih vozila Tuzla, februar, 2006. Autor

SADRAJ 1. 1.1 1.2 2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 3. 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 4. 5. 5.1 5.2 5.3 5.4 6. 7. 7.1 7.2 7.3 8. 8.1 8.2 8.3 9. 9.1 9.2 9.3 10. 10.1 10.2 1 0.3 10.4 10.5 11. 11.1 11.2 Uvod Klasifikacija motornih vozila Osnovni sistemi m otornog vozila Motori sa unutarnjim izgaranjem Definicija motora sui Prednosti i nedostaci motora sui Podjela motora sui Glavni djelovi motora sui Pokretni djel ovi motora Osnovni nepokretni djelovi motora sui Pomoni sistemi i ureaji motora su i Idealni ciklusi motora sui Uvod Karakteristike idealnog ciklusa Uopteni idealni ciklus Specifini sluajevi idealnih ciklusa Analiza uticajnih faktora Stvarni cikl us motora sui Pokazatelji za ocjenu radnog ciklusa Indicirani parametri Meusobna zavisnost osnovnih parametara Efektivni pokazatelji Odreivanje mehanikog stepena i skoritenja Toplotni bilans motora Nadpunjeni (prehranjivani) motori osnovne karak teristike Uvod Osnovne karakteristike TK agregata Pregled sistema nadpunjenja Ka rakteristike motora Brzinske karakteristike Karakteristike optereenja Univerzalne karakteristike Stvaranje smjee kod oto motora Princip rada prostog (elementarnog ) karburatora Podjela karburatora Instalacije sa ubrizgavanjem lakog goriva Ostv arenje smjee kod dizel motora Osnovni zahtjevi instalacije za raspriivanje goriva Osnovni razlozi rasprivanja goriva i uticaj okoline na mlaz goriva Podjela sistem a za napajanje gorivom dizel motora Koncepcija uobiajenih sistema za ubrizgavanje dizel goriva Osn ovne karakteristike sistema za ubrizgavanje Usisna i izduvna in stalacija Osnovni zadaci Podjela instalacija 1 1 3 5 5 5 5 13 13 23 28 30 30 30 32 36 38 42 45 45 50 51 52 53 55 55 56 59 61 61 63 64 65 68 69 71 77 77 77 79 81 84 86 86 87

11.3 11.4 11.4.1 11.4.2 12. 12.1 12.2 12.2.1 12.2.2 12.2.3 13. 13.1 13.2 13.3 14 . 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 15. 15.1 15.2 15.3 15.4 16. 16.1 16.2 17. 17.1 17.2 1 7.3 17.4 17.5 18. 18.1 18.1.1 18.1.2 18.1.3 18.2 18.2.1 18.2.1.1 18.2.1.2 18.2.1 .3 18.2.2 18.2.2.1 18.2.2.2 18.2.2.3 18.2.2.4

Konstrukcija instalacija Dodatni uredjaji za smanjenje emisije toksinih komponent i i buke Uredjaji za smanjenje emisije toksinih gasova Uredjaji za smanjenje buke motora Preiavanje ulja, goriva i zraka Svrha preiavanja Podjela i konstrukcija preist Preistai za ulje Preistai za goriva Preistai za zrak Ureaji za startovanje motora Osn vni zadatak i naini startovanja motora Elektro pokreta Startovanje motora sa sabij enim zrakom Prinudno palenje smjese Osnovni zadaci Podjela instalacija Instalaci ja za induktivno-baterijsko palenje Instalacija za induktivno-magnetno palenje O snovni sistemi za paljenje Instalacija za podmazivanje Svrha Podjela instalacija Osnovne eme instalacija Osnovni elementi instalacije Instalacija za hlaenje Osnov ni zadaci Podjela instalacija Osnovi dinamike drumskih vozila Kotrljanje toka Odr eivanje koordinata teita vozila Stabilnost vozila pri kretanju u krivini Izbor pogo nskog agregata (motora sui) Vuno-dinamike karakteristike vozila Sistemi prenosa sn age i transformacije obrtnog momenta (transmisija) Spojnica Frikcione spojnice H idrauline spojnice Elektromagnetne spojnice Mjenjai Stupnjevani mjenjai Stupnjevani mjenjai sa kliznim zupanicima Stupnjevani mjenjai sa stalno uzubljenim zupanicima S tupnjevani mjenjai sa pokretnim osama vratila - planetarni mjenjai Kontinuirani pr enosnici - mjenjai Mehaniki kontinuirani prenosnici Hidraulini kontinuirani prenosn ici Elektrini kontinuirani prenosnici Hidro mehaniki mjenjai 87 89 89 91 93 93 93 93 95 95 98 98 99 102 103 103 103 104 106 107 109 109 109 1 10 112 114 114 114 119 119 122 124 126 128 133 134 134 138 140 140 141 143 144 1 50 152 152 154 157 157

18.3 18.3.1 18.3.2 18.3.3 18.4 18.4.1 18.4.2 18.4.3 18.4.4 18.5 19. 20. 20.1 20. 2 20.3 20.3.1 20.3.2 20.3.3 20.3.4 20.4 20.5 20.6 21. 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 2 2. 22.1 22.2 22.2.1 22.3 22.4 22.4.1 22.4.2 22.4.3 22.4.4 22.5 23. 24 26. Zglobni (kardanski) prenosnici Zglobovi nejednakih ugaonih brzina Zglobovi jedna kih ugaonih brzina (sinhroni zglobovi) Elastini zglobni prenosnici Pogonski (vodei ) most Glavni prenos Diferencijal Poluvratila (poluosovine) Pogon na vie mostova (razvodnik pogona) Tokovi i pneumatici (gume) Ram i karoserija vozila Sistem osla njanja (ovjeenja) Oscilatorni model sistema elastinog vjeanja motornog vozila Vrste i klasifikacija sistema oslanjanja Elastini elementi Lisnate opruge (gibnjevi) Z avojne opruge Torzione opruge (torzioni tapovi) Pneumatski i hidropneumatski elas tini elementi Elementi za voenje toka Elementi za priguenje oscilovanja Stabilizator i Sistem za upravljanje vozilom Upravljaki toak Upravljaki mehanizam Prenosni mehan izam (spone) Upravljaki most i geometrija upravljakih tokova Servoupravljai Sistem z a koenje vozila Gradnja konih sistema Koioni mehanizam (konica) Frikcioni koioni meha nizam u toku Sistem za aktiviranje koionog mehanizma (prenosni mehanizam) Trajni u sporivai motornih vozila dopunski koioni sistem Leptir motorna konica trajni uspori va Motor-kompresor-trajni usporiva Elektro-magnetna konica trajni usporiva Hidrodina mika konica trajni usporiva Stabilnost vozila pri koenju Ostali ureaji na vozilu Zakl juak Literatura Dodatak (vjebe) 162 164 166 167 168 169 172 177 180 182 186 190 190 191 195 196 198 200 202 205 208 211 213 219 219 221 224 227 229 230 233 233 235 240 241 242 243 243 245 247 248 249 251

1 1. UVOD Dananji stepen razvoja motornih vozila karakterie se proizvodnjom vrlo ir okog spektra razliitih vrsta, tipova i katergorija vozila. Savremena vozila karak teriu se velikom sloenou mehanizama, koji se nalaze na njima. Posebno treba istai aut omatizaciju i elektronsku kontrolu pojedinih procesa na vozilu sa ciljem zadravan ja njegove konkurentnosti. U budunosti se oekuje dalji intenzivni razvoj motornih vozila uz maksimalno angaovanje strunjaka razliitog profila (mainci, elektroniari, te hnolozi, elektriari, dizajneri, ekonomisti, ekolozi, itd). Borba za opstanak vozi la na tritu trai stalno poboljanje kvaliteta istog. Pojam kvaliteta vozila ukljuuje i niz karakteristika, koje predstavljaju mjerilo za ocjenu vozila. Karakteristike vozila se mogu podijeliti u etiri grupe i to: Performanse, koje obuhvataju energ etske, eksploatacione i ekoloke karakteristike vozila. Pouzdanost, koja obuhvata sve one parametre kvaliteta, koji se odnose na mogunost nesmetanog obavljanja svi h funkcionalnih zadataka u toku eksploatacije u svim radnim uslovima. Ekonominost , koja obuhvata sve elemente, koji se odnose na ekonomsku opravdanost koritenja v ozila. Bezbijednost, obuhvata sve one komponente kvaliteta, koje se odnose na st epen sigurnosti koritenja vozila sa stanovita vozaa, putnike i okoline u najirem smi slu rijei. Da e se u budunosti intenzivirati razvoj ndustrija motornih i prikljunih vozila je ijetu Motorno vozilo slui za zadovoljenje robne razmijene je automobil i Industrija ehnologija, a sa zrakoplovima i svemirskim niji proizvod ovjeanstva. motornih vozila, govore sljedee injenice: I jo uvijek najvea i najjaa industrija na sv osnovnih potreba ovjeanstva Predmet najvee automobila predstavlja sintezu svih t letjelicama, automobil je najkompleks

1.1 Klasifikacija motornih vozila Pod motornim vozilom podrazumijeva se samohodn a maina pogonjena motorom, koja se kree uglavnom po kopnu, a najee nije vezana za odr eenu trajektoriju. U motorna vozila mogu se ukljuiti i maine, koje imaju mogunost da se kreu i po kopnu i po vodi (amfibijska motorna vozila specijalne namjene) kao i ona vozila, koja mogu da se kreu, kako po slobodnim tako i po unaprijed utvrenim trajektorijama (tzv. automatski voena vozila). Pored vozila obuhvaenih gornjom de finicijom, u vozila spadaju i sve vrste prikljunih vozila za motorna vozila, kao i njihove kombinacije vunih vozova. Najee se kao osnovni parametar za klasifikaciju motornih vozila uzima njihova namjena. U tom smislu se motorna vozila mogu podij eliti na dvije osnovne grupe: - putna i - besputna motorna vozila, gdje se prva kreu po posebno izraenim putevima, a druga se kreu po najrazliitijim podlogama bespua . Na osnovu ue namjene i putna i besputna motorna vozila mogu da se podijele na transportna - vuna (radna) i - specijalna vozila Transportna vozila su namijenje na za prevoz robe ili ljudi, na odreenim relacijama, pri odreenoj brzini kretanja.

2 Vuna vozila u sklopu sa nekom radnom mainom ili ureajem obavljaju odreene operacij e u raznim oblastima privrede (umarstvo, graevinarstvo, komunalne djelatnosti, itd .). Ovdje je bitna vuna sila na poteznici (Fp), odnosno snaga (Pm) za pogon prikl june maine. Specijalna motorna vozila, koja imaju posebne karakteristike, ovisno o d namjene (za sport, vojsku, zdravstvene, itd. usluge.) Na sl. 1 data je ema klas ifikacije kopnenih vozila. Podjela motornih vozila moe da se vri i u odnosu VUNA (PRIKLJUNA) KOPNENA VOZILA SAMOHODNA (MOTORNA) sa nezavisnim (slobodnim) kret anjem MOTORNA VOZILA sa zavisnim (vezanim) kretanjem INSKA VOZILA PUTNA (DRUMSKA) BESPUTNA (TERENSKA) TRANSPORTNA VUNA (RADNA) SPECIJALNA Sl. 1 ema podjele (klasifikacija) kopnenih vozila na druge znaajne parametre, kao npr.: - prema nainu ostvarenja kretanja (motorna vozila sa tokovima, motorna vozil a sa gusjenicama), - prema vrsti pogona (motorna vozila sa motorom sus, sa elekt ropogonom, sa gasnom turbinom, itd.), itd. U okviru ECE propisa izvrena je posebn a klasifikacija drumskih vozila, kako slijedi: a) Kategorija L: Motorna vozila s a manje od etiri toka. Ova kategorija se dijeli u pet podkategorija i to: - katego rija L1 su vozila sa dva toka, ija radna zapremina motora nije vea od 50 cm3, a mak simalna konstruktivna brzina nije vea od 40 km/h. - kategorija L2 su vozila sa tr i toka, ija radna zapremina motora je vea od 50 cm3, a maksimalna brzina ne prelazi 40 km/h. - kategorija L3 su vozila sa dva toka, ija je radna zapremina motora vea od 50 cm3, ili je konstrukcijska (maksimalna) brzina vea od 40 km/h. - kategorija L4 su vozila sa tri toka asimetrino postavljena u odnosu na srednju podunu osu, ija je konstruktivna brzina vea od 40 km/h (motocikli sa bonom prikolicom). - kategor ija L5 su vozila sa tri toka asimetrino postavljena u odnosu na srednju podunu osu, ija navea masa nije vea od 1000 kg i ija je radna zapremina vea od 50 cm3 ili im je konstrukcijska brzina vea od 40 km/h. b) Kategorija M: Motorna vozila sa najmanje etiri toka ili sa tri toka i najveom masom iznad 1000 kg, koja slue za prevoz putnik a. Ova kategorija se dijeli u etiri podkategorije i to: - kategorija M1 (a) su vo zila koja imaju tri ili pet vrata i bone prozore iza vozaa, a ija maksimalna masa o ptereenog vozila ne prelazi 3.500 kg, izraena prvenstveno za prevoz putnika, ali k oja mogu biti preureena i za djelimini prevoz tereta. - kategorija M1 (b) su vozil a koja su konstuisana i izraena za prevoz tereta, ali koja mogu adaptiranjem pomou nepokretnih ili obarajuih sjedita da se primijene za prevoz vie od tri putnika, a i ja maksimalna masa optereenog vozila u oba sluaja ne prelazi 3.500 kg.

