Taktovi kod motora SUS /OTO motor
Motori sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS motori) su
toplotni motori kod kojih produkti sagorevanja (koji su višeg
energetskog potencijala, nastalog oslobađanjem toplote), svojim
direktnim dejstvom vrše mehanički rad.Pojam motor s unutrašnjim sagorevanjem obično se odnosi na SUS-motore kod kojih se proces sagorevanja obavlja s prekidima
Radni ciklus
Svaki SUS motor u toku svog rada mora obaviti osnovna 4 procesa:
- usisavanje,
- sabijanje (kompresija),
- sagorevanje, odnosno širenje (ekspanzija) i
- izduvavanje.
Razlike između tipova SUS motora su u vremenu, mestu i načinu vršenja
ovih procesa. Neki motori vrše sve procese u isto vreme, ali na
različitim mestima u motoru (npr. mlazni motor), a neki vrše procese na
istom mestu, ali u različito vreme (npr. klipni Oto i Dizel motori).
1. Usisavanje
Prvi
proces u toku rada SUS motora je usisavanje. U ovom procesu se smeša
vazduha i goriva usisava u motor (kod motora sa spoljašnjim obrazovanjem
smeše, npr. Oto motor sa karburatorom) ili se usisava samo vazduh, a
gorivo se ubrizgava pod pritiskom (Oto motor sa direktnim
ubrizgavanjem). Kod nekih motora se gorivo ubrizgava tek u procesu
kompresije (Dizel motor). Zadatak procesa usisavanja jeste da motor
obezbedi smešu goriva ili samo vazduh za kasnije sagorevanje.I taj se
proces ponavlja nakon posljednjeg procesa tj.izduva.
2. Sabijanje
Proces
kompresije je vrlo bitan, jer se u njemu obezbeđuju uslovi za
sagorevanje. U ovom procesu motor sabija usisanu smešu, ili samo vazduh,
povećavajući joj pritisak i temperaturu. Veći pritisak omogućava brže i
eksplozivnije sagorevanje, jer su molekuli kiseonika iz vazduha i
goriva zbijeni i gorivo mnogo brže "pohvata" molekule kiseonika, brže
reaguje sa njima pri sagorevanju. Kod Dizel motora, pri kraju sabijanja
se ubrizgava gorivo i obrazuje smešu. Takt br. 2 na animaciji je proces
sabijanja.
3. Sagorevanje, širenje (ekspanzija)
U
procesu sagorevanja smeša goriva i vazduha se pali i sagoreva
oslobađajući ogromnu količinu energije. Gasovi nastali kao proizvod
sagorevanja su pod znatno većim pritiskom i temperaturom nego smeša i
imaju ogromnu potencijalnu energiju.
Način paljenja i sagorevanja se razlikuje među vrstama motora. Prvi
trenuci takta br. 3 na animaciji (bljesak) odgovaraju procesu
sagorevanja.
Ekspanzija je proces koji daje snagu motoru, tj. vrši koristan
mehanički rad. Svi ostali procesi postoje samo da bi stvorili uslove za
ovaj proces. U ovom procesu sagoreli gasovi sa ogromnom potencijalnom
energijom se šire, potiskujući klip u klipnom motoru, rotor u vankel
motoru, turbinu u elisnom mlaznom motoru ili stvarajući direktan potisak
u potisnom mlaznom motoru; vršeći mehanički rad. Ovom procesu odgovara
veći deo 3. takta animacije (onaj posle bljeska).
4. Izduvavanje
Kad
sagoreli gasovi svoju potencijalnu energiju pretvore u mehanički rad,
postaju beskorisni. Proces izduvavanja je zadužen da beskorisne gasove
izbaci u atmosferu. Takt br. 4 animacije je proces izduvavanja.
Kod klipnih motora, zbog brzine odvijanja ovih procesa i inercije
gasova, često se 2 procesa vrše u isto vreme (sledeći počne pre nego
što se prethodni završio). Npr. proces sagorevanja kod četvorotaktnih
Oto i Dizel motora se često "preklapa" sa procesima sabijanja i širenja.
Podela
Dele se na:
- klipne (motori promenljive zapremine):
- rotacioni, tj. sa obrtnim klipovima (vankelov motor);
- translatorni (linijski), tj. sa oscilujućim klipovima. U užem smislu, naziv klipni motori označava ove motore, a koristi se i naziv "klasični" klipni motori. U ovu grupu spadaju oti i dizel motori, a mogu biti dvotaktni i četvorotaktni.
