close

Enter

Log in using OpenID

Cestovna vozila

embedDownload
IvanFilipovi
Cestovnavozila
Prirunikzavoditeljestanicatehnikihpregledavozila
Sarajevo,2012
Ivan Filipovi
CESTOVNA VOZILA
prirunik za voditelje stanica tehnikih pregleda vozila
Sarajevo, 2012.
Ivan Filipovi
CESTOVNA VOZILA
prirunik za voditelje stanica tehnikih pregleda vozila
Recenzenti:
Prof. dr. Božidar Nikoli, akademik DANU
Prof. dr. Dževad Bibi
Prof. dr. Boran Pikula
Lektor: Meliha Kešmer
I
PREDGOVOR
Cestovna vozila predstavljaju skup veoma složenih mehatronikih sistema,
sposobnih da se kreu samostalno (motorna vozila) ili uz pomo nekog
drugog vozila (prikljuna vozila). U želji da se zadrži konkurentnost,
poboljša efikasnost i smanji negativni utjecaj na ovjekovu okolinu, cestovna
vozila prolaze kroz buran i intenzivan razvoj. Tako se danas kod savremenih
cestovnih vozila elektronskim putem reguliraju svi znaajniji procesi koji se
odvijaju u motorima sui, transmisiji, sistemu koenja i dr., do prijanjanja
pneumatika na tlu (trakcija) u želji za poboljšanjem aktivne sigurnosti vozila.
Stanje konvencionalnih izvora goriva za cestovna vozila i sve vei zahtjevi za
ouvanjem životne sredine u novije vrijeme usmjeravaju razvoj vozila ka
primjeni tzv. alternativnih goriva, hibridnim pogonima vozila, do isto
elektrinih pogona vozila. Ova slika vjerovatno je realna bliska budunost,
na što e se trebati postepeno navikavati kompletna automobilska industrija,
sektor prometa i sistemi održavanja i kontrole cestovnih vozila.
Prirunik je koncipiran tako da upozna itaoca sa svim važnim elementima i
sistemima vozila, principima rada i njihovoj funkciji, kao i najinteresantnijim
pravcima razvoja pojedinih sistema danas. Pored ovoga, u priruniku su
objašnjene i sve važne karakteristike cestovnih vozila (energetske,
eksploatacione i ekološke karakteristike). Na kraju prirunika dat je i osvrt na
aktualnu zakonsku regulativu i standarde koji se primjenjuju kod cestovnih
vozila u razliitim regionima svijeta, sa naglaskom na EU.
Materija u priruniku izložena je kroz dvadeset poglavlja, sa literaturom,
popisom naješe korištenih oznaka i spiskom pitanja na kraju. Prvo
poglavlje predstavlja uvod sa osnovnim pojmovima, historijatom razvoja i
podjelama cestovnih vozila. Motor sa unutarnjim izgaranjem objašnjen je u
narednom poglavlju, gdje su date podjele motora, princip rada i osnovni
dijelovi motora. U treem poglavlju objašnjene su najvažnije karakteristike
motora Devet narednih poglavlja govore o obaveznoj opremi kod motora
sui, gdje se na današnjem nivou najviše postiglo u razvoju (sistemi dobave
zraka i goriva). Od trinaestog poglavlja, pa zakljuno sa devetnaestim
poglavljem objašnjeni su sistemi cestovnih vozila, sa posebnim naglaskom na
sisteme transmisije, oslanjanja, upravljanja i koenja. U dvadesetom poglavlju
dat je kratak osvrt na neustaljeno kretanje cestovnih vozila sa namjerom da
italac stekne sliku o pojavama koje se dešavaju u realnim uslovima vožnje
II
cestovnih vozila. Zbog kompleksnosti predmetne materije i namjene
prirunika, ovdje se nije ulazilo u detaljnije analize i objašnjenja ovih
pojmova.
Prema svom sadržaju i nainu izlaganja materije, prirunik je namijenjen
studentma tehnikih fakulteta koji se bave izuavanjem cestovnih vozila, kao
i inženjerima koji se bave održavanjem, remontom i ispitivanjem tehnike
ispravnosti vozila.
Ovom prilikom želim izraziti svoju zahvalnost recenzentima prirunika prof.
dr Božidaru Nikoliu, dipl. ing. Mašinskog fakulteteta Podgorica, v. prof.
dr Dževadu Bibiu, dipl. ing. Mašinskog fakulteta Sarajevo i v. prof. dr
Boranu Pikuli, dipl. ing. Mašinskog fakulteta Sarajevo, na vrlo korisnim
savjetima i sugestijama.
Takoer se zahvaljujem saradnicima Jasminu Šehoviu, dipl. ing., Almiru
Blaževiu, dipl. ing., Goranu Kepniku, dipl. ing., mr. Muradu Džeki, dipl.
ing. i Tihomiru Sokoloviu el. tehn., za pomo oko tehnike obrade
prirunika.
Sarajevo, 2012.
Autor
III
SADRŽAJ
1.
UVOD ...........................................................................................
1.1 Osnovni pojmovi ...................................................................................
1.2 Razvoj motornih vozila.........................................................................
1.3 Savremena motorna vozila ...................................................................
1.4 Klasifikacija motornih vozila ...............................................................
1.5 Osnovni sistemi cestovnog motornog vozila ....................................
1
1
1
4
4
8
2.
MOTORI SA UNUTARNJIM IZGARANJEM ...........................