3 - kategorija M2 su vozila za prevoz putnika, koja osim sjedita vozaa imaju vie od 8 sjedita i ija maksimalna masa nije vea od 5.000 kg. c) Kategorija N: Motorna voz ila sa najmanje etiri toka ili vozila sa tri toka ija je maksimalna masa iznad 1000 kg, a koja se u oba sluaja koriste za prevoz tereta, dijele se u tri podkategorij e i to: - kategorija N1 su vozila za prevoz tereta, ija najvea masa nije vea od 3.5 00 kg, - kategorija N2 su vozila za prevoz tereta, ija je najvea masa iznad 3.500 kg, ali ne iznad 12.000 kg, - kategorija N3 su vozila za prevoz tereta sa najveom masom iznad 12.000 kg. d) Kategorija O: Ovdje spadaju prikolice i poluprikolice . Dijele se u etiri podgrupe: - kategorija O1 su prikolice sa jednom osovinom, ija najvea masa nije vea od 750 kg. - kategorija O2 su prikolice ija najvea masa nije v ea od 3.500 kg, sa izuzetkom prikolica kategorije O1. - kategorija O3 su prikolic e ija je najvea masa iznad 3.500 kg, ali ne iznad 10.000 kg. - kategorija O4 su pr ikolice ija je najvea masa iznad 10.000 kg. Pored ovih podjela postoje i druge vrs te podjela, kao npr.: - vozila sa dva i tri toka i - vozila sa etiri i vie tokova Mo torna vozila sa dva i tri toka mogu se podijeliti na: motorne dvokolice (hodna za premina 30 50 cm3, brzina 20 40 km/h) mopede (hodna zapremina do 50 cm3, max. br zina do 60 km/h) skuteri (hodna zapremina do 175 cm3, mjenja 2 4 stepena, max. br zina do 90 km/h) motorkotai (hodna zapremina do 1300 cm3, mjenja 2 6 stepeni, max. brzina do 250 km/h) motorne trokolice za prevoz tereta do 500 kg laka vozila na tri toka za prevoz tereta (do 850 kg) ili prevoz putnika (2 6 osoba) Motorna vozila sa etiri i vie tokova, mogu se podijeliti na: putnike automobile auto buse kombi vozila teretna vozila specijalna vozila Ispravno izvrena klasifikacija i tipizacija vozila omoguava da se uspjeno obavi i t ipizacija itavog niza sklopova i elemenata, kao i vozila u cjelini. Ovo se sve sv odi na standardizaciju elemenata, sklopova, sistema, pa i itavih vozila, to ima vr lo vano mjesto u proizvodnji motornih vozila u svijetu. 1.2 Osnovni sistemi motor nog vozila Neovisno od namjene i konstuktivne izvedbe kod motornih vozila se raz likuju slijedei glavni sistemi i agregati: - motor sa unutarnjim izgaranjem (pogo nski agregat) - mehanizam za prenos snage (transmisija) koja se sastoji od: spoj nice, mjenjaa, kardana, glavnog prenosa, diferencijala i poluosovina. - nosea kons trukcija (ram ili asija) ili samonosea konstrukcija, najee kod putnikih vozila i autob usa. - sistem kretaa (tokovi, gusjenice)

4 - sistem elastinog oslanjanja (elastini elementi, amortizeri, itd.) - sistem upr avljanja - sistem koenja Pored ovih osnovnih sistema na vozilu se nalaze i drugi sistemi, kao: karoserija ili nadgradnja sistem za podmazivanja sistem za klimati zaciju (grijanje, ventilacija, hlaenje) sistem elektroopreme specijalni ureaji (ki pa za samoistovar, auto dizalica za utovar, ureaj za samoizvlaenje vozila, oprema za prevoz specijalnih tereta, itd.) Zbog boljeg uvida u razmjetaj agregata i sistema na vozilu, u nastavku se daju sl ike glavnih sklopova i elemenata za jedno putniko vozilo (sl. 2) i jedano teretno vozilo (sl. 3).

1 motor, 2 spojnica, 3 mjenja, 4 kardansko vratilo, 5 glavni prenos i diferencija l, 6 tokovi i gume, 7 opruge (elastini elementi), 8 upravljaki mehanizam, 9 konic 10 karoserija, 11 rezervoar goriva, 12 izduvni sistem Sl. 2 Glavni sklopovi i karakteristini elementi putnikog vozila 1 motor, 2 spojnica, 3 mjenja, 4 kardansko vratilo, 5 glavni prenos i diferencija l, 6 ram (asija), 7 elastini element (lisnati gibanj), 8 tokovi i gume. Sl. 3 Glavni sklopovi i karakteristini elementi teretnog vozila

5 2. MOTORI SA UNUTARNJIM IZGARANJEM 2.1 Definicija motora sui Stroj koji preobr aava bilo koji vid energije u mehaniku energiju naziva se motor. Da bi bio upotreb ljiv motor mora imati pretvaranje energije iz jednog vida u drugi, pouzdano i ek onomino. Zavisno od vida polazne energije motori mogu biti: toplotni, elektrini, h idraulini, itd. Motori sa unutarnjim izgaranjem (motori sui) spadaju u grupu topl otnih motora, jer se toplotna energija sadrana u gorivu, posredstvom sagorijevanj a pretvara u potencijalnu energiju radnog fluida, a zatim putem ekspanzije radno g fluida u korisnu mehaniku energiju. Pretvaranje hemijske energije, sadrane u gor ivu, posredstvom sagorijevanja u potencijalnu energiju radnog fluida, mogue je iz vesti ili u samom motoru ili van njega. Prema tome, postoje dvije grupe toplotni h motora prema mjestu pretvaranja hemijske energije u toplotnu i to: - motori sa spoljnjim izgaranjem (motori ssi) - motori sa unutarnjim izgaranjem (motori sui ) 2.2 Prednosti i nedostaci motora sui Da bi se istakle prednosti i nedostaci motora sui, oni se obino uporeuju sa motori ma ssi. Osnovne prednosti motora sui: - Visoka ekonominost (velike vrijednosti ef ektivnog stepena korisnosti motora ove vrijednosti idu i preko 45%) - mala speci fina masa (kg/kW), odnosno visoka specifina snaga (kW/kg) - kompaktna gradnja (mal a vrijednost boks zapremine motora po snazi m3/kW) - brzo su spremni za rad nako n startovanja - koriste gorivo velikog energetskog potencijala (kJ/kg) - troe gor ivo samo dok rade. Nedostaci motora sui su: - Zavisnost od kvaliteta goriva. Kor iste gorivo tano propisanih osobina. Danas se rade i motori, koji mogu zadovoljit i iri spektar kvaliteta goriva. - Nesamostalan start moraju imati strani pokreta z a startovanje motora (elektrostarter, runo, komprimiranim zrakom, itd.) - Ne moe s e mnogo preopteretiti. - Komplikovana gradnja (sloena konstrukcija sa dosta pomoni h ureaja). - Zahtijeva veu strunost osoblja za opsluivanje i rukovanje. - Ima loe eko loke karakteristike (zagaujue materije, buka). Ove karakteristike su danas postale dominantan parametar u ocjeni kvaliteta motora. 2.3 Podjela motora sui Vrlo iroko p olje primjene motora sui, uslovilo je svojim raznovrsnim zahtjevima i veliki bro j vrlo razliitih tipova i konstrukcija motora sui. Zbog toga se u nastavku daje p odjela motora sui prema nekim od osnovnih kriterija. a) Prema namjeni motora - M otori za transportne svrhe (automobilski, brodski, traktorski, lokomotivski, zra koplovni, )

6 - Stacionarni motori (pogon u elektranama, pumpnim i kompresorskim stanicama, itd.) - Motori za sportska i trkaa kola i motocikle. b) Prema vrsti goriva Motori na laka tena goriva (benzin, benzol, kerozin, ) Motori na teka tena goriva ( dizel gorivo, mazut, ulje za loenje) Motori na plinovita goriva (prirodni plin, propan butan,) Motori na mijeana goriva-osnovno gorivo je plinovito, a za paljenje se kor isti teno gorivo (dualfuel engine) - Viegorivi motori (koriste laka i teka tena gori va) c) Prema nainu stvaranja smjee - Motori sa spoljanjim stvaranjem smjee. Smjea se priprema prije ulaska u cilindar motora (tipian predstavnik oto motor, izuzev GDI oto motora). - Motori sa unutarnjim stvaranjem smjee. Gorivo i zrak se dovode od vojeno u cilindar, gdje se vri mijeanje (tipian predstavnik dizel motor). d) Prema nainu paljenja smjee Motori sa prinudnim paljenjem smjee sa elektrinom varnicom (oto motori), Motori sa samopaljenjem smjee (dizel motori), Motori sa paljenjem plino vitog goriva sa malom koliinom tenog goriva, Motori sa prinudnim paljenjem bogate smjee u pretkomori. e) Prema ostvarenju radnog ciklusa Zbog lakeg praenja daljih objanjenja, ovdje e bit i prikazana skica motornog mehanizma sa svim glavnim dijelovima (sl. 4). Radni p rostor motora formiran je od cilindra (4), koji je sa jedne strane zatvoren cili ndarskom glavom (5), a sa druge strane pomjerljivim klipom (1). Radni prostor se sastoji od: Vc kompresione zapremine i Vh hodne (radne) zapremine 9 8 5 4 1 2 7 3 6 | D A B S Vmin Vc Vh (S) Vmax=Vc +Vh SMT UMT 1 klip; 2 klipnjaa; 3 koljenasto vratilo (rad ilica); 4 cilindar; 5 cilindarska glava; 6 karter (donji dio motorske kuice); 7 g ornji dio motorne kuice; 8 usisni ventil; 9 izduvni ventil Sl. 4 Skica glavnog motornog mehanizma klipnog motora sa pravolinijskim oscilato rnim kretanjem klipa

7 gdje se hodna zapremina rauna kao: Vh = D2 s 4 (1) pri emu je D prenik klipa; s hod klipa. Za hod klipa vezan je i pojam takt odnosno t aktnost motora. Pri radu motora, zapremina prostora iznad klipa se mijenja od mi nimalne (Vmin) do maksimalne vrijednosti (Vmax), pomou ega se definie jedan vrlo vaa n parametar motora, tzv. stepen kompresije (): = Vm x Vh + Vc V =1+ h = Vmin Vc Vc (2) Prema ostvarenju radnog ciklusa motori se dijele na: - etverotaktne motore, gdje se radni ciklus obavi za etiri hoda klipa, ili dva puna obrtaja radilice motora, - dvotaktne motore, gdje se radni ciklus obavi za dva hoda klipa ili jedan puni obrtaj koljenastog vratila (radilice). Objanjenje pojedinih taktova za etvorotaktn i i dvotaktni motor najbolje se moe vidjeti na sl. 5, gdje su dati slikovito poje dini taktovi i p v diagrami za etvorotaktni i dvotaktni motor. f) Prema nainu regu lacije: - motori sa kvalitativnom regulacijom (kontrolie se dobava goriva) tipian predstavnik dizel motor, - motori sa kvantitativnom (koliinskom) regulaciom, gdje se kontrolie dobava mjeavine gorivozrak - tipian predstavnik oto motor. g) Prema b rzohodosti motori se dijele na - sporohode sa cm < 6,5 m/s - srednje brzohode sa 6,5 m/s < cm < 10 m/s - brzohode motore sa cm > 10 m/s gdje je: cm = 2 s n cm s rednja brzina klipa n broj okretaja radilice motora h) Prema odnosu hoda i prenik a klipa (s/D) motori mogu biti: - kratkohodi s/D 1 - dugohodi s/D > 1 (3)

8 p d c a) v p d c IO UO IZ UZ f) v b) g) c) h) d) i) e) j) UO - ulaz otvoren UZ - ulaz zatvoren dvotaktni motor f) - p - v - diagram g) - takt punjenja i ispiranja h) - takt sabijanja i) - takt irenja j) - takt izduva vanja i poetak punjenja IO - izduv otvoren IZ - izduv zatvoren etverotaktni motor a) - p - v diagram b) takt usisavanja c) - takt sabijanja d) - takt irenja e) - takt izduvavanja Sl. 5 Taktovi radnog ciklusa etverotaktnog i dvotaktnog motora i) Prema nainu punj enja motori se dijele na: - usisne motor, gdje se usisavanje zraka u motor vri pr irodnim putem na osnovu razlike pritiska u okolini i u radnom prostoru, koja nas taje kretanjem klipa, - nadpunjene motore, gdje se zrak prethodno sabije i kao t akav dovodi u cilindar. Zrak se sabije u kompresoru, koji moe biti pogonjen od mo tora ili pogonjen od turbine, koju pokreu izduvni gasovi svojom ekspanzijom (tzv. turbokompresor) j) Prema nainu hlaenja postoje - motori hlaeni tenou - motori hlaeni rakom

9 k) Prema nainu izvoenja motornog mehanizma - Motori sa krivajnim motornim mehani zmom prikazanim na sl. 4. - Motori sa ukrsnom glavom (sl. 6). Motori kod kojih s e radni ciklus obavlja sa obje strane klipa 5 4 1 6 8 9 7 2 3