- strujne (gasna turbina, mlazni i raketni motori);
Podela po taktnosti
Dvotaktni motori
Princip rada dvotaktnog motora je jednostavan. Dvotaktni motor ima dva takta. Prvi takt sadrži usisavanje i komprimovanje vazduha, dok je drugi takt radni, odnosno sadrži ekspanziju i izbacivanje sagorelih gasova. Kretanjem klipa iz donje mrtve tačke (u daljnjem tekstu DMT) započinje prvi takt. Na donjem delu zida cilindra nalaze se usisni kanali za usisavanje svežeg vazduha koji potiskuje punjač. Prolaskom klipa iznad usisnih kanala prestaje dotok svežeg vazduha i počinje komprimovanje vazduha. Klip se kreće prema gornjoj mrtvoj tački (u daljnjem tekstu GMT). Kad klip stigne u GMT, započinje radni takt. Međutim, ubrizgavanje goriva
započinje nekoliko stepeni pre GMT-a. Ubrizgavanjem goriva u prostor
cilindra ono se samozapaljuje zbog visoke temperature komprimiranog
zraka i fino raspršenog goriva. Gorivo se ubrizgava pod pritiskom od oko 150 bara.
Nakon ekspanzije klip se kreće prema DMT-u i okreće vratilo na koje je
spojen. Izbacivanje sagorelih gasova počinje kad klip svojim kretanjem
prema DMT-u otvori ispušne kanale na zidu cilindra, koji su smešteni
iznad usisnih kanala tako da većina izgorele smese iziđe van prostora
cilindra, tako da, kad klip otvori usisne kanale, sveži vazduh pomogne
ispiranju cilindra od izgorele smese. Dolaskom klipa u DMT završava se
radni takt i počinje prvi.
Gornji opis je opis dvotaktnog dizelskog motora, a kod benzinskih
motora postoji nekoliko razlika. U cilindar se ubacuje smesa vazduha i
goriva, koja se pritiska, a zatim se, nekoliko stupnjeva pre GMT-a, pali
iskrom iz svećice.
Četverotaktni motori
Princip
rada četverotaktnih motora malo je složeniji od rada dvotaktnog motora.
Prvi takt je usisavanje gorive smese ili vazduha. Kretnjom klipa iz GMT-a prema DMT-u otvara se usisni ventil,
koji se zatvara nešto pre dolaska klipa u DMT. Sledi drugi takt ili
komprimiranje smese (vazduha). Kretnjom klipa iz DMT-a prema GMT-u klip
komprimuje smesu (vazduh), koja se pali nekoliko stupnjeva pre GMT-a.
Kod benzinskih motora svećica pali smesu vazduha i benzina, a kod
dizelskih motora gorivo se ubrizgava u cilindar u kojem je sabijeni
vazduh visoke temperature i ono se samozapaljuje. Treći takt je ekspanzija, koja je radni takt. Klip se kreće iz GMT-a prema DMT-u eksplozijom
nastalom zapaljivanjem smese. Nešto pre DMT-a otvara se ispušni ventil i
klip svojim kretanjem prema GMT-u istiskuje izgorelu smesu izvan
cilindra. Nešto pre GMT-a otvara se usisni ventil, koji dodatno
pospešuje ispiranje cilindra. Dolaskom klipa u GMT zatvara se ispušni
ventil i završava ispušni takt te proces počinje ispočetka.
Podela po vrsti izrade
Redni motori
Redni motori su motori s unutrašnjim sagorevanjem u kojima su dva ili više cilindara (najčešće 4) postavljeni u jednom redu.
V-motor
Proizvode se sa 2, 4, 6, 8, 10 ili 12 cilindara (paran broj cilindara od 2 naviše). Postavljaju se pod uglom od maksimalno 90 stepeni, čime se štedi na veličini motora.
Bokserski motor
Bokserski motor
je motor s unutrašnjim sagorevanjem kod kojeg su cilindri smešteni
jedan nasuprot drugog u jednoj horizontalnoj ravni (pod uglom od 180°).
Obično imaju paran broj cilindara: 2, 4 ili 6. Prvi i najpoznatiji
proizvođač je Porše, koji je prvi konstruirao i upotrebio ovaj motor u svojim automobilima nedugo nakon Drugog svetskog rata (1946).