2.1 Kratki historijat motora sui ..................................................................
2.2 Definicija motora sui .............................................................................
2.3 Prednosti i nedostaci motora sui .........................................................
2.4 Podjela motora sui .................................................................................
2.5 Glavni dijelovi motora sui ....................................................................
2.5.1 Pokretni dijelovi motora ........................................................
2.5.2 Osnovni nepokretni dijelovi motora....................................
2.6 Pomoni sistemi i ureaji motora sui .................................................
2.7 Opis rada etvorotaktnog oto i dizel motora ....................................
2.8 Opis rada dvotaktnog oto i dizel motora ...........................................
11
11
15
17
17
25
27
37
44
46
50
3.
POGONSKE KARAKTERISTIKE MOTORA SUI.....................
3.1 Vrste karakteristika ................................................................................
3.2 Brzinske karakteristike motora ............................................................
3.3 Karakteristike optereenja (stacionarne karakteristike) ...................
3.4 Kombinirane (univerzalne) karakteristike ..........................................
3.5 Ostale karakteristike motora.....................................................................
3.5.1 Regulatorske karakteristike ....................................................
3.5.2 Regulacione (reglažne) karakteristike ...................................
55
55
58
65
67
68
69
70
4.
STVARANJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA ............................
4.1 Potrebe oto motora u pogledu sastava smješe zrak-gorivo ............
4.2 Podjela sistema za obrazovanje smješe zrak-gorivo kod
oto motora...............................................................................................
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa) ...............
4.3.1 Elementarni (prosti) karburator ............................................
4.3.2 Podjela karburatora .................................................................
73
73
78
80
80
81
IV
4.3.3
4.3.3.1
4.3.3.2
4.3.3.3
4.3.3.4
4.3.3.5
4.3.3.6
4.3.4
4.3.5
4.3.6
5.
Dodatni ureaji na karburatoru ............................................
Ureaji za kompenzaciju ........................................................
Ureaji za obogaenje smješe ...............................................
Ureaji za ubrzavanje motora ...............................................
Ureaji za startovanje motora na niskim temperaturama .....
Ureaji za prazan hod ............................................................
Ostali ureaji na karburatoru ................................................
Dvogrli (dvokomorni) karburator ........................................
Karburatori sa elektronskim upravljanjem..........................
Ostala oprema instalacije sa napajanjem
gorivom pomou karburatora ..............................................
4.4 Sistemi za ubrizgavanje lakog goriva ..................................................
4.4.1 Osnovni elementi sistema za ubrizgavanje lakog goriva .....
4.4.2 Sistem senzora .........................................................................
84
84
88
89
91
92
94
95
96
STVARANJE SMJEŠE KOD DIZEL MOTORA ........................
5.1 Osnovni zahtjevi koje treba ispuniti instalacija za
ubrizgavanje goriva ................................................................................
5.2 Osnovni razlozi raspršivanja goriva ....................................................
5.3 Formiranje prostora izgaranja kod dizel motora ..............................
5.3.1 Ostvarenje smješe kod dizel motora sa jedinstvenim
prostorom izgaranja ................................................................
5.3.2 Ostvarenje smješe kod dizel motora sa podijeljenim
prostorom izgaranja ................................................................
5.3.3 Uporeenje razliitih naina ostvarenja smješe kod
dizel motora .............................................................................
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora ..................
5.4.1 Podjela instalacije ....................................................................
5.4.2 Pumpe visokog pritiska ..........................................................
5.4.2.1 Linijska (redna) pumpa visokog pritiska .............................
5.4.2.2 Rotacione klipne distribucione pumpe ................................
5.4.2.3 Pumpe visokog pritiska za sistem pumpa-brizga .............
5.4.3 Brizgai .....................................................................................
5.4.4 Ostali pribor instalacije za ubrizgavanje ..............................
5.5 Najvažnije karakteristike instalacije za dobavu goriva u
dizel motorima .......................................................................................
109
98
99
104
107
109
110
111
112
115
118
119
119
125
125
132
134
136
142
147
V
6.
RAZVODNI MEHANIZAM MOTORA SUI .............................
6.1 Podjela razvodnih mehanizama ...........................................................
6.2 Najvažnije karakteristike razvodnog mehanizma .............................
6.3 Konstruktivne karakteristike ................................................................
151
151
155
162
7.
IZDUVNA I USISNA INSTALACIJA MOTORA SUI ...............
7.1 Osnovni zadaci usisno-izduvne instalacije.........................................
7.2 Podjela instalacija ...................................................................................
7.3 Konstrukcija instalacija .........................................................................
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji ..................................
7.4.1 Ureaji za natpunjenje motora..............................................
7.4.2 Ureaji za smanjenje emisije toksinih gasova ...................
7.4.3 Ureaji za smanjenje buke motora .......................................
169
169
170
172
175
175
178
191
8.
PREIŠAVANJE ULJA, GORIVA I ZRAKA ............................ 193
8.1 Podjela i konstrukcija preistaa .......................................................... 193
9.
UREAJI ZA STARTOVANJE MOTORA .................................
9.1 Osnovni zadaci i nain startovanja motora .......................................
9.2 Elektropokreta......................................................................................
9.3 Startovanje motora sa sabijenim zrakom ...........................................
201
201
202
206
10. SISTEMI ZA PALJENJE SMJEŠE KOD MOTORA ..................
10.1 Uvod ........................................................................................................
10.2 Uslovi zapaljenja gorive smješe u motoru i parametri
instalacije za paljenje..............................................................................