1 klip; 2 klipnjaa; 3 radilica; 4 cilindarska kouljica; 5 gornja cilindarska glav ; 6 klipna poluga; 7 ukrsna glava; 8 donja cilindarska glava; 9 zaptivka klipne poluge Sl. 6 Skica motornog mehanizma sa ukrsnom glavom (motori dvostrukog dejstva) mor aju imati zatvorenu cilindarsku kouljicu sa obje strane i ukrsnu glavu (sl. 6). U loga ukrsne glave je osim ostvarenja pravilne kinematike klipne poluge i rasteree nje cilindarske kouljice od normalnih sila. l) Prema konstruktivnom nainu izvoenja sistema razvoenja radne materije - motori sa ventilskim razvodom (sl. 4), - motor i sa zasunskim razvodom (sl. 7 a) i b)), - motori sa kombinovanim ventilsko-zasu nskim razvodom (sl. 7 c)). a) zasunski razvod pomou klipa; b) zasunski razvod pomou cilindarske kouljice; c) k ombinovani ventilsko- zasunski razvod Sl. 7 Skica dvotaktnog motora sa razliitim izvedbama razvoda radne materije Kod et verotaktnih motora je uvijek ventilski razvod, a kod dvotaktnih zasunski ili kom binacija zasunsko-ventilskog razvoda m) Po broju, poloaju i rasporedu cilindara m otori se dijele na: 1. Prema broju cilindara na: jednocilindrine i viecilindrine 2. Prema poloaju cilindara: vertikalni-stojei (sl. 8 a)),

10 vertikalni-visei (sl. 8 b)), horizontalni (leei) (sl. 9 a)) i kosi motor (sl. 9 b)). Sl. 8 Skica vertikalnog stojeeg (a) i vertikalnog viseeg (b) motora Sl. 9 Skica horizontalnog (a) i kosog (b) motora 3. Prema meusobnom rasporedu cil indara: redni (linijski motori) (sl. 8 a)), V motori (sl. 10 b)), zvijezda motor i (sl. 10 a)), bokser motori (sl. 11) W motor (sl. 12)), H motor (sl. 13 a)), X motor (sl. 13 b)), linijski dvoklipni motor (sl. 14 a)), motor (sl. 14 b)), itd.

11 Sl. 10 Skica zvijezda motora (a) i V motora (b) Sl. 11 Skica bokser motora Sl. 12 Skica W motora Sl. 13 Skica H motora (a) i X motora (b)

12 Sl. 14 Skica dvoklipnog linijskog motora (a) i motora (b) 4. Prema rasporedu kli pova motori se dijele na: jednoklipne (sl. 4) protuklipne (sl. 14 a)) 5. Prema djelovanju radnog fluida na klip: motori jednostrukog dejstva (sl. 4) m otori dvostrukog dejstva (sl. 6) 6. Prema kretanju klipa: sa translatornim kretanjem klipa (sl. 4) sa rotacionim kretanjem klipa (karakteristian primjer Wankelov motor sl. 15) 1 cilindarska kouljica; 2 klip; 3 vratilo; 4 klizni leaj; 5 nepokretni zupanik; upanik sa unutranjim zubima (na klipu); 7 svjeica; 8 usisni kanal; 9 izduvni kanal; 10 udubljenje na klipu. Sl. 15 Skica klipnog rotacionog motora (sistem Wankel) n) Klipni motori sa speci jalnim izvoenjem mehanizma prenosa snage. Oni se ovdje nee detaljno objanjavati.

13 2.4 Glavni djelovi motora sui Glavni dijelovi motora sui, koji neposredno i p osredno uestvuju u formiranju radnog prostora, dijele se na: - pokretne i - nepok retne dijelove Na sl. 16 prikazani su glavni dijelovi motora sui, gdje su: Sl. 16 Glavni dijelovi motora f) Pokretni dijelovi: - klipna grupa (klip, klipni prstenovi, osovinica i osigurai) (9) - klipnjaa (10) sa velikom pesnicom (13) i k liznim leajevima u maloj i velikoj pesnici klipnjae - koljensto vratilo (radilica) (11) sa kontrategovima (12) zamajcem sa zupastim vijencem (14) i zupanikom za pog on razvodnog mehanizma (15) g) Nepokretni dijelovi : poklopac cilindarske glave (1) cilindarska glava (2) sa zavrtnjevima (3) za njeno privrenje na blok blok motor a (4) zaptivka bloka motora (8) zupanik (5) donja polutka gnijezda glavnog rukavc a (6) koljenastog vratila korito motora (7) U nastavku e biti date osnove informacije o glavnim dijelovima motora. 2.4.1 Pokr etni dijelovi motora Na sl. 17 prikazani su klipna grupa i klipnjaa, kao pokretni dijelovi. Koljenasto vratilo je kasnije prikazano i objanjeno.

14 1 - osigura; 2 - osovinica; 3 - klizni leaj u maloj pesnici klipnjae; 4,5,6 - kompr esioni klipni prstenovi; 7 - uljni klipni prsten; 8 - klip; 9 - klipnjaa; 10 - os igura; 11 - zavrtanj; 12 - klizni leaj dvodijelni u velikoj pesnici; 13 - poklopac velike pesnice. Sl. 17 Pokretni dijelovi motora (klipna grupa + klipnjaa) Klip Osnovni zadaci kli pa su: - da prenosi sile gasova na radilicu motora - da uestvuje u krunom procesu motora, a kod dvotaktnih motora da uestvuje i u izmjeni radne materije - da istov remeno prihvata velike promjene pritiska i temperature - da pomae pri zaptivanju kompresionog prostora - kod manjih i srednjih motora da ima ulogu ukrsne glave da prima inercione sile od karika - da vri odvoenje odreene koliine toplote da se n e bi prekoraila najvea dozvoljena temperatura - da ima habanje u razumnim granicam a - da se pomou njega utie na smanjenje specifine potronje goriva i smanjenje emisij e kodljivih komponenti u produktima sagorijevanja. Klipovi se izrauju najee od legura aluminijuma. To su u prvom redu legure: Al Si 25 Cu Ni Al Si 21 Cu Ni Al Si 18 Cu Ni Al Si 12 Cu Ni Pored legura Al, za klipove se koriste i sivo liveno gvoe i nodularni sivi liv. Os novne prednosti legura Al su: - male inercione sile - dobar prenos toplote Loe st rane su: - veliki koeficijent toplotnog irenja - opadanje mehanikih osobina sa por astom temperature.

15 Zbog toga je vrlo vano poznavati raspored temperatura po konturi klipa. Slika rasporeda temperatura na klipu, vidi se na sl. 18, gdje je na desnoj polovini sl ike prikazan klip oto motora, a na lijevoj polovini 500 500 C 400 400 300 200 100 N 300 400 300 200 M 200 100 200 300 400 C 400 300 200 Dizel motor 100 100 - polje temperatura za klip od Al legure - polje temperatura za klip od sivog li va 200 300 Oto motor 400 C Sl. 18 Raspored temperatura na klipovima oto i dizel motora klip od dizel motora . Pored vanosti temperatura klipa za mehanike osobine materijala, one su vane i zbo g: - termikog naprezanja - zazora u sklopu klip-karika-kouljica - koksovanja ulja. U cilju odravanja nivoa temperatura na klipu, vrlo esto se uvodi i dodatno hlaenje klipa prskanjem ulja (sl. 19). Na sl. 19 a) prikazano je dodatno prskanje ulja sa unutarnje strane ela klipa, a na sl. 19 b1) i b2) prskanje ulja sa njegovim za dravanjem na klipu. Pored ovih rjeenja, klipovi se rade i dvodijelni, (sl. 20 a)) i (sl. 20 b)) a za sluaj vrlo velikih termikih optereenja klip je obloen keramikom, koja slui kao odlian izolator (sl. 20 c)). U lj e a) b1)

b2) Sl. 19 Dodatno hlaenje klipa

16 a) b) Sl. 20 Dvodijelni klip c) Osovinica klipa Osnovni joj je zadatak da ostvari zglobnu vezu klipa s klipnjaom. Najee se koriste tzv. plivajue osovinice, koje slobodno plivaju u maloj pesnici klipn jae i uicama klipa. Postoje i druge konstruktivne varijante, koje e biti prikazane kod klipnjae. Oblici osovinice klipa prikazani su na sl. 21. Na sl. 21 dat a) b) c) d) e) Sl. 21 Konstruktivni oblici osovinice je oblik, koji se najee koristi, na sl. 21 b) je prikazana osovinica za dvotaktne motore. Zbog smanjenja teine, a zadravanja kr utosti susreu se i osovinice kao na sl. 21 c) i d). Na sl. 21 e) data je osovinic a koja se privruje za klipnjau. Izgled bonih osiguraa osovinice vidi se na sl.22. Sl. 22 Izgled bonih osiguraa osovinice Osovinice se rade od elika za cementaciju i to: - za oto motore 1220 i 1221 - za dizel motore (visokolegirani elici) 4120; 4320 i 4720. Vanjska povrina osovinice treba da ima veliku tvrdou, koja se propisuje u i znosu od 62 2 HRc. Zbog vrlo malih tolerancija izmeu osovinica-uica u klipu i male pesnice klipnjae, a istovremeno velikog optereenja ovog sklopa, u novije vrijeme se pojavljuju tzv. profilisane osovinice (sl. 23).

17 A 8 16 0,1 mm Sl. 23 Profilisana osovinica klipa Uvoenjem profilisanja osovinice znaajno se sman juju kontaktni naponi na mjestu kraj uicaosovinica. Na istoj slici (A) pokazan je lijeb prve kompresione karike izraene od nirezista (legura CuNi-sivi liv), koji j e daleko otporniji na habanje od legure Al. Klipni prstenovi (karike) Osnovni za daci karika su: - zaptivanje prostora sagorijevanja - sudjelovanje u odvodu topl ote od klipa na cilindarsku kouljicu - regulacija uljnog filma za mazanje Ove zad atke klipni prstenovi obavljaju - nalijeganjem spoljnom (radnom) povrinom na zid cilindra odreenim pritiskom - udarnim nalijeganjem na bone povrine lijeba uslijed ak sijalnog ubrzanja pod dejstvom sila gasova, sila trenja i sopstvene inercione si le. Klipne karike se dijele na kompresione i uljne. Konstruktivni oblici kompres ionih klipnih prstenova (karika) su dati na sl. 24. Tu se susreu: a) b) c) d) e) f) g) h) I) Sl. 24 Konstruktivni oblici kompresionih klipnih prstenova

18 a) b) c) d) e) f) g) h) l) pravougaona karika minutna karika (30 do 50 nagib) j ednostrano trapezna karika dvostrano trapezna karika karika sa odsjeenim gornjim rubom reverzivno - torziona karika normalna balina karika asimetrino balina karika asimetrino balina karika rastereena po pritisku. Uljne karike najee imaju izgled kao na sl. 25. a) b) c) d) e) f) Sl. 25 Konstruktivni oblici uljnih karika Na sl. 25 su prikazane a) b) c) d) e) f) uljna karika sa nosom uljna karika sa kanalom uljna karika sa torzionim djelo vanjem uljna karika sa forsiranim struganjem ulja U fleks uljna karika Barflex u ljna karika U cilju obezbjeenja osnovne uloge - zaptivanja karika sa cilindarskom kouljicom, u karikama je prilikom izrade uveden prednapon po obimu, koji proizvodi pritisak karike na kouljicu prema sl. 26. Sl. 26 Uobiajene forme raspodjele pritiska u karikama Na sl. 26 a) prikazan je ra spored pritiska u karikama, koje se koriste kod etvorotaktnih motora (tzv. krukasti diagram), gdje je najvei pritisak na spoju karika. Na sl. 26 b) dat je raspored p ritiska u

19 karikama, koje se koriste kod dvotaktnih motora (diagram pritiska u obliku jab uke), gdje je vano da je na spoju karika pritisak minimalan, da ne bi dolazilo do zapinjanja karika u kanalima u kouljici. Pravilnim prednaponom u karikama, optima lnim brojem karika i odgovarajuim zazorima karika u lijebovima dobija se i odgovar ajue preporueno produvavanje gasova u karter. Produvavanje je naravno povezano i s a deformacijama same cilindarske kouljice. Tok pritiska gasova iz cilindra prema karteru, dat je na sl. 27. Na dananjem stupnju razvoja, najee se na klipu nalaze po 2 3 kompresiona klipna prstena i 1 uljni prsten. Uobiajene kombinacije klipnih pr stenova date su na sl. 28, p = 100% p = 100% p1 p2 p3 7,5 % 7,5 % Sl. 27 Promjena pritiska gasova po visini klipa a) b) c) d) e) Sl. 28 Uobiajeni setovi karika po jednom klipu gdje su dati sljedei setovi karika: a) set karika za forsirane oto motore b) i c) setovi karika za dizel usisne mot ore d) i e) setovi karika za nadpunjene motore. Zbog nepovoljnih uslova u kojima rade, klipni prstenovi se rade od materijala, koji treba da ispuni sljedee uslov e: - da ima dovoljnu mehaniku vrstou na povienim temperaturama - da bude otporan na habanje pri povienim temperaturama - da ima mali koeficijent trenja i pri povienim temperaturama i pri nedovoljnom podmazivanju. Ove uslove najbolje ispunjava siv o liveno gvoe sljedee strukture: ravnomjeran raspored grafita ASTM tip 5 6 osnovna struktura perlit-sorbit prisutnost ferita do 5 % fosfidna mrea fino rasporeena Kod visoko napregnutih klipnih prstenova koristi se sivo liveno gvoe legirano sa: Mn, Cr, Mo, V, Cu i Ni. Zbog obezbjeenja boljih uslova klizanja, radna povrina kli pnih prstenova se najee presvlai sa mreastim slojem hroma (Cr) ili molibden (Mo).