U brodskoj primeni, tj. za velike motore izrađivao se Doksford motor.
VR-motori
Kombinacija rednog i V-motora
Zvezdasti motor
Zvezdasti motori su motori s unutrašnjim sagorevanjem kod kojih su cilindri raspoređeni zvezdasto s radilicom u sredini. Osnovna primena im je u avijaciji, a ponekad su se ugrađivali i u tenkove.
Specifičnost rasporeda cilindara omogućuje vrlo efikasno hlađenje
zračnom strujom, pa samim tim kod upotrebe u avionima nije potreban
nikakav dodatni sistem hlađenja te se tako ostvaruje i ušteda na težini.
Sledeća ušteda na težini jest i u obliku izlaznog vratila – radilice,
koja je izvedena sa samo jednim koljenom, za razliku od svih ostalih
konstrukcija, gde je potrebno po jedno koleno za svaki cilindar kod
rednih ili po jedno koleno za svaki par cilindara kod V-motora.
Klipni SUS motori
Klipni motori sa unutrašnjim sagorevanjem su motori koji se koriste na današnjim automobilima. Osim na motornim vozilima (putničkim automobilima, kamionima, motociklima), radnim mašinama (traktorima, kombajnima i dr.) i mehanizaciji uopšte, koriste se i na brodovima (veliki, sporohodni dizel motori), čamcima, a u manjoj meri i za pogon lokomotiva i letelica. Procenjuje se da se u ovim motorima potroši preko 25% ukupne svetske potrošnje energije (industrija, transport, grejanje, ...). U drumskom transportu troše skoro 99% energije, u vodenom preko 75%, dok u železničkom i vazdušnom i manje od 10%.
Ovi motori ostvaruju mehanički rad na račun potencijalne energije produkata sagorevanja.
Kod motornih vozila se u ogromnoj većini koriste "klasični" klipni motori (tj. oto i dizel motori), mada stalno ima pokušaja za uvođenje vankelovog motora. Postoje i pokušaji ugradnje gasne turbine (američki tenk M1 Abrams ima ovakav pogon), ali to je izvodljivo samo kod teških vozila. U poslednje vreme prisutni su u hibridni pogon, pa i električni.
Automobilski motori kao gorivo koriste (motorni) benzin, dizel gorivo ili tečni naftni gas - TNG (tzv. plin), eventualno Komprimovani prirodni gas - KPG.
Zbog nedostatka nafte kao osnovne sirovine, automobilska industrija pokušava da nađe alternativnu vrstu goriva.
„Klasični“ klipni SUS motori
5-cilindarski klipni SUS motor sa radijalnim raporedom cilindara (tj. "zvezdasti" motor)
Među klipnim SUS motorima apsolutnu dominaciju u primeni imaju translatorni (linijski) klipni motori sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS), tj. "klasični" klipni SUS motori. Tu spadaju oto (Nikolas Oto) - nazivani još i benzinski motori i dizel motori (Rudolf Diesel). Oni se međusobno razlikuju po termodinamičkom ciklusu po kojim rade (i po kojima su i dobili imena), iz čega proizilazi i principijelna razlika u vrstama goriva koje koriste: oto motori koriste motorne benzine, ali i alternativna goriva, kao što su TNG, KPG i TPG, alkoholna goriva, eventualno i biogas, dok dizel motori koriste dizel gorivo i biodizel, eventualno delimično i KPG i TPG. I jedni i drugi mogu biti dvotaktni ili četvorotaktni. Ostale razlike su sledeće:
- Oto motori: nakon sabijanja smeše goriva i vazduha, do njenog upaljenja dolazi varnicom, koja nastaje na svećici. Nema eksplozije, sagorevanje se vrši po slojevima. Smeša se kod starijih modela motora formirala u karburatoru, a danas ubrizgavanjem goriva ("injection motori"), bilo ispred cilindra (jedna ili više brizgaljki), bilo direktno u cilindar (što je retko). Za čišćenje njihovih izduvnih gasova koristi se "katalizator".