10.3 Podjela instalacija za paljenje ...............................................................
10.4 Instalacija za baterijsko induktivno paljenje sa mehanikim
prekidaem ..............................................................................................
10.5 Instalacije za magnetno induktivno paljenje
sa mehanikim prekidaem ..................................................................
10.6 Shema ostalih karakteristikih sistema prinudnog paljenja .............
10.7 Ostala oprema kod sistema paljenja .........................................................
209
209
210
211
211
213
215
216
11. INSTALACIJA ZA PODMAZIVANJE ........................................ 219
11.1 Podjela instalacija za podmazivanje .................................................... 221
11.2 Najvažniji sklopovi i elementi instalacije za podmazivanje ............. 223
VI
11.3 Ventilacija motorske kuice ................................................................. 226
11.4 Specifinosti podmazivanja motora sa zranim hlaenjem ............ 227
12. INSTALACIJA ZA HLAENJE .................................................
12.1 Podjela instalacije ...................................................................................
12.2 Najvažniji sklopovi sistema za hlaenje .............................................
12.3 Uporeenje sistema hlaenja tenošu i zrakom ..............................
13. SISTEMI PRENOSA SNAGE I TRANSFORMACIJA
OBRTNOG MOMENTA (TRANSMISIJA) ...............................
13.1 Spojnica ...................................................................................................
13.1.1 Suhe frikcione spojnice ..........................................................
13.1.1.1 Karakteristike lamela ..............................................................
13.1.1.2 Osnovni parametri suhe lamelaste frikcione spojnice.........
13.1.1.3 Mehanizam komandovanja suhim frikcionim
spojnicama.....................................................................................
13.1.2 Mokre frikcione spojnice .......................................................
13.1.3 Hidrodinamike spojnice .......................................................
13.1.4 Elektromagnetne spojnice .....................................................
13.2 Mjenjai ...................................................................................................
13.2.1 Stepenasti mjenjai ..................................................................
13.2.1.1 Stepenasti mjenjai sa kliznim zupanicima i
nepokretnim osama vratila ...................................................
13.2.1.2 Stepenasti mjenjai sa stalno uzubljenim
zupanicima i nepokretnim osama vratila ...........................
13.2.1.3 Stepenasti mjenjai sa pokretnim osama vratila –
planetarni mjenjai ..................................................................
13.2.2 Kontinuirani prenosnici .........................................................
13.2.2.1 Mehaniki kontinuirani prenosnici .......................................
13.2.2.2 Hidrauliki kontinuirani prenosnici .....................................
13.2.2.3 Elektrini kontinuirani prenosnici ........................................
13.2.2.4 Kombinovani mjenjai ...........................................................
13.3 Zglobni (kardanski) prenosnici ............................................................
13.3.1 Zglobovi nejednakih ugaonih brzina (asinhroni
zglobovi) ...................................................................................
13.3.2 Zglobovi jednakih ugaonih brzina (sinhroni zglobovi).......
13.3.3 Elastini zglobni prenosnici ..................................................
13.4 Pogonski (vodei) most ........................................................................
229
230
235
238
239
240
242
244
248
250
251
252
255
256
257
261
262
273
275
275
278
284
285
291
293
297
298
298
VII
13.4.1
13.4.2
13.4.3
13.4.4
Glavni prenos ..........................................................................
Diferencijal ...............................................................................
Pogon na više mostova (razvodnik pogona) ......................
Poluvratila (poluosovine) .......................................................