20 Koljenasto vratilo (radilica) Koljenasto vratilo (radilica) vri prenos obrtog momenta i spada u najodgovornije, najsloenije, najnapregnutije i najskuplje dijel ove motora. Za pravilno funkcionisanje radilice moraju biti ispunjeni sljedei zah tjevi: - mora postojati dovoljna sigurnost da ne doe do zamornog loma materijala u cijelom radnom podruju - ne smiju postojati velike amplitude torzionih, savojni h i aksijalnih oscilacija - inerciono optereenje se mora dovesti na razumnu mjeru - deformacije radilice se moraju dovesti na minimalno razumnu mjeru. Izgled rad ilice, sa elementima koji na nju dolaze, dat je na sl. 29. Osnovni dijelovi kolj enastog vratila Sl. 29 Izgled (a) i skica (b) elemenata grupe koljenastog vratila su: glavni ruk avci (4), ramena (5), letei rukavci (8), kanali za ulje (6). Sa radilicom obino do laze: priguiva torzionih oscilacija (1), remenica za pogon pumpe i ventilatora (2) , zupanik za pogon bregastog vratila (3), protutegovi (7), prirubnica (9), startn i zupanik (10), zamajac (11), frikciona povrina (12), otvor za centriranje (13) i mjesta za zaptivanje krajeva (14) i (15). Radilica se najee radi kovanjem (sl. 30), a u novije vrijeme sve ee livenjem za male motore. Sl. 30 Kovano koljenasto vratilo

21 Obzirom na vrlo razliite konstruktivne forme koljenastog vratila, od oblika ra mena, do toga da rukavci mogu biti puni ili uplji, potrebno je obezbijediti razvoe nje ulja za podmazivanje rukavaca na radilici. Na sl. 31 dato je nekoliko konstr uktivnih izvedbi kanala za ulje. Sl. 31 Konstruktivne izvedbe kanala za ulje kod punih i upljih rukavaca radilice Radilice se izrauju od elika za poboljanje. Najei materijali su: - za male i malo opte reene motore: 1531 i 1731, - za vozilske manje opterene oto i dizel motore: 3130 i 323 0, - za vie optereene dizel motore: 3830 i 4732, - za najoptereenije dizel motore 543 0. Ovi elici su pogodni za povrinsko kaljenje rukavaca (koristi se tzv. indukciono k alenje), a rjee se koristi nitriranje radilice. U svakom sluaju termikom obradom tr eba obezbijediti tvrdou rukavca radilice 60 2 HRc. Klipnjaa Klipnjaa je element koj i povezuje klip i radilicu motora i vri pretvaranje pravolinijskog u kruno kretanj e. Sastoji se od male pesnice, tijela i velike pesnice klipnjae sa poklopcem veli ke pesnice. U maloj pesnici nalazi se jednodijelni klizni leaj, a u velikoj pesni ci dvodijelni klizni leaj. Izgled klipnjae sa ravno razrezanom i koso razrezanom p esnicom dat je na sl. 32. Prednost se daje klipnjaama sa koso razrezanom velikom pesnicom, zbog mogunosti lake demontae klipa i klipnjae (bez vaenja radilice sa motor a). Zbog velike odgovornosti klipnjae u radu motora, mora se obezbijediti visoka krutost uz minimalnu teinu iste.

22 a) - ravno rasjeena velika pesnica b) - koso rasjeena velika pesnica a) b) Sl. 32 Konstruktivni oblici klipnjae Zbog toga se tijelo klipnjae pravi sa vrlo razliitim formama poprenog presjeka (sl. 33). Na sl. 34 Sl. 33 Razni oblici presjeka tijela klipnjae Sl. 34 Razni oblici male pesnice klipnjae

23 dato je nekoliko konstruktivnih rjeenja formi male pesnice gdje su rjeenja V i VI (sl. 34) sa vrstom vezom klipnjae sa osovinicom, a kod ostalih izvedbi je tzv. plivajua osovinica. Klipnjae se rade uglavnom kovanjem od visoko legiranih elika za poboljanje. Uglavnom su to hrom-molibden elici (4730 4733). 2.4.2 Osnovni nepokretn i dijelovi motora Osnovni nepokretni dijelovi motora su: blok motora (b, sl. 35) cilindarska glava (a, sl. 35) gornji dio motorske kuice (c1, sl. 35) donji dio motorske kuice (c2, sl. 35) Na slici 35 su date uobiajene konstrukcione forme gradnje nepokretnih dijelova mo tora. To su: I II III IV V Sl. 35 Forme gradnje nepokretnih dijelova motora tunelska gradnja (I, sl. 35) gr adnja blok-karter (II, III, sl. 35) gradnja blok-glava (IV, sl. 35) gradnja blok motora velikih snaga (V, sl. 35) Blok motora Blok motora sa cilindarskim kouljicama je osnovni dio motora, koji pr ima i prenosi sve inercione sile na oslonce motora. Kod konstrukcije bloka treba uzeti u obzir sljedee zahtjeve: velika krutost i male deformacije minimalna teina , male dimenzije, velika kompaktnost jednostavnost mogunost jednostavne i lagane ugradnje bregastog vratila i ostalih elemenata razvoda mogunost dobrog i ravnomje rnog hlaenja U principu se razlikuju sljedee konstrukcije: - monoblok integralna cjelina bloka i cilindarskih kouljica - vodom hlaene cilindarske kouljice u bloku - suve cillind arske kouljice - zrano hlaenje cilindarske kouljice A) Monoblok Prikazan je na sl. 3 6. Prednosti ovog rjeenja su:

24 Sl. 36 Monoblok motora jednostavno se dobiva visoka krutost konstrukcija je rela tivno kompaktna. Nedostaci rjeenja su: - svaka greka zahtijeva bacanje cijelog bloka - legiranje je vrlo skupo, a mora se legirati cio blok - pri livenju se teko dobiva eljena struk tura klizne staze. Koriste se uglavnom kod malih motora. B) Mokre cilindarske kou ljice Izgled takve kouljice u bloku, dat je na sl. 37. Sl. 37 Mokre cilindarske kouljice

25 Ovo rjeenje je najee u upotrebi. Postoji mogunost zamjene cilindarskih kouljica poj edinano. Obezbjeuje se dobro hlaenje. Kod ovog konstruktivnog rjeenja postoji opasno st od pojave kavitacije uslijed smanjenja debljine zida kouljice (k). Cilindarske kou ljice se rade od sivog liva. Klizna staza kouljice se oplemenjuje zbog dobivanja boljih osobina klizanja (nitriranje, fosfatiranje, mreasto hromiranje). Zavrna obr ada klizne staze kouljice je honovanje, a u novije vrijeme se sve vie koristi plat o honovanje, sve sa ciljem postizanja boljih kliznih svojstava. C) Suhe cilindar ske kouljice Suha cilindarska kouljica sa blokom data je na sl. 38. Koriste se ugl avnom u USA. Sl. 38 Suha cilindarska kouljica Ova konstrukcija zadrava krutost i kompaktnost do sta visoko, ali ima neto loije hlaenje. Sama kouljica se radi od kvalitetnih materij ala. Oteana joj je dosta zamjena (montaa i demontaa). D) Zrano hlaenje cilindarske kou ljice Ima izgled kao na sl. 39. Na sebi ima rebra, koja poveavaju intenzitet hlaen ja. Koristi se najee kod Sl. 39 Zrano hlaenje cilindarska kouljica

26 motora za motocikle gdje je nastrujavanje zraka za hlaenje prirodno, a kod voz ilskih motora mora biti obezbijeen poseban sistem nastrujavanja zraka (ventilator , usmjerivai zraka, itd.). Blokovi motora se izrauju livenjem od sivog liva ili od legure aluminijuma. Izgled jednog livenog bloka dat je na sl. 40. Sl. 40 Liveni blok linijskog etverocilindrinog motora Cilindarska glava Osnovni za datak cilindarske glave je da hermetiki zatvori prostor u kome se odvija proces s agorijevanja. Konstrukcija glave zavisi najvie od: oblika prostora za sagorijevan je rasporeda ventila, brizgaa i svjeica oblika i rasporeda usisnih i izduvnih kana la vanjskih dovodnih cijevi i smjera teenja tenosti za hlaenje Cilindarska glava treba da ima i visoku krutost obzirom na sile koje prima. Zbog toga se vrlo esto cilindarska glava radi za svaki cilindar posebno ili za po dva cilindra, a rjee iz jednog dijela za cio motor (samo kod malih motora). Konstruk tivni izgled glave mnogo zavisi od sredstva za hlaenje. Na sl. 41 date su dvije g lave motora sa vodenim hlaenjem a na sl. 42 glava jednog zrano hlaenog a) za oto motore, b) za dizel motor sa pretkomorom Sl. 41 Konstruktivne izvedbe glave motora sa vodenim hlaenjem

27 Sl. 42 Glava zrano hlaenog motora motora. Na sl. 43 prikazana je jednodijelna cili ndarska glava sa poklopcem i odgovarajuim zaptivaem. 1 zaptiva glave; 2 glava; 3 zaptiva poklopca; 4 poklopac Sl. 43 Glava motora sa poklopcem

28 Motorska kuica (karter) Konstrukcija kartera zavisi u najveoj mjeri od naina uleit enja koljenastog vratila. Kod tunelske gradnje, koja posjeduje najveu krutost, mo torska kuica je izjedna, a koljenasto vratilo se pri montai mora pomjerati aksijal no, to je kod viecilindrinih motora veoma komplikovano. Kod motora za pogon motorni h vozila karter je dvodijelan, pri emu je gornji dio izliven sa cilindarskim blok om. Donji dio kartera slui kao uljno korito i obino je presovan od lima debljine 1 do 1,5 mm i preko prirubnice ojaane spolja po cijeloj duini jaom limenom trakom pr ivren za gornji dio kartera preko zaptivaa (sl. 44, poz. 2). Kod nekih motora donji dio kartera je odliven od livenog gvoa ili aluminijske 1 - karter, 2 - zaptivka Sl. 44 Prostorni izgled presovanih uljnih korita (kartera) legure, pri emu je kod vozilskih motora esto orebren, ime se pospjeuje hlaenje ulja, koje se tu sliva. Na sl. 45 data je takoer jedna izvedba kartera motora. 1 karter, 2 ep za isputanje ulja, 3 zaptivka. Sl. 45 Karter motora sa zaptivkom 2.5 Pomoni sistemi i ureaji motora sui Pored ve pobrojanih glavnih dijelova, svaki motor mora da ima i niz pomonih ureaja i sistema, koji su neophodni za pravilan rad. U pomone sisteme i ureaje spadaju: sistem razvoda radne materije - sistem napajanja motora gorivom - sistem paljen ja - sistem podmazivanja - sistem hlaenja i - sistem za startovanje - sistemi za proiavanje goriva, zraka i ulja, itd. U nastavku, poslije definisanja osnovnih kara kteristika motora bie bie objanjeni najvaniji pomoni ureaji i sistemi. Na kraju, nakon nabrojanih svih podjela motora i opisa glavnih dijelova motora, daju se dvije s like-skice oto i dizel motora (sl. 46 i sl. 47), sa nabrojeanim svim osnovnim el ementima i sklopovima motora odakle se najbolje vidi razlika oto i dizel motora sa stanovita opreme i pomonih ureaja.