- Dizel motori: sabija se čist vazduh i nakon ubrizgavanja goriva dolazi do spontanog paljenja i sagorevanja, usled povišene temperature i pritiska, nastalih sabijanjem vazduha. Nema svećica (osim grejača na nekim motorima, koji se nakad nazivaju i dizel svećice). Sporodohniji su i veži/teži po jedinici snage (osim kod turbo motora), ali efikasniji. Za filtriranje izduvnih gasova dizel motora se koristi DPM filter (Diesel Particulate Matter, dizel čestična materija tj. čađ).
Mogu se podeluti po više kriterijuma, npr. po broju cilindara
(jednocilindarski, dvocilindarski, trocilindarski, četvorocinindarski,
...) i rasporedu cilindara (linijski, V, W, boxer, zvezda...).
Radni ciklus četvorotaktnog oto motora
Četvorotaktni ciklus oto motora se sastoji od sledećih taktova (koraka rada), koji su prikazani i na animaciji:
- 1. Usisavanje goriva i vazduha kroz ventil, klip se kreće ka UMT, tj. povećava radni prostor
- 2. Sabijanje (kompresija) smeše goriva i vazduha, klip se kreće ka SMT, tj. smanjuje radni prostor
- 3. Sagorevanje goriva pokrenuto električnom iskrom, pritisak pokreće klip, klip se kreće ka UMT, tj. povećava radni prostor
- 4. Izbacivanje produkata sagorevanja, ciklus se vraća na korak 1, klip se kreće ka SMT, tj. smanjuje radni prostor
SMT (spoljna mrtva tačka) - najudaljenija tačka do koje može stići klip
UMT (unutrašnja mrtva tačka) - najbliža tačka do koje može stići klip
Osnovni delovi klipnih SUS-motora
Osnovni
delovi motora zavise od izvedbe i veličine motora. Osnovni delovi
SUS-motora jesu nosač motora, blok motora, kolenasto vratilo, klip,
klipnjača, cilindar, glava motora, ispušni i usisni ventili, rasplinjač i
pumpa visokog pritiska za ubrizgavanje goriva (kod dizelskih) ili
karburator i svećica (kod Oto-motora).
Nosač motora
To
je donji deo motora, na kojem je smešten celi motor sa svim njegovim
delovima. S njegove donje strane nalazi se rezervoar koji služi kao
spremište za ulje za podmazivanje kod manjih motora, a kod većih motora
ovaj rezervoar služi za sakupljanje, a potom za odvođenje ulja u poseban
rezervoar.
Blok motora
On
je ustvari kućište motora u kojem se praktično nalaze svi delovi
motora. U njemu su i cilindri motora, kao i otvori za hlađenje motora,
kojima cirkulira rashladno sredstvo. Blok motora kod automobila najčešće
se izrađuje od lake legure zbog smanjenja celokupne mase automobila. Blokovi velikih motora (kao što su brodski) izrađuju se livenjem.
Kolenasto vratilo
Glavni
zadatak kolenastog vratila ili radilice jeste da pravolinijsko kretanje
klipa pretvori u rotirajuće kretanje na izlazu iz motora, tj. da
energiju koja je nastala u cilindru tokom procesa sagorevanja preko niza
elemenata motora (klipa, klipnjače) prenese na izlaznu osovinu. Preko
kolenastog vratila ta energija se dalje predaje točkovima, odnosno
osovini brodskog vijka ili osovini voza. Kolenasto vratilo sastoji se od niza kolena, a njihov broj zavisi od broja cilindara SUS-motora.
Klipnjača
Klipnjača
je element koji se nalazi unutar cilindra i spojni je element između
klipa i kolenastog vratila kod malih motora, odnosno između glave motora
i kolenastog vratila kod velikih brodskih motora. Svojim pravolinijskim
kretanjem učestvuje u pretvaranju pravolinijskog kretanja klipa u
obrtanje kolenastog vratila, odnosno radilice. Obično se izrađuje
kovanjem ili livenjem.
Klip
Klip je deo
motora koji se nalazi unutar cilindra motora i koji se kreće
pravolinijski od GMT-a do DMT-a. Oslobođenu energiju u toku takta
sagorevanja prenosi preko klipnjače na koljenasto vratilo, pri čemu se
pravolinijsko kretanje klipa manifestira obrtanjem kolenastog vratila.