300
305
310
313
14. TOKOVI MOTORNIH VOZILA ............................................. 319
15. SISTEM OSLANJANJA (OVJEŠENJA) ......................................
15.1 Oscilatorni model sistema elastinog vješanja motornog vozila ......
15.2 Vrste i klasifikacija sistema oslanjanja ................................................
15.3 Elastini elementi ...................................................................................
15.3.1 Lisnate opruge (gibnjevi) .......................................................
15.3.2 Parabolini gibnjevi ................................................................
15.3.3 Zavojne opruge .......................................................................
15.3.4 Torzione opruge (torzioni štapovi) ......................................
15.3.5 Gumeni elastini elementi .....................................................
15.3.6 Pneumatski i hidropneumatski elastini elementi ..............
15.4 Elementi za voenje toka ...................................................................
15.4.1 Voice kod sistema zavisnog oslanjanja..............................
15.4.2 Voice kod sistema nezavisnog oslanjanja .........................
15.5 Elementi za prigušenje oscilovanja .....................................................
15.6 Stabilizatori .............................................................................................
325
326
328
332
332
335
336
338
340
340
344
345
346
347
350
16. SISTEM ZA UPRAVLJANJE VOZILOM ...................................
16.1 Zadaci i klasifikacija sistema upravljanja ............................................
16.2 Konstrukcija sistema upravljanja .........................................................
16.2.1 Toak upravljaa sa stubom upravljaa ...............................
16.3 Upravljaki mehanizam.........................................................................
16.4 Prenosni mehanizam (spone)...............................................................
16.5 Geometrija upravljakih tokova ........................................................
16.6 Servoureaji sistema za upravljanje.....................................................
353
353
358
360
361
364
368
371
17. SISTEMI KOENJA VOZILA ....................................................
17.1 Zadaci sistema za koenje vozila .........................................................
17.2 Gradnja sistema koenja .......................................................................
17.2.1 Mehanizam za koenje u toku (konica) ...........................
17.2.2 Prenosni mehanizam (sistem za aktiviranje konica) ........
375
375
377
381
386
VIII
17.3 Trajni usporivai motornih vozila – dopunski koioni sistem.......... 395
17.4 Sistemi aktivne sigurnosti vozila.......................................................... 400
18. RAM I KAROSERIJA VOZILA ................................................... 409
19. OSTALI UREAJI NA VOZILU ................................................ 415
20. NEUSTALJENA KRETANJA MOTORNIH VOZILA
I KRATAK OSVRT NA MEUNARODNE PROPISE............... 417
20.1 Neustaljeno kretanje vozila .................................................................. 417
20.2 Osvrt na meunarodne propise ............................................................. 418
21. LITERATURA ............................................................................. 423
SPISAK NAJEEŠE KORIŠTENIH OZNAKA .............................. 427
ISPITNA PITANJA ZA VODITELJE NA STANICAMA
TEHNIKIH PREGLEDA...............................................................
433
IX
X
1. UVOD
1.1 Osnovni pojmovi
Pod pojmom “vozilo” podrazumijeva se veoma složena mašina ili mašinski sistem,
sposobna da se kree samostalno (motorno vozilo) ili uz pomo neke druge mašine
(prikljuno vozilo).
Zavisno od itavog niza utjecajnih parametara konstrukcija vozila može biti vrlo
razliita. Meutim, zajednika osobina svih rješenja vozila, koja e se ovdje
razmatrati, je u tome što se sva ona kreu po kopnu, odnosno na tvrdim podlogama.
Pri tome se iskljuuju sva ona vozila koja se kreu po šinama i vozila kod kojih je
neophodna stalna veza sa spoljnim energetskim izvorom, koja se esto, mada
pogrešno sa aspekta savremenog razvoja, nazivaju vozilima sa diktiranim
trajektorijama.
1.2
Razvoj motornih vozila
Nastanak motornih vozila vezan je za mehanizaciju ljudske i animalne energije
neophodne za savladavanje otpora pri kretanju i prevozu ljudi i tereta. Ideje da se
izradi vozilo, koje bi se pokretalo snagom motora, javlja se ve u vrijeme otkria
parne mašine (1765. god.).
Prvo vozilo, koje je imalo parnu mašinu kao pogonski agregat, konstruisao je
inženjer N. J. Cugnot (Kinjo) 1769. god. Vozilo je imalo tri toka, a izgled je
prikazan na slici 1.1.
1. Uvod
2
Sl. 1.1 Prvo motorno vozilo (Cugnot, 1769. godine)
Znaajniji razvoj motornih vozila poinje tek onda kada je pronaen relativno
pouzdan i efikasan transformator energije – motor sa unutarnjim izgaranjem. Prvi
realni automobili sa benzinskim motorom pojavljuju se 1886., odnosno 1887. godine,
a konstruirali su ih strane Karl Benz i Gottlieb Daimler, neovisno. Ovi automobili su
prikazani na slici 1.2. Benzov automobil je imao maksimalnu snagu 0,65 kW i
a)
b)
Sl. 1.2 Benzov automobil a) iz 1866. god. i Daimler-ov automobil b) iz 1887. god.
maksimalnu brzinu od 15 km/h, dok je Daimler-ov automobil imao maksimalnu
snagu 1,1 kW i maksimalnu brzinu 16 km/h.
Poslije pojave prvih automobila, razvoj pogonskih agregata (motor sui) i samih
automobila bio je vrlo intenzivan sa stalnim poboljšanjem performansi. Slikoviti
prikaz razvoja automobila dat je na slici 1.3 kroz odreeni broj primjera razvijenih i
korištenih automobila. Na slici 1.3 je dato i jedno hibridno vozilo i jedno elektrino
vozilo. Automobil, kao klasian predstavnik perioda industrijalizacije, preživio je i
opstao u novim uslovima gdje su dominantni elektronika i komunikacije. Današnji
automobili, odnosno vozila u najopštijem smislu te rijei, predstavljaju tipine
mehatronike sisteme, gdje se najvei broj procesa na vozilu kontrolira
elektronskim putem. Na taj nain postignut je odgovarajui nivo ekonominosti i
istovremeno ostvareno znaajno ouvanje okoline od potencijalnih zagaujuih
materija koje emituju vozila, tako da su cestovna vozila i danas vrlo konkurentni
proizvodi i još uvijek imaju ekspanziju na tržištu.
1.2 Razvoj motornih vozila
3
Daimler, 1900.
Ford, 1909.
Citroen, 1934.
Mercedes-Benz, 1936.
Citroen, 1955.
Mercedes-Benz, 1959.
VW Golf, 1974.
Audi, 1980.
Smart, 1997.
Toyota Prius I – 1997. (hibridno vozilo)
VW Lupo, 1998.
Tesla model S-Alpha-2008. (elektrino vozilo)
Sl. 1.3 Slikovit pregled razvoja automobila
4
1. Uvod
1.3 Savremena motorna vozila
Današnji stepen razvoja motornih vozila odlikuje se proizvodnjom vrlo širokog
spektra razliitih vrsta, tipova i katergorija vozila. Savremena vozila odlikuju se
velikom složenošu mehanizama koji se nalaze na njima. Posebno treba istaknuti
automatizaciju i elektronsko upravljanje pojedinih procesa na vozilu sa ciljem
zadržavanja njegove konkurentnosti. I u budunosti oekuje se dalji intenzivni
razvoj motornih vozila uz maksimalno angažiranje strunjaka razliitog profila
(mašinci, elektroniari, tehnolozi, elektriari, dizajneri, ekonomisti, ekolozi, itd).