29 21 16 15 14 1a 13 5 4 1 2 12 11 3 18 8 9 17 6 7 10 23 22 18 19 20 24 25 26 27 28 29 15,16 30

1 klip, 1a osovinica, 2 klipnjaa, 3 koljenasto vratilo, 4 cilindarska kouljica, 5 cilindarska glava, 6 blok motora, 7 karter, 8 zamajac, 9 zupasti vijenac, 10 prot uteg, 11, 12 zupasti par za pogon razvoda, 13 pumpa za vodu, 14 vod za hlaenje, 15 , 16 usisni i izduvni ventil, 17 bregasto vratilo, 18 ipka podizaa, 19 klackalica, 20 opruga ventila, 21 zrani filter, 22 rasplinja, 23 dovod goriva, 24 plovak, 25 difuzor, 26 usisni kolektor, 27 usisna cijev, 28 - izduvni kolektor, 29 elektros tarter, 30 svjeice. Sl. 46 Skica oto motora 16 15 18 14 1a 13 5 4 1 2 12 11 3 21 26 27 28 15,16 18 8 9 17 6 7 10 29 25 24 22 23 19 20

1 klip, 1a osovinica, 2 klipnjaa, 3 koljenasto vratilo, 4 cilindarska kouljica, 5 cilindarska glava, 6 blok motora, 7 karter, 8 zamajac, 9 zupasti vijenac, 10 prot uteg, 11, 12 zupasti par za pogon razvoda, 13 pumpa za vodu, 14 vod za hlaenje, 15 , 16 usisni i izduvni ventil, 17 bregasto vratilo, 18 ipka podizaa, 19 klackalica, 20 opruga ventila, 21 zrani filter, 22 pumpa visokog pritiska, 23 dovod goriva, 24 cijev visokog pritiska, 25 brizga, 26 usisni kolektor, 27 usisna cijev, 28 - i zduvni kolektor, 29 elektrostarter. Sl. 47 Skica dizel motora

30 3. IDEALNI CIKLUSI MOTORA SUI 3.1 Uvod Pretvaranje toplote u rad ili rada u t oplotu ostvaruje se obino u termodinamikom procesu posredstvom radnog fluida. Kod motora sui radni fluid je smjea gasova dobivena sagorijevanjem u cilindru motora. Procesi u motoru su tako komplikovani da se uticaj pojedinih fizikalnih i hemij skih procesa na odvijanje radnog ciklusa motora u cjelini moe veoma teko obuhvatit i raunom. Prenos toplote sa gasa na zidove cilindra i obrnuto za vrijeme procesa sabijanja, sagorijevanja, irenja i izmjene radne materije, procesi pri isparavanj u goriva i stvaranju smjee kod oto motora ili proces ubrizgavanja goriva kod moto ra, procesi pri upaljenju i sagorijevanju, utiu u odreenoj mjeri na cjelokupni rad ni ciklus motora. Ovi uticaji se uglavnom mogu analizirati dijeljenjem radnog ci klusa na pojedine faze te posebnom analizom svake od faza. Kao veoma cjelishodno sredstvo pokazalo se uvoenje uporednih ciklusa. Pomou uporednih ciklusa motora, n a koje se moe primjeniti egzaktan proraun, mogu se izraunati osnovna svojstva radno g ciklusa. Ovako izraunata svojstva radnog ciklusa su veoma slina stvarnom radnom ciklusu motora. Na taj nain se moe proraunom odrediti uticaj promjena pojedinih par ametara na osnovne veliine radnog ciklusa motora. Npr. mogu se raunom odrediti uti caj stepena sabijanja, koeficijenta vika zraka i maksimalnog pritiska sagorijevan ja na radni ciklus motora i tako dobijeni rezultati porediti sa eksprimentalnim rezultatima. Zato je neophodno pretpostavke uporednih ciklusa tako pribliiti stva rnom procesu u motoru koliko to doputa jednostavnost i preglednost prorauna. Rezul tati su utoliko pogodniji za procjenu stvarnih procesa u motoru ukoliko uporedni ciklus bolje odgovara stvarnom radnom ciklusu motora i to se tanije uzimaju u obz ir fizikalni zakoni. U zavisnosti od uinjenih pretpostavki za proraun mogu se upor edni ciklusi motora podijeliti na: - termodinamike (idealne) - poluteorijske i stvarne. Analiza termodinamikih ciklusa motora sa unutranjim izgaranjem vri se u ci lju procjene njihove savrenosti kroz analizu ekonominosti ciklusa. Pored niza uproen ja, kod termodinamikog ciklusa su najznaajnija da se ciklusi obavljaju sa jednom t e istom koliinom radne materije, te da je radno tijelo idealan gas iji sastav osta je isti u toku cijelog ciklusa. Zato se ovakvi ciklusi esto nazivaju i idealni il i teorijski ciklusi motora sui. Poluteorijski ciklusi uslonjavaju problematiku an alize uvoenjem pojma stvarnih gasova (zrak, smjea i produkti sagorijevanja), iji se sastav mijenja u toku ciklusa zavisno od motora i kod istog motora mijenja se u zavisnosti od reima rada motora (optereenja). Stvarni ciklus u mnogome odstupa od termodinamikog i poluteorijskog ciklusa, jer postoje mnogi uticaji, koji se kod stvarnih ciklusa uzimaju u obzir. Osim termodinamikih procesa u cilindru motora u zimaju se u obzir i gasodinamiki procesi u usisnim i izduvnim cjevovodima i venti lima. Kod stvarnog motora i termodinamiki i gasodinamiki procesi su nestacionarnog karaktera. Zato se za matematiku interpretaciju ovih procesa u motoru primjenjuj u sistemi obinih i parcijalnih diferencijalnih jednaina. Rjeavanje ovako sloenog sis tema jednaina omoguavaju numerike metode prorauna uz primjenu raunara. Pri tome je pr vi put omogueno da se procesi u motoru optimiziraju raunskim putem varirajui uticaj ne konstruktivne parametre. Istovremeno su sa primjenom raunara za proraun stvarno g radnog ciklusa motora mnoge pribline metode prorauna izgubile na znaaju. 3.2 Kara kteristike idealnog ciklusa Da bi se sa energetskog stanovita mogli naelno ocjenjivati pojedini vidovi radnih ciklusa, koji se ostvaruju u motorima sui, kao i analizirati gubici, koji onemog uavaju potpuno iskoritenje dovedene toplotne energije, uveden je pojam teoretskog ili idealnog ciklusa. Za ovaj ciklus je karakteristino da jedini vid toplotnih gu bitaka predstavlja odvoenje toplote hladnom rezervoaru radi dovoenja radnog

31 fluida u stanje, koje je postojalo na poetku ciklusa. Pored ovoga, pri analizi idealnog ciklusa pretpostavlja se jo i sljedee: u toku ciklusa u cilindru se nala zi radni fluid nepromjenljive mase i sastava radni fluid je idealan gas (specifin a toplota ne zavisi od temperature i pritiska, a unutranja energija je funkcija s amo temperature) sagorijevanje je zamijenjeno dovoenjem toplote, a izmjena radnog fluida odvoenjem toplote izmjena radnog fluida se odvija bez enegetskih gubitaka procesi sabijanja i irenja se odvijaju bez izmjene toplote sa okolinom, a promje ne stanja radnog fluida su izentropske. Idealni ciklus motora se moe ematski prikazati kao na sl. 48, gdje je : M motor; G gorivo; A Sl. 48 ematski prikaz idealnog ciklusa atmosfera; Q1 ukupno dovedena koliina toplo te iz goriva G (q1 dovedena koliina toplote po 1 kg radne materije); Q2 ukupno od vedena koliina toplote u atmosferu (q2 - odvedena koliina toplote po 1 kg radne ma terije); L dio energije, koji se od motora odvodi u vidu korisnog rada ( l speci fina vrijednost korisnog rada po 1 kg radne materije). Pokazatelji ciklusa su: a) Termodinamiki stepen korisnosti (t) karakterie iskoritavanje dovedene toplotne ener gije. Za idealni ciklus i 1 kg radne materije ovaj stepen se definie kao: t = q1 q 2 q2 l = =1 q1 q1 q1 (4) b) Kao mjera iskoritenja hodne zapremine motora (Vh) moe da poslui srednji pritisak ciklusa (pmt) ili specifian rad po jedinci hodne zapremine motora, definisan za 1 kg radne materije kao: p mt = l l L = = v max v min v h V h (5) gdje je: - maksimalna specifina zapremina motora sui v min [ m / kg ] - minimalna specifina zapremina motora v h [ m 3 / kg ] ; V h [ m 3 ] - hodna zapremina moto ra, specifina i stvarna v max [ m 3 / kg ] 3 Rad ( l ) se moe definisati za bilo koji zatvoreni ciklus kao: l= pdv (6)

32 Pritisak pmt (srednji termodinamiki pritisak) predstavlja neki fiktivni konsta ntni pritisak, koji bi djelujui na povrinu ela klipa, u toku jednog hoda klipa izvri o isti rad, koji se inae ostvari za itav ciklus pri promjenjivom pritisku u cilind ru. c) Srednja temperatura ciklusa za 1 kg radne materije definie se kao: Tmt = l l = s s max s min (7) gdje je: smax [J/kg K] - maksimalna entropija ciklusa po 1 kg radne materije smi n [J/kg K] - minimalna entropija ciklusa po 1 kg radne materije d) Maksimalni pr itisak ciklusa (pmax= pz) slui za ocjenu mehanikih optereenja dijelova motora e) Ma ksimalna temperatura ciklusa (Tmax=Tz), kao i temperatura Tmt su pokazatelji ter mikog optereenja dijelova motora, koji su u dodiru sa radnim fluidom Neki autori, kod analize idealnih ciklusa koriste i razne druge pokazatelje, kao npr.: 3.2.1 odnos pmax/ pmin odnos Tdov/Todv, gdje je Tdov = Uopteni idealni ciklus q1 s max s min , itd. Uopteni idealni ciklus prikazan je u p v i T s diagramu na sl. 49, gdje se dovoenj e i odvoenje p q 1 z q 1 c pv = const T p z = const c v = const lc lc b q 2 vc a va vf = v b f q 2 v a pk = const a b s Tmt v b = const pml f z b z z pk Sl. 49 p v i T s diagram uoptenog idealnog ciklusa " " toplote vri po izohori ( q1 , q 2 ) i izobari ( q1 , q 2 ). Za pojedine pa rametre ciklusa vae sljedee relacije: stepen sabijanja (stepen kompresije), kod klipnih motora, rauna se kao: = v vc (8)

33 stepen poveanja pritiska u toku dovoenja toplote pri v = const , rauna se kao: =

(12)

ov n (q1) i odvedena (q2) toplota po 1 kg radne materije raunaju se kao: " q1 = q1 + q1 = c v (T z Tc ) + c p (Tz Tz ) " q 2 = q 2 + q 2 = c v (Tb T f ) + c p (T f Ta ) (13) (14)

Sve veliine u ciklusu (Tc, Tz, Tz, Tb, Tt, pc, pz, ) mogu se izraziti preko veliine p oetnog stanja pa, Ta, va i bezdimenzionih parametara , , , i . Npr. ako se temperatur u karakteristinim takama krunog ciklusa izraze preko poetnog stanja (Ta), dobiva se : iz adijabatske (izentropske) promjene stanja a c (sl. 49), dobiva se: pav a = pcv c T a v a - 1 = T c v c -1 odnosno (15) odakle je: v Tc = T a a v c -1 = T a -1 (16) iz jednaina stanja za take c i z (sl. 49) dobiva se: p c v c = R Tc p z v z = R T z

z pc

-

(9) stepen prethodnog irenja pri dovoenju toplote kod p = const. dat je izrazom = vz vc (10)

stepen prethodnog sabijanja u toku odvoenja toplote pri p = const. rauna se kao: ' = vb v f = va va (11)

stepen irenja predstavlja donos: = v vb va vc = = v z va vc v z

(17) odakle je: Tz = pz Tc = Tc = Ta -1 pc (18)

34 na osnovu izobarne promjene stanja z z, uz koritenje jednaina stanja: p z v z = R T z p z v z = R Tz (19)

(20) koristei izentropsku promjenu stanja u intervalu z b (sl. 49) moe se pisati: T z v z -1 = Tb v b -1 (21) odnosno: v Tb = T z z vb -1 1 = Tz -1 = Ta -1 ' -1 1 = Ta ' -1 K (22) temperatura u taki f (sl. 56) se odreuje iz jednaine stanja kao: p a v a = R Ta p f v f = R T f (23) odakle je: T f = Ta vf va = Ta ' (24) Ko ist i jednaine (16), (18), (20), (22) i (24) kao i relacije za specifine toplote cp i cv: c p cv = R cp cv =

dobiva se: T z = T z vz = T z = Ta v z -1

(25) odakle je: cp = cv = R -1 R -1 (26) (27)

izrazi za dovedenu i odvedenu toplotu mogu se napisati kao: q1 = R R Ta 1 ( 1) + Ta 1 ( 1) = 1 1 R Ta 1 [( (28)

35 R R q2 = Ta ( 1) = Ta 1 + 1 ' 1 za termodinamiki stepen korisnosti (4) se moe napisati: 1 + ( 1) ' q2 t = 1 = 1 1 q1 [( (29) (30) Na slian nain moe se napisati i izraz za srednji termodinamiki pritisak (5). Ovdje t reba jo samo izraziti veliinu razlike zapremine: v max v min kao: v max v min = v b v c = v a ' va = va ' 1 (31) S se izraz (5) pie kao: 1 [( 1) + ( 1 )] ' 1 ( ' 1 ) p mt = q1 q 2 vb vc = R Ta -1

(32) (33) Razlika entropije sb - sa (sl. 49) se moe izraziti kao: s b - s a = (s b - s f ) + (s f - s a ) odakle se desna strana izraza (34) moe sraunati kao: Tb (34) s b - s f = cv Tf T dt = cv ln b = cv ln T Tf ' (35)

pa 1 = [( 1) + ( 1)] j definiciji (7) sada: Tmt = q1 q 2 sb s a

1 (

36 Tf sf - sa = c p

(36)

Tmt = Ta 1

(38) 3.2.2 Specifini sluajevi idealnih ciklusa a) Dovoenje i odvoenje toplote pri v = const. Idealni ciklus kod koga se dovoenje toplote (sagorijevanje) vri po izohori, tj. tr enutno, najvie se pribliava stvarnom ciklusu sa prinudnim paljenjem homogene, pret hodno pripremljene smjee (oto motor). Diagram p v i T s ovog idealnog ciklusa je prikazan na sl. 50. p z m = 1 kg p.v q1 b c bq 2 a vh v c a s = const z T r vc Sl. 50 Idealni ciklus sa dovoenjem toplote pri v = const . (oto ciklus) Za ovaj s luaj su karakteristine veliine = = ' = 1 Na osnovu ovoga karakteristini parametri ciklusa se dobivaju kao: t = 1 1 1 = 1 1 ( 1) 1 (39)

[( 1) + ( 1)]

1 (

1) '

odnosno: R sb - sa = ln ( moe se konano napisati izraz za Tmt kao: (37)

Tf dt = c p ln = c p ln (

) T Ta Ta

) + ln -1

37 p mt = pa 1 ( 1) ( 1) = 1 1 pa pa -1 = ( 1) ( [ ] (40) Tmt = Ta 1 ( 1) ( 1) ( 1) ( -1 1) = Ta ln( ) ln( ) (41) b) Ciklus sa dovoenjem toplote pri p = const. Ovom ciklusu se pribliava ciklus stv arnog sporohodog motora sa samopaljenjem smjee, kod koga se gorivo ubrizgava u ci lindar pomou sabijenog zraka. Ovakvi motori se danas vie ne proizvode. Odvoenje top lote se vri pri v = const . Ovakav idealni ciklus prikazan je na sl. 51. Kod njeg a su p c q1 z m = 1 kg p.v = const b T z c b r vc vh a v q2 a s Sl. 51 Idealni ciklus sa dovoenjem toplote pri p = const. (dizel ciklus) veliine: =1 ' = 1 Na osnovu ovoga mogu se napisati izrazi za karakteristine veliine ciklusa kao: t = 1 mt = 1 1 ( 1) (42) pa p 1 ( 1) ( 1) = a t ( 1) 1 1 1 1 [ ] (43) Tmt = Ta 1 ( 1) ( 1) ln( ) (44) c) Ciklus sa kombinovanim dovoenjem toplote pri v = const i p = const (Sabathee c iklus) Ovo je idealni ciklus, koji najvie odgovara ciklusu savremenih dizel motora sa ub rizgavanjem goriva. Prikazan je na sl. 52. Odvoenje toplote se i ovdje vri pri v = const.