Ventili
Usisni i
ispušni ventili najčešće su smešteni u glavi cilindra, tj. na vrhu
cilindra motora. Najčešća izvedba je od dva ventila po cilindru, kod
većine četverotaktnih motora, dakle, 1 usisni i 1 ispušni ventil. Kod
novijih benzinskih motora pojavljuje se izvedba od 4 ventila po
cilindru: 2 usisna i 2 ispušna. Retko se pojavljuje i izvedba s 3
ventila po cilindru. Kod takve izvedbe jedan je usisni ventil, a dva su
ispušna. Ventili se pogone bregastim vratilom, koje je zupčastim remenom
spojeno s kolenastim vratilom. Najvažnija stvar je usklađenost položaja
bregastog s položajem kolenastog vratila zbog pravovremenog otvaranja i
zatvaranja usisnih i ispušnih ventila, da se ne bi desilo da klip dođe u
dodir s ventilima za vreme svog pravolinijskog kretanja u cilindru.
Dvotaktni motori imaju samo ispušni ventil (ili više njih) dok se
usisavanje obavlja pomoću kanala na košuljici cilindra.
Pumpa visokog pritiska za ubrizgavanje goriva
Pumpa
visokog pritiska za ubrizgavanje goriva je uređaj za ubrizgavanje
goriva a nalazi se samo kod dizel motora zbog drugačijeg procesa koji se
odvija u cilindru motora. Naime kod dizel motora ne postoje svećice
koje iniciraju paljenje gorive smese već se pri kraju takta sabijanja
kada pritisak vazduha u cilindru dostigne određeni pritisak i određenu
temperature, u cilindar ubrizgava gorivo pod visokim pritiskom pri čemu
dolazi do njegovog samozapaljenja usled visokog pritiska i temperature
sabijenog vazduha koji se nalazi u cilindru. Pritisak ubrizgavanja je
rastao tokom razvoja ove vrste motora te je danas dostigao vrednost od
1200 bara.
Bregasto vratilo
Ova
specijalna vrsta vratila na sebi ima tzv. bregove, koji prilikom
obrtanja bregastog vratila otvaraju i zatvaraju usisne, odnosno ispušne
ventile. Ovo vratilo spojeno je s koljenastim, a veza između njih
ostvaruje se preko različitih prenosnih mehanizama: zupčastim prenosom
(zupčastim remenom i zupčastim remenicama), lančanim prenosima (lancem i
lančanikom) i slično.
Karburator
Karburator
je uređaj koji se nalazi ispred cilindra motora i u kojem se pravi
smeša vazduha i goriva za motor s unutrašnjim sagorevanjem.
Karakteristika karburatora je ta da se koristi samo kod benzinskih
motora jer služi za raspršivanje goriva u struji vazduha pre nego se ta
smeša usisa u cilindar za vreme prvog radnog takta. Karburator je bio
među prvim patentima Karla Benza, jer je on razvio motor s unutrašnjim sagorevanjem i njegove delove. Godine 1885. Vilhelm Majbah i Gotlib Dajmler
razvili su karburator za svoj motor, čiji se rad zasniva na principu
ubrizgavanja brizgalicama. Karburatori su bili uobičajeni deo benzinskih
motora proizvedenih u većem delu SAD-a do kraja 1980-ih, kad je
prevladao princip ubrizgavanja goriva u cilindre SUS-motora.
Većina proizvođača automobila nastavila je s ugradnjom
karburatora zbog nižih troškova, ali od 2005. mnogi novi modeli uvode
princip ubrizgavanja goriva.
Svećica
Kod benzinskih SUS-motora, za razliku od dizelskih, koriste se svećice. To je mali električni uređaj koji visoki napon s magneta
pretvara u iskru na njenom vrhu za paljenje gorive smeše u cilindru
SUS-motora. Paljenje iskre dešava se na kraju takta sabijanja, usled
čega dolazi do procesa sagorevanja gorive smeše, čime otpočinje radni
takt sagorevanja.[12]
Među prvim izumiteljima koji su patentirali svećicu bili su Nikola Tesla, Ričard Sims i Robert Boš. Karl Benz takođe je značajno pridoneo njenom razvoju.
Strujni SUS motori
Kod strujnih motora, rad se ostvaruje na račun kinetičke energije produkata sagorevanja, koji ekspandiraju u obliku mlaza koji se koristi bilo za stvaranje potiska bilo obrtnog momenta.
Gasna turbina koristi za svoj pogon gas, mlazni motori koriste kerozin, a raketnim osim goriva, treba isporučivati i kiseonik.
[ Vikipedija ]