Borba za opstanak vozila na tržištu traži stalno poboljšanje njihovog kvaliteta.
Pojam “kvaliteta” vozila ukljuuje itav niz karakteristika, koje predstavljaju mjerilo
za ocjenu vozila. Karakteristike vozila se mogu podijeliti u etiri grupe, i to:
- performanse, koje obuhvataju energetske, eksploatacione i ekološke
karakteristike vozila,
- pouzdanost, koja obuhvata sve one parametre kvaliteta, koji se odnose na
mogunost nesmetanog obavljanja svih funkcionalnih zadataka u toku
eksploatacije u svim radnim uslovima,
- ekonominost, koja obuhvata sve elemente, koji se odnose na ekonomsku
opravdanost korištenja vozila i
- bezbijednost, koja obuhvata sve one komponente kvaliteta, koje se odnose na
stepen sigurnosti korištenja vozila sa stanovišta vozaa, putnika i okoline u
najširem smislu rijei.
Da e se i u budunosti intenzivirati razvoj motornih vozila, govore slijedee
injenice:
- industrija motornih i prikljunih vozila još uvijek je najvea i najjaa industrija
na svijetu,
- motorno vozilo više nije luksuz nego potreba,
- predmet najvee robne razmjene je automobil i
- industrija automobila predstavlja sintezu svih tehnologija, a sa zrakoplovima i
svemirskim letjelicama, automobil je najkompleksniji proizvod ovjeanstva.
1.4 Klasifikacija motornih vozila
Pod motornim vozilom podrazumijeva se samohodna mašina pogonjena motorom,
koja se kree uglavnom po kopnu, a naješe nije vezana za odreenu trajektoriju.
U motorna vozila mogu se ukljuiti i mašine, koje imaju mogunost kretanja i po
kopnu i po vodi (amfibijska motorna vozila specijalne namjene) kao i ona vozila,
koja se mogu kretati, kako po slobodnim tako i po unaprijed utvrenim
trajektorijama (tzv. automatski voena vozila). Pored vozila obuhvaenih gornjom
definicijom, u vozila spadaju i sve vrste prikljunih vozila za motorna vozila, kao i
njihove kombinacije vunih vozova.
1.4 Klasifikacija motornih vozila
5
Naješe se kao osnovni parametar za klasifikaciju motornih vozila uzima njihova
namjena. U tom smislu motorna vozila mogu se podijeliti 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 uže namjene i putna i besputna motorna vozila mogu se podijeliti na
- transportna,
- vuna (radna) i
- specijalna vozila.
Transportna vozila namijenjena su za prevoz robe ili ljudi.
Vuna vozila, u sklopu sa nekom radnom mašinom ili ureajem, obavljaju odreene
operacije u raznim oblastima privrede (šumarstvo, graevinarstvo, komunalne
djelatnosti itd.). Ovdje je bitna vuna sila na poteznici (Fp), odnosno snaga (Pm) za
pogon prikljune mašine.
Specijalna motorna vozila imaju posebne karakteristike, ovisno od namjene (za
sport, vojsku, zdravstvene usluge itd.).
Na slici 1.4 data je shema klasifikacije kopnenih vozila.
VUČNA
(PRIKLJUČNA)
KOPNENA VOZILA
SAMOHODNA
(MOTORNA)
sa zavisnim (vezanim)
kretanjem
ŠINSKA VOZILA
sa nezavisnim (slobodnim)
kretanjem
MOTORNA VOZILA
PUTNA (CESTOVNA)
TRANSPORTNA
BESPUTNA (TERENSKA)
VUČNA (RADNA)
SPECIJALNA
Sl. 1.4 Podjele cestovnih vozila
Podjela cestovnih motornih vozila može se izvršiti i u odnosu na druge znaajne
parametre:
- prema nainu ostvarivanja kretanja (motorna vozila sa tokovima, motorna
vozila sa gusjenicama),
- prema vrsti pogona (motorna vozila sa motorom sui, sa elektropogonom, sa
gasnom turbinom) itd.
6
1. Uvod
U okviru ECE propisa izvršena je posebna klasifikacija cestovnih vozila koja se
koristi u Evropi:
a) Kategorija L: motorna vozila sa manje od etiri toka. Ova kategorija se dijeli u
pet potkategorija i to:
- kategorija L1 su vozila sa dva toka, ija radna zapremina motora nije vea
od 50 cm3, a maksimalna konstruktivna brzina nije vea od 40 km/h,
- kategorija L2 su vozila sa tri toka, ija je radna zapremina motora vea od
50 cm3, a maksimalna konsturktivna brzina ne prelazi 40 km/h,
- kategorija L3 su vozila sa dva toka, ija je radna zapremina motora vea
od 50 cm3, ili je maksimalna konstruktivna brzina vea od 40 km/h,
- kategorija L4 su vozila sa tri toka asimetrino postavljena u odnosu na
srednju podužnu osu, ija je maksimalna konstruktivna brzina vea od 40
km/h (motocikli sa bonom prikolicom) i
- kategorija L5 su vozila sa tri toka asimetrino postavljena u odnosu na
srednju podužnu osu, ija najvea masa nije vea od 1000 kg i ija je
radna zapremina vea od 50 cm3 ili im je maksimalna konstruktivna
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 služe za prevoz putnika. Ova kategorija dijeli se u
etiri potkategorije, i to:
- kategorija M1 (a) su vozila koja imaju tri ili pet vrata i bone prozore iza
vozaa, a ija maksimalna masa optereenog vozila ne prelazi 3.500 kg,
izraena prvenstveno za prevoz putnika, ali koja mogu biti preureena i
djelomino za prevoz tereta,
- kategorija M1 (b) su vozila koja su konstruirana i izraena za prevoz tereta,
ali koja mogu adaptiranjem pomou nepokretnih ili obarajuih sjedišta,
biti promjenjena za prevoz više od tri putnika, kao i vozila projektirana i
opremljena tako da predstavljaju pokretni prostor za stanovanje, a ija
maksimalna masa optereenog vozila u oba sluaja ne prelazi 3.500 kg,
- kategorija M2 su vozila za prevoz putnika, koja osim sjedišta vozaa imaju
više od 8 sjedišta i ija maksimalna masa optereenog vozila nije vea od
5.000 kg i
- kategorija M3 su vozila za prevoz putnika koja osim sjedišta vozaa, imaju
više od osam sjedišta i ija je makimalna masa iznad 5000 kg.