38 p q 1 z z m = 1 kg q1 c c b p.v = const z vc = n co T st z pz = c onst st con va = b q2 a vc vh v a a q2 b s

t = 1 1 1 [( 1) + ( 1)] (45) p mt = pa 1 [( 1) + ( 1)] 1 1 1 { ( )} (46) o nosno: mt = pa t [ 1 + ( 1)] 1 1

(46 ) i Tmt = Ta 1 [( 1) + ( 1)] ( 1) ln( ) (47) Idealni ciklusi nadpunjenih motora nee se ovdje posebno analizirati. 3.2.3 Analiza uticajnih faktora a) Ciklus sa dovoenjem toplote pri v = const. (oto ciklus) Na osnovu izraza (39) vidi se da je za ovaj sluaj, termodinamiki stepen korisnosti zavisi samo od stepena sabijanja () i kvaliteta radnog fluida izraenog preko eksp

Sl. 52 Idealni ciklus sa kombinovanim dovoenjem toplote Kod ovog ciklusa je . Karakteristini parametri ciklusa su:

= 1

onenata (za idealan zrak = 1,41). Tok promjene vrijednosti t dat je na sl. 53, od akle se vidi da poveanje stepena sabijanja () iznad 18 nije vie ekonomino, jer je pr irast t neznatan, a zbog visokih temperatura i pritisaka, pri kojima bi se ciklus odvijao, javljaju se visoka mehanika i termika optereenja. Osobine tenog goriva (be nzina), prvenstveno njihova antidetonaciona svojstva su kod motora sa prinudnim paljenjem prepreka da bi se stepen sabijanja proizvoljno poveavao. Kod stvarnih m otora sa prinudnim paljenjem stepen sabijanja se kree maksimalno 11 do 12. Sa sl. 53, iako se odnosi na idealne cikluse, se vidi jasno prednost dizel motora u od nosu na oto motor, sa stanovita ekonominosti, odnosto stepena iskoritenja.

39 t 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 2 4 6 8 10 12 1 4 16 18 20 dizel motor oto motor v = const. =1,41 p = const. S . 53 Zavisnost t kod idealnog ciklusa pri v = const. i pri p = const., od stepe na sabijanja (), za vrijednost = 1,41 Odstupanje procesa od idealnih uslova vodi daljem smanjenju t, to je prikazano na sl. 54. Ako radni t 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 4 5 6 7 8 9 = 1,41 = 1,35 = 1,30 = 1,25 S . 54 Zavisnost t idealnog ciklusa pri dovoenju toplote kod v = const., od stepen a sabijanja () i odnosa specifinih toplota () fluid nije idealan gas, a procesi sab ijanja i irenja nisu vie izentropski, dolazi do smanjena odnosa specifinih toplota , a saglasno tome smanjuje se i t, zbog nastanka dodatnih energetskih gubitaka. N a pritisak pmt, osim stepena poveanja pritiska () i stepena sabijanja () direktno u tie i pritisak na poetku takta sabijanja pa (usisni ili nadpunjeni motori) i izloit elj . Na sl. 55 dat je tok promjene pmt u funkciji i za pa =const. i = const. Pov eanje dovedene toplote, ovdje izraene preko , utie direktno na pmt. Porast je ogranie n mehanikim osobinama materijala dijelova, koji dolaze u dodir sa radnom materijo m.

40 p mt [bar] 12 = = 12 2 = = 8 = 4 0 3 10 8 6 4 4 S . 55 Uticaj veliina i na srednji termodinamiki pritisak (pmt) oto motora (pa = 1 bar, = 1,41) b) Ciklus sa dovoenjem toplote pri p = const. (dizel ciklus) Termodinamiki stepen iskoritenja ovog ciklusa zavisi od koliine dovedene toplote, t j. od optereenja. Ovaj uticaj je izraen stepenom irenja . Sa poveanjem smanjuje se ef ektivni hod irenja, pa prema tome i korisni rad, a time i t, odnosno ekonominost mo tora. Sa poveanjem stepena sabijanja () pri = const. t u poetku vrlo brzo raste, a p ri vrijednostima > 22, dalje poveanje stepena sabijanja u termodinamikom smislu vie nije ekonomino. Poveanje doprinosi poveanju pritiska i temperature to se nepovoljno odraava na mehaniko i termiko optereenje motora. Na sl. 56 data je zavisnost t, t = 1 ,4 1 0,65 0,60 0,55 0,50 = 16 = 1 ,3 = 14 = 12 = 16 0,45 0,40 = 14 = 12 1,0 1,5

2,0 2,5 3,0 3,5

S . 56 Zavisnost t ciklusa sa dovoenjem toplote pri p =const. od , i (pa = const) , i odnosa specifinih toplota (). Analiza pokazuje da pri malim vrijednostima raste t . Poveanje , i pa dovodi do poveanja pmt, tj. do boljeg iskoritenja hodne zapremine. Pritisak pmt zavisi, osim toga, i od koliine dovedene toplote tj. od pri = const . Ova zavisnost je data na sl. 57.

41 p mt 17 [bar] 15 = 22 = 20 = 18 = 16 13 11 9 7 5 3 1,5 2 2,5 3 S . 57 Zavisnost pmt kod idealnog ciklusa sa dovoenjem toplote pri p = const, od i (pa = 1 bar) c) Ciklus sa kombinovanim dovoenjem toplote

Termodinamiki stepen korisnosti, kod ovakvog ciklusa zavisi od , i . Naelno se moe r ei da vrijednost t raste sa poveanjem i smanjenjem , i obratno. Uticaj veliina i n rednji termodinamiki pritisak u motoru ( = const. i =1,41) dat je na sl. 58, Sl. 58 Uticaj i na pmt, kod ciklusa sa kombinovanim dovoenjem toplote pri = 16, = 1,41 i pa = 1 bar odakle se vidi da sa porastom raste pmt, a sa porastom vrijed nost pmt opada.

42 4. STVARNI CIKLUS MOTORA SUI Stvarni ciklus motora se znatno razlikuje od teorijskog (termodinamikog) i polute orijskog ciklusa. Na odstupanje stvarnog ciklusa od teorijskog utie niz faktora, od kojih su najznaajniji: - radni fluid nije idealni gas, nego je smjea zraka, gor iva i produkata sagorijevanja - u toku odvijanja procesa vri se prenos toplote sa radnog fluida na okolinu i obrnuto, to znai sabijanje i irenje nije izentropski pr oces - vrijeme sagorijevanja je konano i produava se u taktu irenja sa dodatnim osl obaanjem dijela toplote. Zbog visokih temperatura radne materije u toku sagorijev anja dolazi do intenzivnog prenosa toplote sa radnog fluida na zidove cilindra usljed nepotpunog sagorijevanja i pojave disocijacije (iznad 1500 K nastupa raz laganje pojedinih vieatomnih gasova-disocijacija, to je praeno utrokom izvjesne kolii ne toplote) dolazi do manjeg iskoritenja toplote - uslijed proputanja gasa u korit o motora, strujnih otpora, prisustva zaostalih gasova u cilindru motora i dr. do lazi do gubitaka to takoer utie na smanjenje korisnog rada koji daje motor - pri iz mjeni radne materije nastaju energetski gubici uslijed strujnih otpora, prenosa toplote, prisustva zaostalih gasova u cilindru, itd. Iz izloenog logino slijedi da je stepen iskoritenja stvarnog ciklusa manji od stepena iskoritenja idealnog cikl usa. Opti analitiki izraz za stepen iskoritenja ne moe se zbog sloene funkcionalne za visnosti specifinih toplota gasa od temperature i sastava nai u zatvorenom obliku. Zato se mora analizirati svaki proces posebno (izmjena radne materije, sabijanj e, sagorijevanje i ekspanzija), te na osnovu analize i uporednih ispitivanja doi do osnovnih karakteristika pojedinih procesa i njihovih uticajnih prametara. Ako se ele obuhvatiti svi glavni faktori stvarnog radnog ciklusa procesi se ne mogu kao kod idealnih ciklusa opisati algebarskim jednainama, ve se problem svodi na sl oeni sistem nelinearnih diferencijalnih jednaina, koje opisuju procese u cilindru i procese u usisnim i izduvnim cjevovodima. Primjena savremenih raunara otvorila je novu eru istraivanja motora, meutim i ovdje tanost rezultata zavisi od uzetih pr edpostavki i od sloenosti modela za cilindre, usisni i izduvni sistem. Zbog toga je vano za odreene analize izabrati najprihvatljiviji model. Stoga se u praksi esto kombinuje analitiki metod sa eksperimentalnim ispitivnjima u cilju dobivanja pri hvatljivog modela, te se na osnovu toga vre korekcije i poboljanja na stvarnim mot orima. Parametri koji karakteriu odvijanje pojedinih procesa u ciklusu kao i cikl usa u cjelini mogu se dobiti eksperimentalnim putem snimanjem indikatorskog diag rama. Indiciranje motora daje grafii prikaz promjene pritiska u cilindru u zavisn osti od promjene zapremine, (diagram p V), ugla koljena koljenastog vratila (dia grama p ) ili vremena (diagram p ). Za snimanje indikatorskih diagrama pritiska ko riste se piezokvarcni davai pritiska, pretvarai signala, pojaavai signala i registra tori (osciloskop, raunar sa akvizicijom snimljenih podataka, itd). Tipini primjer indikatorskog diagrama etverotaktnog motora u diagramu p dat je na sl. 59, i to s amo dio diagrama u okolini procesa sabijanje sagorijevanje ekspanzija. Ovaj diag ram je skinut sa ekrana osciloskopa. Ovaj diagram se moe uz pomo kinematskih veza pu ta klipa i dimezija klipa prevesti u diagrame p i/ili p V. Na sl. 60 dat je diag ram p etvorotaktnog motora za cio proces 0 720 KV (dva kruga radilice motora). Det aljna analiza ovog proces nee se ovdje izuavati.

43 SMT p Pritisak (p) 10 [bar] Atmosferski pritisak vrijeme () 5,8 [ms] = 76,5 [/sek] n = 2200 [/min], n = 36,6 [/sek] Sl. 59 Indikatorski diagam etverotaktnog motora p [bar] SMT 60 120 UMT 240 300 SMT 420 480 UMT 600 [KV] SMT

Sl. 60 Indikatorski diagram etvorotaktnog motora Pored diagrama p , p , datih na sl . 59 i sl. 60, a na sl. 61 i sl. 62 dati su uporedni p V diagram etvorotaktnog ot o i dizel motora, sa detaljima diagrama razvoda radne materije, gdje su sljedee o znake vane: taka 1. do taka 2. proces usisavanja, taka 3. poetak procesa sagor a, taka 4. do taka 5. proces izdavanja.