c) Kategorija N: motorna vozila 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 potkategorije, i to:
- kategorija N1 su vozila za prevoz tereta, ija najvea masa optereenog
vozila nije vea od 3.500 kg,
- kategorija N2 su vozila za prevoz tereta, ija je najvea masa optereenog
vozila iznad 3.500 kg, ali ne iznad 12.000 kg i
1.4 Klasifikacija motornih vozila
7
- kategorija N3 su vozila za prevoz tereta sa najveom masom optereenog
vozila 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
optereene prikolice nije vea od 750 kg,
- kategorija O2 su prikolice ija najvea masa optereene prikolice nije vea
od 3.500 kg, sa izuzetkom prikolica kategorije O1,
- kategorija O3 su prikolice ija je najvea masa optereene prikolice iznad
3.500 kg, ali ne iznad 10.000 kg i
- kategorija O4 su prikolice ija je najvea masa optereene prikolice iznad
10.000 kg.
Pored ovih podjela postoje i druge vrste podjela, kao npr.
- vozila sa dva i tri toka i
- vozila sa etiri i više tokova.
Motorna vozila sa dva i tri toka mogu se podijeliti na:
- motorne dvokolice (hodna zapremina 30 ÷ 50 cm3, brzina 20 ÷ 40 km/h),
- mopede (hodna zapremina do 50 cm3, max. brzina do 60 km/h),
- skuteri (hodna zapremina do 175 cm3, mjenja 2 ÷ 4 stepena, max. brzina 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 i
- laka vozila na tri toka za prevoz tereta (do 850 kg) ili prevoz putnika (2 ÷ 6
osoba).
Motorna vozila sa etiri i više tokova, mogu se podijeliti na:
- putnike automobile,
- autobuse,
- kombi vozila,
- teretna vozila,
- specijalna vozila itd.
Ispravno izvršena klasifikacija i tipizacija vozila omoguava uspješno obavljanje
tipizacije itavog niza sklopova i elemenata, kao i vozila u cjelini. Ovo se sve svodi
na standardizaciju elemenata, sklopova, sistema, pa i itavih vozila, što ima vrlo
važno mjesto u proizvodnji motornih vozila u svijetu.
1. Uvod
8
1.5
Osnovni sistemi cestovnog motornog vozila
Neovisno od namjene i konstruktivne izvedbe na cestovnim motornim vozilima se
obavezno nalaze slijedei glavni sistemi i agregati:
- motor sa unutarnjim izgaranjem (pogonski agregat),
- sistem prenosa snage (transmisija), koji se sastoji od: spojnice, mjenjaa,
kardana, glavnog prenosa, diferencijala i poluosovina,
- nosea konstrukcija (ram / šasija) ili samonosea konstrukcija, naješe kod
putnikih vozila i autobusa,
- sistem kretaa (tokovi, gusjenice),
- sistem elastinog oslanjanja (elastini elementi, amortizeri, stabilizatori i
pneumatici),
- sistem upravljanja i
- sistem koenja.
Pored ovih osnovnih sistema na vozilu se mogu nalaziti i drugi sistemi, zavisno od
vrste i namjene vozila:
- karoserija ili nadgradnja,
- sistem za podmazivanje,
- sistem za klimatizaciju (grijanje, ventilacija, hlaenje),
- sistem elektroopreme i
- specijalni ureaji (ureaj za samoistovar, auto dizalica za utovar, ureaj za
samoizvlaenje vozila, oprema za prevoz specijalnih tereta) itd.
Zbog boljeg uvida u razmještaj agregata i sistema na vozilu, u nastavku se daju slike
glavnih sklopova i elemenata za jedno putniko vozilo, sa pogonom na sva etri
toka (slika 1.5) i jedno teretno vozilo (slika 1.6) sa motorom naprijed i pogonom
pozadi.
Primjeri dati na slikama 1.5 i 1.6 predstavljaju dva karakteristina vozila sa
smještajem motora na prednjoj strani, a pogon je na zadnjim tokovima. Pored
ovih, ima i drugih kombinacija razmještaja glavnih sklopova kod vozila, kao npr.
- motor naprijed, pogon naprijed,
- motor pozadi, pogon pozadi itd.
O detaljima razliite raspodjele agregata u vozilima bie govora kasnije.
1.5 Osnovni sistemi cestovnog motornog vozila
9
1 - motor, 2 - spojnica, 3 - mjenja, 4 - razvodnik, 5 - kardan, 6 - kardan, 7 - glavni prenos sa
diferencijalom (zadnji), 8 - glavni prenos sa diferencijalom (prednji), 9 - toak, 10 - elastini element
sa amortizerom, 11 - poluosovina (kardan) na prednjem dijelu, 12 - poluosovina (kardan) na
zadnjem dijelu, 13 - centralna procesorska jedinica, 14 - karoserija
Sl. 1.5 Glavni sklopovi i karakteristini elementi putnikog vozila sa pogonom na etiri
toka
1 - motor, 2 - spojnica, 3 - mjenja, 4 - kardansko vratilo, 5 - glavni prenos i diferencijal,
6 - ram (šasija), 7 - elastini element (lisnati gibanj), 8 - toak
Sl. 1.6 Glavni sklopovi i karakteristini elementi teretnog vozila
10
11
2. MOTORI SA UNUTARNJIM IZGARANJEM
2.1 Kratak historijat motora sui
Prvi motor sa unutarnjim izgaranjem, koji je bio namijenjen vršenju mehanikog
rada za potrebe industrije, izumio je Hautefeuille 1678. god. Idejna skica ovog
motora data je na slici 2.1. Naprava je bila namijenjena za izbacivanje vode iz
rudnika. Gasovi, koji nastaju izgaranjem baruta u komori A, otvaraju klapnu prema
komori B i iz nje potiskuju vodu preko
komore C u potisni vod. Nakon
hlaenja gasova u komori B nastao bi
potpritisak, što omoguava da se iz
usisne cijevi D, pod dejstvom
atmosferskog pritiska, dovede nova
koliina vode.
Christian Huyghens je 1680. god.
predložio da se prethodni princip
upotrijebi u cilindru u kome bi se
Sl. 2.1 Idejna skica Hautefeuille-ovog motora pritisak koristio za pokretanje klipa. U
komori ispod klipa izgarao je barut.
Ekspanzijom izduvnih gasova klip se
kretao nagore, izbacujui vodu iz komore iznad klipa. Hlaenjem komore ispod
klipa, a pod dejstvom atmosferskog pritiska, klip se vraa u unutarnju mrtvu taku
uz pripremu za novi ciklus.
Papen 1688. god. u ovakvu radnu mašinu uvodi ventile, odnosno razvodni
mehanizam i istovremeno uvodi paru u cilindar, ime postiže znaajan uspjeh.
Sljedbenici Papena (Savery, Newcomen i dr.) rade na usavršavanju ovakve mašine,
kako bi se zadovoljile ondašnje potrebe (uglavnom crpljenje vode iz rudnika). U
toku XIX stoljea susree se itav niz patenata motora sui – 1794. god. Robert
Street – pogon na katransko i terpentinsko ulje, paljeno na pola hoda klipa
plamenom, koji je stalno gorio; 1801. god. Lebon – gasni motor dvostrukog dejstva,
pogon svjetleim gasom, paljenje elektrino; 1816. god. Stirling patentira motor u
ije se cilindre uvodi vreli zrak (motor sa spoljašnjim izgaranjem) koji i danas
predstavlja znaajnu ideju i pronalazak; 1823. god. Samuel Brown – atmosferski
motor pogonjen „svijetleim gasom“, prvi je poeo hladiti cilindar vodom; 1838. god.
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
12
William Barnett patentira motor sa dvostrukim sabijanjem smješe (prvo sabijanje
pomou posebne pumpe, a drugo u samom cilindru) i paljenje u spoljnoj mrtvoj taki
pomou užarene trake. Ovaj motor je prvi u generaciji motora kod koga se gorivi
medij sabija, a potom pali.
Svi do sada navedeni motori nisu našli praktinu primjenu, ali pokazuju kako se
postepeno pripremala i sazrijevala ideja o praktinoj primjeni motora sa unutarnjim
izgaranjem.
Tek 1860. god. francuski mehaniar Jean Joseph Etienne Lenoir (Žan Žozef Etien
Lenoar) patentirao je motor na gasni pogon, koji je izraen i izvjesno vrijeme radio.
Motor je bio dvostrukog dejstva, bez kompresije, a po konstrukciji podsjeao je na
horizontalnu parnu mašinu onog doba (slika 2.2).
p
2
+
3
0
-
p0
1
hod klipa
a)
V
b)
0 – 1 - usisavanje smješe; 1 - trenutak paljenja; 1 – 2 - proces izgaranja;
2 – 3 - ekspanzija; 3 - otvaranje izduvnog ventila; 3 – 0 - izbacivanje produkata izgaranja
Sl. 2.2 Skica Lenoir-ovog motora a) i odgovarajui indikatorski dijagram b)
Na polovini hoda smiješa je upaljena elektrinom varnicom, uslijed ega je pritisak u
cilindru rastao i dalje potiskivao klip. U povratnom hodu vršio je izbacivanje
produkta izgaranja kroz izduvne kanale. Promjena pritiska u cilindru motora najbolje
se vidi na p-V dijagramu slika 2.2 b). Ovaj motor postizao je stepen efikasnosti
Ke = 4,2 %, što je u odnosu na tadašnju parnu mašinu (2 %) predstavljalo povoljnu
ekonominost. Glavni problem ovih motora bio je vezan za veliko termiko
naprezanje nesavršenih razvodnih šibera, uslijed ega je esto dolazilo do kvarova.
1862. god. francuski inženjer Bean de Rochas (Bo d' Roš) teoretski je opisao nain
rada etverotaktnog motora, koji odgovara današnjim etvorotaktnim motorima.