44 p [bar] p z z [bar] c c c 3 4 1 2 po c 3 V [m3 ] 5 SMT 0 153045 60 a 75 90 105120135 180 UMT KV r1 5 Vc 4 a Vh Va 2 p r po V [m 3] pa p [bar] p [bar] 4 * Vh r 5 Vc Vh Detalj razvoda 1 2 a pa po V* h r 1 po 5 4 2 Detalj razvoda Sl. 61 Indikatorski diagram etvorotaktnog oto motora Sl. 62 Indikatorski diagram etvorotaktnog dizel motora

45 5. POKAZATELJI ZA OCJENU RADNOG CIKLUSA Pokazatelji za ocjenu radnog ciklusa motora se u principu dijele na unutranje, od nosno indicirane, koji se odreuju na osnovu podataka i rezultata mjerenja veliina, koje definiu pojedine procese ili itav radni ciklus u radnom prostoru motora, te na efektivne pokazatelje, koji se odnose na veliine izmjerene ili proraunate na st anje na spojnici koljenastog vratila motora. Razlike u veliini ovih dvaju grupa p arametara nastaju uslijed prenosa energije iz radnog prostora motora na njegovu spojnicu i formuliu se funkcijama prenosa mehanike energije. U fizikalnom smislu o vi parametri u sutini definiu: - energetsku kompaktnost motora, u smislu iskoritenj a njegove radne zapremine, i - ekonominost motora, s obzirom na iskoritenje dovede ne toplotne energije Osim ovih pokazatelja, za ocjenu motora su veoma vani i poka zatelji, koji su u vezi sa zatitom ovjekove sredine: - buka, koju motor emituje pr ilikom rada, - sastav izduvnih gasova, posebno koncentracija i ukupna emisija po jedinih tetnih komponenti, i - miris izduvnih gasova 5.1 Indicirani parametri a) Srednji indicirani pritisak Na slici 63 prikazan je indikatorski dijagram, dobiven ispitivanjem etverotaktnog oto motora (usisna varijanta) u koordinatama p-V. Povrina ograniena krivom a, a, f , k, z1, l, b1, a ekvivalentna je indiciranom radu +Li, povrina b1, r, a, b1 ekv ivalentna je radu, koji se troi na proces izmjene radne p z z1 raunski dijagram stvarni (indikatorski) dijagram k 0,85 pz pv n2 = const pv n1 = const c f r vc vh va po a l b b1 a v Sl. 63 Proraun i indikatorsi diagram etvorotaktnog usisnog oto motora materije odn osno Lizm. Prema tome, indicirani rad cjelokupnog ciklusa etvorotaktnog motora be z nadpunjenja, kada se uzme u obzir gubitak rada na proces izmjene radne materij e je: Li , uk = Li Lizm (48)

46 Srednji indicirani pritisak je fiktivani pritisak, konstantne veliine, koji bi djelujui na klip, u toku jednog hoda klipa, izvrio isti rad, kao i promjenljivi p ritisak u cilindru za vrijeme svih hodova (taktova) jednog radnog ciklusa. Sredn ji indicirani pritisak je definisan kao odnos indiciranog rada (Li, uk) i hodne zapremine motora (Vh) kao: pi = Li , uk Vh = Li Lizm = p im p izm Vh Vh (49) gdje su p im - srednji indicirani pritisak bez uzimanja u obzir rada, koji se troi na izmjenu rada materije, a p izm pokazuje specifini rad po jedinici zapremine , koji se gubi na proces izmjene radne materije. Srednji indicirani pritisak se izraunava iz snimljenog indikatorskog dijagrama odreivanjem navedenih povrina, koje se pomou odgovarajue razmjere pretvaraju u rad. Iz slike 63 vidljivo je da proces i prikazani indikatorskim dijagramom nemaju skokovite prelaze (kao u idealnim, o dnosno proraunskim ciklusima), nego se linije pojedinih procesa (faza ciklusa) na stavljaju jedna na drugu blagim zaobljenim prelazima. Karakter prelaza od jednog procesa ka drugom zavisi od mnogo inilaca, te ga nije mogue obuhvatiti analitikim proraunom. Prilikom odreivanja parametara motora obino se formira proraunski indikat orski dijagram za dva hoda (sabijanje i irenje), a gubici rada na izmjeni radne m aterije pridodaju se mehanikim gubicima ili se posmatraju odvojeno. Zaokruenja dij agrama na mjestima prelaza od jednog procesa na drugi izvode se na osnovu podata ka dobijenih ispitivanjem slinih motora. Kod prorauna ova zaokrugljenja definiu se posebnim koeficijentom. Na slici 64 dati su proraunski (nezaokrugljeni) a c z z b a i stvarni a c c z l b r a indikatorski dijagrami ciklusa sa kombinovanim dovoenjem toplote. p z z z raunski dijagram stvarni (indikatorski) dijagram pv n2 = const c pv n1 = co nst c c ii p im l r a b b a v Sl. 64 Proraunski i indikatorski diagrami etverotaktnog usisnog dizel motora Za pr iblini proraun srednjeg indiciranog pritiska se koristi proraunski (nezaokrugljeni) indikatorski diagram. Rad ciklusa Sabate, prema slici 64, sastoji se iz rada ire nja gasova od Vz do Vz pri pz = const, plus rad politropskog irenja sa srednjim eksponentom politrope n2 od stanja pz, Vz do stanja pb, Vb minus rad, koji se tr oi na kompresiju (na politropsko sabijanje) sa srednjim eksponentom politrope n1, od stanja pa, Va do stanja pc, Vc. Ako se sa L i oznai cjelokupan rad ciklusa be z uzimanja u obzir gubitaka rada na izmjenu radne materije, onda se prema oznaka ma na sl. 64, rad nezaokrugljenog indikatorskog diagrama, za ciklus sa kombinova nim dovoenjem toplote, moe izraunati kao:

(50)

Pojedine veliine u izrazu (50) su: L z z = p z V z p z V z = p c Vc ( d politropskog irenja n2 1 p z V z p b Vb p z V z V z 1 = 1 = p c Vc L zb = (51) (52) -

rad politropskog sabijanja n1 1 p c Vc p a V a p c Vc Vc 1 1 Lac = = 1 = p c Vc 1 (53) Sada se izraz (50) moe pisati kao: 1 1 1 1 n 1 1 n 1 L i = p c Vc ( 1) + n 2 1 (54) Sada se moe napisati izraz za srednji indicirani pritisak proraunskog nezaobljenog ciklusa (sl. 64), bez izmjene radne materije kao: p * imk L i p 1 1 1 = = c ( 1) + 1 n 1 1 n 1 2 Vh 1 (55) Za pojedine specijalne sluajeve izraz (55) dobiva formu: za ciklus sa dovoenjem to plote pri v = const. ( = 1, = 1, = ): * p imV =

pc 1 1 1 1 n 1 1 n 1 1 n 2 1 2 n1 1 1 (56) -

za ciklus sa dovoenjem toplote pri p = const = 1, = 1, = : 1 n 1 1 p imp = 2 1 n 2 1 n1 1 (57) Iz indikatorskog diagrama stvarnih ciklusa oto (sl. 63) i dizel (sl. 64) motora, vidi se da je indicirani rad stvarnog ciklusa, manji od proraunskog sa nezaokrug ljenim ciklusom. Odstupanje stvarnih vrijednosti srednjeg indiciranog pritiska, u odnosu na proraunske vrijednosti, ne uzimajui u obzir izmjenu radne materije, oc jenjuje se koeficijentom zaokruenja indikatorskog diagrama i, tj.: p im = i p im

(58)

47 L i = L z

z + L zb Lac

48 Prema eksperimentalnim podacima koeficijent zaokruenja i se kree u granicama i = 0,92 0,97. Dio indiciranog rada se troi i na izmjenu radne materije (Lizm). Na sl . 65 prikazan je detalj indikatorskog diagrama izmjene radne materije. p p izm b1 r L izm a v c pr > p a v Sl. 65 Indikatorski diagram izmjene radne materije etvorotaktnog usisnog motora G ubitak dijela indiciranog rada za izmjenu radne materije (Lizm) prikazan je na s l. 65 rafiranim poljem. Ovaj dio indiciranog rada se esto izraava i preko srednjeg pritiska p izm = Lizm Vh (59) Kod etverotaktnih motora srednji pritisak (pizm) se moe priblino odrediti (sl. 65) kao: pizm = izm ( pr pa ) (60) gdje je izm koeficijent izmjene radne materije i zavisi od brzinskog reima rada i optereenja motora. Prema iskustvenim saznanjima ovaj koeficijent se kree u granica ma izm = 0,75 0,9. Ovim koeficijentom se uzimaju injenice da u toku pranjenja i pun jenja, pritisak u cilindru nije konstantan (nego oscilatoran) zbog ega je stvarni rad izmjene radne materije (Lizm), manji od teoretskog (Vh (pr - pa)), tj. Lizm < Vh ( p r p a ) (61) Kod nadpunjenih motora rad izmjene radne materije moe biti pozitivan i negativan (zavisno od reima rada), to se vidi na sl. 66. p a pk pa pr vc vh v r Sl. 66 Indikatorski diagram izmjene radne materije kod etvorotaktnih nadpunjenih motora Kod dvotaktnih motora se srednji indicirani pritisak, izraunat prema nezao krugljenom dijagramu za koristan dio hoda klipa, preraunava se na cijeli hod klip a preko izraza:

49 * p im = (62) V

i p im (1 )

. Kod dvotaktnih motora sa povratnim i poprenim ispiranjem Vh vrijednost koefici jenta i 1, ako se pretpostavi da je pozitivan rad u toku izmjene radnog fluida pr iblino jednak gubicima rada zaobljenog u odnosu na proraunski ciklus (sl. 67 a)). Kod istosmjernog p Lp L gdje je definisano ranije kao = LL+ L+ pk vc vh v h v vc vh v h pk v a) b) Sl. 67 Pozitivni i negativni rad kod dvotaktnih motora sa poprenim i povratnim is piranjem (a) i istosmejernim ispiranjem (b) ispiranja sl. 67 b) je dio rada pri izmjeni radne materije negativan pa je i = 0,94 0,98. b) Indicirana snaga Indicirana snaga motora je snaga razvijena u cilindru motora i za definisane pok azatelje: srednji indicirani pritisak (pi), hodna zapremina cilindra (Vh) i vrij eme jednog ciklusa (t) moe se izraunati kao: Pi = Li , uk t = p i Vh t (63) Vrijeme jednog ciklusa se rauna kao: t= gdje je: - taktnost motora ( = 4 - etvorotaktni motor, = 2 - dvotaktni motor) n - broj obrtaja motora Konano se indicirana snaga za jednocilindrini motor moe izrau nati kao: Pi = 2 p i Vh n 2n (64) (65) Ako je u pitanju viecilindrini motor sa i cilindara, onda je indicirana snaga moto ra Pi = 2 p i i Vh n = 2

p i Vhuk n (66)

50 c) Indicirana specifina potronja goriva Indicirana specifina potronja goriva (gi) pokazuje koliinu utroenog goriva po jednom indiciranom kW snage i satu. Uobiajena dimenzija specifine potronje je [g/kWh]. De finie se kao: gi = Gh Pi (67) gdje je Gh - potronja goriva u jedinici vremena. Najee se izraava u [kg/h]. d) Indicirani stepen iskoritenja Indicirani stepen iskoritenja (i) predstavlja odnos toplote ekvivalentne indiciran om radu i ukupno dovedene toplote za vrijeme vrenja tog indiciranog rada ili posm atrano u jedinici vremena, kao odnos indicirane snage (Pi) i dovedene toplote u jedinici vremena ( Q 1 ). Tako je: o i = Pi Q1 o = Pi 1 = G h Qd g i Qd (68) gdje je Qd - donja toplotna mo goriva 5.2 Meusobna zavisnost osnovnih parametara Indicirana specifina potronja goriva (gi) moe se izraziti preko ve poznatih parameta ra na sljedei nain: ekvivalentni odnos zraka (koeficijent vika zraka) se rauna kao: m = vs = mvt = V huk k v Gh lo 2n = V huk k v 2n = l o g i Pi = V huk k v 2 n lo g i 2 p i V huk n k v lo g i pi (69)

iz jednaine (69) se rauna vrijednost gi kao: gi = v k lo pi p 1 = o i g i Qd v k Qd

(70) indicirani stepen iskoritenja se moe izraziti kao: i = (71) Iz jednaine (71) moe se izraziti srednji indicirani pritisak (pi) kao: pi = Qd i v k lo (72)

51 5.3 Efektivni pokazatelji a) Efektivna snaga i mehaniki gubici Snaga motora koja se od koljenastog vratila predaje radnoj maini, naziva se efekt ivna snaga (Pe). Ona je od indicirane snage umanjena za veliinu snage mehanikih gu bitaka (Pm), tj.: Pe = Pi Pm U mehanike gubitke spadaju: snaga utroena na savladav anje otpora mehanikog trenja (klip-klipni prstenovi-kouljica, leajevi, trenje u raz vodu, itd.) snaga utroena na savladavanje aerodinamikih otpora kretanja dijelova m otora (klipnjaa, koljenasto vratilo, zamajac, itd.) snaga utroena na pogon pomonih ureaja motora (pumpa za vodu, pumpa za ulje, ventilator, pumpa za gorivo, kompres or, itd.) (73) Odnos efektivne i indicirane snage naziva se mehaniki stepen iskoritenja (m), tj.: m = Pe Pi Pm P = =1 m Pi Pi Pi (74) Analogno izrazu za indiciranu snagu, efektivna snaga se rauna kao: Pe = m Pi = 2 gdje je: p e = m p i - srednji efektivni pritisak b) Efektivni stepen korisnosti i efektivna specifina potronja goriva m pi Vh n pe Vh n = 2 uk uk (75) Efektivni stepen korisnosti definie se na osnovu odnosa efektivne snage i doveden e toplote u jedinici vremena kao: = Pe Q1 o = Pe Pi Pi Q 1 o = m i (76) A kv no izrazu (71), vrijednost se moe izraziti kao: = lo pe v k Qd (77) Efektivna specifina potronja goriva je: ge = Gh Gh g = = i Pe Pi m m (78) Adekvatno izrazu (70), efektivna specifina potronja goriva se moe napisati kao:

52 ge = v k o pe

An ogno izrazu (72) srednji efektivni pritisak motora se moe izraziti kao: pe = Qd m i Q v k = d e v k lo lo (80) c) Ostali efektivni pokazatelji efektivni obrtni momenat Me = Pe = Pe 2 n = p e Vhuk = K pe (81) Iz izraza (81) se vidi da za jedan konkretan motor srednji efektivni moment (Me) je proporcionalan srednjem efektivnom pritisku (pe). veza izmeu potronje goriva ( Gh) u jedinici vremena i koliine goriva koja se dovodi po ciklusu i cilindru (qc) je: Gh = qc g i 2n (82)

g j je: m3 qc - ciklusna dobava cikl. cil. g - gustina goriva Takoe se mogu iz ti zavisnosti: M e = K1 qc pe = K 2 qc gdje su K1 i K2 konstantne proporcionalnosti za konkretan motor. 5.4 Odreivanje mehanikog stepena iskoritenja

(79)

(83) (84) Mehaniki stepen iskoritenja definisan jednainom (74) ili kao: m = pe pi (85) moe se odrediti eksperimentalno: - mjerenjem efektivnih parametara (Pe, Me, n, pe ) i snimanjem indikatorskog diagrama (pi) - metodom sukcesivnog iskljuivanja poje dinih cilindara - odreivanjem snage trenja stranim pogonom ili pomou nekih korelac ionih izraza dobivenih na bazi velikog broja eksperimentalnih podataka.

53 6. TOPLOTNI BILANS MOTORA Da bi se odredio karakter iskoritenja dovedene toplote i analizirali toplotni gub ici, potrebno je napraviti toplotni bilans. U tom cilju, odreuju se pojedine komp onente odvedene toplote, u zavisnosti od radnih parametara, koji su karakteristin i za uslove eksploatacije (optereenje, brzinski reim, ). Izraz za toplotni bilans s e moe napisati kao: Q1 = Q e + Q v + Q r + Q z o o o o o (86) odnosno: 100% = q e + q v + q r + q z (87) gdje je: Q e - toplota ekvivalentna efektivno ostvarenom radu Q v - toplota odvedena hlaen jem u okolinu Q r - toplota odvedena izduvnim gasovima Q z - toplota odvedena zr aenjem ili na neki drugi nain koji nije naprijed obuhvaen o o o o Toplotni bilans dat jednainom (86) moe se prikazati diagramski na sl. 68, uz uobiaj ene procente Q 1 (100%) 20 - 35 % q v < oto: dizel: 15 - 30 % Qv 30 - 55 % q r < oto: dizel: 25 - 40 % Q r 3-8% qz < oto: dizel: 2 - 5 % Qz 20 - 30 % qe < oto: dizel: 30 - 40 % Qe Sl. 68 Diagram toplotnog bilansa (Senke -ev diagram) pojedinih komponenti toplot e. Ovaj diagram moe se prikazati u zavisnosti od radnih parametara motora. Tako j e na sl. 69 dat diagram promjene parametara iz jednaine (86) ili (87) u zavisnost i od optereenja motora.

54 100% PROCENAT DOVEDENE TOPLOTE qr 25% qe 50% 75% OPTEREENJE qv 40% 20% 0% n = n n om = const qz 80% 60% 100% Sl. 69 Toplotni bilans motora u funkciji optereenja

55 7. NADPUNJENI (PREHRANJIVANI) MOTORI OSNOVNE KARAKTERISTIKE 7.1 Uvod U dosadanjem dijelu izlaganja uglavnom su tretirani usisni motori, sa samo par na pomena o tzv. nadpunjenim motorima. Obzirom na trendove u razvoju motora, gdje j e nadpunjenje motora postalo jedan od najvanijih pravaca u razvoju motora, u nast avku e se dati osnovne karakteristike nadpunjenih motora. Nadpunjenje, koje se est o susree pod nazivom turbokompresorsko nadpunjenje ili TK nadpunjenje, danas ugla vnom podrazumjeva primjenu aksijalne turbine koja je pogonjena izduvnim gasovima i radijalnog komprsora, pogonjenog od strane turbine, koji obezbjeuje veu koliinu svjeeg zraka u motoru. Na ovaj nain se omoguava poboljanje specifinih parametara moto ra (specifine snage, specifini obrtni momenat, itd.). Turbokompresori se grade kao kompaktne cjeline na motoru. Izgled jednog takvog TK agregata dat je na sl. 70, a na sl. 71 je dat njegov poloaj na jednom estocilindrinom motoru. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . Kuite kompresora, Kolo kompresora, Aksijalni leaj, Poklopac kompresora, Kuite turbine , Kolo turbine, ahura leaja, Kuite leaja. Sl. 70 TK agregat sa svim elementima Sl. 71 etocilindrini nadpunjeni motor sa TK agregatom

56 Osnovne karakteristike nadpunjenih motora, mogu se kao i do sada, analizirati preko idealnih i stvarnih ciklusa. U nastavku se daju p v diagrami idealnih cik lusa motora sa nadpunjenjem za dva sluaja: sluaj dovoenja toplote u turbinu pri v = const. (sl. 72) sluaj dovoenja toplote u turbinu pri p = const. (sl. 73) p q1 c z q1 z p z q 1 c q 1 z po pa a(2) b(3) (4) 0(1) q2 v b po pa a(2) q2 (3) (4) 0(1) q2 v Sl. 72 Idealni p v ciklus nadpunjenog motora sa dovoenjem toplote u turbinu pri v = const. Sl. 73 Idealni p v ciklus nadpunjenog motora sa dovoenjem toplote u turbinu pri p = const. Stanje okoline, odnosno stanje prije ulaza u kompresor je oznaeno sa po p1 , a st anje na ulaznom ventilu je oznaeno sa indeksom a koje se moe uzeti priblino kao stanj e na izlazu kompresora. Idealni ciklus turbokompresora u p v diagramu (sl. 72 i sl. 73) oznaen je karakteristinim takama 1 - 2 - 3 - 4. 7.2 Osnovne karakteristike TK agregata a) Snaga kompresora Adijabatski (kriva 1-2, sl. 72, sl. 73) i stvarni proces u kompresoru moe se prik azati u diagramu entalpija (h) entropija ( ), kao na sl. 74. h 2ad 2 p 2= s con t s h adc p 1= st con 1 h sc s Sl. 74 Stvarni (1 2) i adijabatski (1 2ad) proces u kompresoru Koristei sl. 74 moe se napisati izraz za proraun snage kompresora kao: Pc = mc hadc

o 1 c (88)

57 gdje je: m c - maseni protok zraka kroz kompresor c - stepen korisnosti kompresora hadc adijabatska promjena entalpije (1 2ad, sl. 74) Stepen korisnosti kompresora se definie kao: o

hadc (89) hsc gdje je hsc - stvarna promjena entropije u kompresoru. Jednaina (89 ) se moe pisao kao: T2 ad 1 hadc c p (T2 ad T1 ) T1 c = (90) = = T2 hsc c p (T2 T1 ) 1 T1 Ovaj koeficijent ( c ) se kree u praktinim izvedbama kompresora do max. 0,8. Koristei osnovne jednaine iz termodinamike, adijabatska promjena entalpije ( hadc ) moe se izraunati kao: 1 T2 ad p 2 1 hadc = c p (T2 ad T1 ) = c 1 p 1 1 odnosno snaga kompresora ( Pc )se definie kao: c = 1 p2 1 R T1 Pc = m c p1 c 1 gdje je: 1 o (92) b) Snaga turbine Proces u turbini moe se prikazati u diagramu entalpija entalpija kao na sl. 75, g dje je sa indeksom 3 oznaeno stanje na ulazu u sprovodni aparat (uvodnik) turbine, indeksom 3 stanje izmeu sprovodnog aparata i ulaza u turbine i sa indeksom 4 stanje na izlazu iz turbine. s con p 3= t ns t h 3 hN sprovodni aparat = p3 co turbina h ad T hR 4 4ad h ST 3 s con p4= t hgub

Sl. 75 Stvarni (3 4) i adijabatski (3 4ad) tok procesa u turbini. s

58 Snaga turbine moe se izraunati kao: PT = mT hadT T o (93) g j je T stepen korisnosti turbine i definie se kao: T 1 4 c (T T ) h T3 T = ST = p 3 4 = (94) T4 ad hadT c p (T3 T4 ad ) 1 T3 Stepen korisnosti turbine ( T ) kree se max. u granicama 0,760,82. Adijabatska promjena entalpije ( hadT ) na turbini, s a sprovodnim aparatom, rauna se kao: hadT

G 1 p 4 G G 1 = c pG (T3 T4 ad ) = RG T3 p3 G 1 (95) sada je konaan izraz za snagu turbine: G 1 p 4 G G 1 1 T3 PT = T m T RG p3 G o (96) Ovdje je m T - maseni protok izduvnih gasova kroz turbinu. Indeks G odnosi se na i zduvne plinove. c) Odnos snage na turbini i kompresoru o Obzirom da turbina, koristei rad ekspanzije izduvnih gasova, pokree kompresor to j e njen rad, odnosno snaga, vea od snage kompresora za vrijednost mehanikih gubitak a na turbokompresoru. Na osnovu ovoga se moe napisati izraz za jednakost snage tu rbokompresora kao: PT m = PC (97)

gdje je m stepen mehanikih gubitaka u turbokompresoru. Na osnovu izraza (97) moe s e pisati: G 1 1 p4 G 1 o p2 G 1 1 T3 = mC R T1 o (98) odakle se ukupan stepen korisnosti turbokompresora u = C T m rauna kao: 1 p2 1 p1 o G 1 T1 mC R u = o G 1 (99) Veliina ukupnog stepena korisnosti TK agregata kod motora za vozila kree se maksim alno do 0,55.

59 Detaljnije karakteristike turbine i kompresora odreuju se preko tzv. mapa turb ina i kompresora, koji se dobivaju od proizvoaa istih. 7.3 Pregled sistema nadpunjenja U cilju boljeg razumijevanja nadpunjenja, u nastavku se daju do sada najee primjenj ivani sistemi nadpunjenja. Na sl. 76 dati su uporedo uobiajeni sistemi nadpunjenj a koji se danas koriste na vozilima. Usis K K H M a) Izduv Usisni motor M b) T M c) T Nadpunjeni motor sa hladenjem zraka Nadpunjeni motor K K H M d) T WG M e) T WG Nadpunjeni motor sa regulacijom pritiska nadpunjenja Nadpunjeni motor sa hladenjem zraka i regulacijom pritiska nadpunjenja Sl. 76 Usporedni pregled eme nadpunjenih motora koji se danas koriste na vozilima Na sl. 76 a) data je ema klasinog usisnog motora. Najjednostavniji nadpunjeni mot or prikazan je na sl. 76 b), pri emu se energija izduvnih gasova preko turbine (T ) koristi za pogon kompresora (K). Ova varijanta nadpunjenja koristi se za povean ja snage motora do max. 35% i maksimalnog pritiska nadpunjenja 1,81,9 bar (apsolu tni pritisak). Poveanje pritiska nadpunjenja iznad ove granice izaziva takvo povea nje temperature zraka, koja negativno utie na stepen punjenja motora svjeim zrakom . Sistem nadpunjenja na sl. 76 c) predvia hlaenje zraka iza kompresora (K) sa tzv. meuhlaenjem zraka (H). Koriste se do pritiska nadpunjenja max. 3,2 bar (apsolutni pritisak). Dalje poveanje pritiska se teko ostvaruje sa jednim stepenom nadpunjen ja. Uobiajeni, praktini parametar za uvoenje meuhlaenja zraka je temperatura zraka iz a kompresora. Za temperature zraka iza kompresora t 2 110C , uvodi se meuhlaenje zr

aka. Sa ovakvim sistemom nadpunjenja (sl. 76 c)) snaga motora se moe poveati i do 70% u odnosu na usisnu varijantu motora. Znatno poboljanje sistema nadpunjenja, d atog na sl. 76 b), je pomou sistema sl. 76 d). Kod ovog sistema je uobiajen jedan (WG- aste-gate) b pass ventil, koji u zavisnosti od pritiska zraka iza kompreso ra ( p 2 ), poev od nekog limita, isputa ispune plinove iza turbine (T ) u izduvnu granu. Ovo se slikovito vidi na sl. 77 gdje je data karakteristika pritiska iza kompresora ( p 2 ) i pritiska ispred turbine ( p 3 ) reguliranih sa WG om. Ovaj problem se u ranijim fazama razvoja nadpunjenih motora regulirao jednostavnim is putanjem vika zraka iza kompresora, preko jednog ventila. Ovo rjeenje je imalo odree ne nedostatke, kao: nepotrebni gubitak energije, visoku temperaturu zraka na usi su pri viim brojevima okretaja ( n ), povean kontra pritisak iza izduvnih ventila na veim brojevima okretaja ( n ), via temperatura ispred turbine (T ).

60 p p2 p3 n Sl. 77 Tok pritiska iza kompresora ( p 2 ) i ispred turbine ( p 3 ) u funkciji b roj obrtaja motora ( n ) Pomou WG danas je mogue znatno podii pritisak nadpunjenja na niim brojevima okretaja, a pri tome odrati snoljive limite na viim brojevima okre taja. Pored ostalog, ovim postupkom se izbjegavaju i visoki pritisci sagorijevan ja na visokim brojevima okretaja, poveava maksimalni obrtni momenat ( M e max ) i pomjera na nie brojeve okretaja, a znatno se smanjuju i dimne vrijednosti . Sist em na sl. 76 e), mada dosta kompleksan, prua do sada najvee mogunosti za variranje nadpunjenja motora sa poveanjem snage do 100%. On u sutini predstavlja kombinaciju sistema na sl. 76 c) i d). Danas se najvie koristi ovaj sistem kod vozilskih mot ora. Za poveanje snage