1867. god. na drugoj svjetskoj izložbi u Parizu, njemaka fabrika N.A. Otto - Cie
izložila je svoj dvotaktni atmosferski vodom hlaeni motor, sa jednostrukim
dejstvom, specijalne konstrukcije pogonjen gasom (slika 2.3). Klip (1) vezan je za
zupastu polugu (2), koja je drugim krajem uzupena sa zupanikom (3) na vratilu (4).
Zupanik se pri kretanju poluge naviše, sem u poetnom dijelu hoda klipa, slobodno
okretao oko vratila, a pri kretanju naniže mehanizam sa kuglicama (5) obezbjeivao je
vezu zupanika i vratila. U poetnom dijelu hoda naviše (oko 1/12 hoda klipa) preko
2.1 Kratak historijat motora sui
13
3
3
5
V
p0
4
2
1
a)
1 - klip, 2 - zupasta poluga, 3 - zupanik,
4 - vratilo, 5 - mehanizam sa kuglicama,
6 - zasun
0
p
-
1
2
+
4
6
b)
0 – 1 usisavanje smješe, 1 - trenutak paljenja,
1 – 2 izgaranje, 2 – 3 ekspanzija,
3 – 4 kompresija,
4 – 0 izbasivanje produkta izgaranja
Sl. 2.3 Skica atmosferskog motora N.A. Otto (a) sa indikatorskim dijagramom (b)
specijalnog razvodnog zasuna (6) u cilindar je ulazila smješa svijetleeg gasa i zraka,
palila se plamenom, a nastali produkti izgaranja su potiskivali klip naviše. Ovaj
motor postizao je efektivni stepen iskorištenja Ke = 15,6 %, što je za, ono vrijeme,
bila jako visoka vrijednost. Glavni nedostatak bilo mu je rješenje prenosnog
mehanizma koji je pretvarao pravolinijsko u kružno kretanje, koje je bilo vrlo
komplicirano i stvaralo veliku buku.
Zbog svojih nedostataka, iako ekonomian, ovaj motor napušten je i zamijenjen
novim, koji je ista fabrika ali pod nazivom “Gasmotorenfabrik – Deutz”, izložila na
III svjetskoj izložbi u Parizu 1878. godine. Ovaj motor bio je etverotaktni gasni
motor, jednostrukog dejstva, sa sabijanjem smješe prije paljenja, a prenos kretanja
vršio se preko mehanizma sa koljenastim vratilom. Konstrukcija ovog motora sa
odgovarajuim indikatorskim dijagramom pokazana je na slici 2.4. Kako po
osnovnim dijelovima konstrukcije, tako i po indikatorskom dijagramu, motor je
slian današnjim oto motorima. Konstruktor ova dva posljednja motora bio je
Nikolaus August Otto. Po njemu takvi motori nose naziv oto motori.
Prve pokušaje ostvarenja dvotaktnog motora sa prethodnim sabijanjem radne
smješe vršio je engleski inženjer Douglad Klerk 1878. god. dok realizacija prvog
dvotaktnog motora pripada Hanoverskoj fabrici “Witting & Hess” 1880. god. Vrlo
brzo poslije ovoga pojavljuju se razliite konstruktivne varijante dvotaktnih motora
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
14
3
p
2
4
0
p0
1
Vc
Vh
V
0-1 - usisavanje
1-2 - sabijanje
2 - trenutak zapaljenja
2-3 - izgaranje
3-4 - širenje (ekspanzija)
4-0 - izduvavanje
Sl. 2.4 Shema etverotaktnog gasnog motora iz 1878. godine sa odgovarajuim
indikatorskim dijagramom (p-V)
Klipni kompresor
(ležei motori sa prelivnim i izlaznim ventilima, a korištenjem motorske kuice za
prethodno sabijanje smješe, umjesto ventila uvode se kanali za izmjenu radne
materije, uvodi se jednosmjerni sistem ispiranja, uvodi se teno gorivo umjesto
gasovitog itd.)
Kod do sada pomenutih motora proces izgaranja odvijao se pri skoro konstantnoj
zapremini radnog prostora. Meutim, težnja je bila da se proces u motoru približi
Carnot-ovom ciklusu, tj. da se izgaranje odvija pri izotermskom procesu. Kako je
bilo teško ostvariti ovaj proces, težilo se
ka izgaranju pri konstantnom pritisku.
Zrak (100 bar)
Petroleum
Ideja da se proces izgaranja odvija pri
Produkti
konstantnom pritisku potjee od
Zrak
izgaranja
Simens-a (1860. god.). Pokušaji
realizacije ovakvog motora su u
Engleskoj (motor “Eclypse”, 1878.
god.), motor amerikog pronalazaa
Brayton-a (1872.) itd.
Nezavisno o prethodnim rješenjima,
Rudolf Diesel 1892. i 1893. god.
patentira
ideju
o
visokom
komprimovanju
istog
zraka
i
naknadnom ubrizgavanju goriva. Prvi
ovakav motor izraen je 1897. godine.
Ubacivanje goriva u cilindar motora
vršeno je zrakom sabijenim na oko 100
bar pomou klipnog kompresora, koji
je bio ugraen u motoru (slika 2.5).
Sl. 2.5 Shema dizel motora sa
kompresorom iz 1897. godine
2.1 Kratak historijat motora sui
15
Ve 1901. godine Diesel-ov motor je siguran u radu i mnogo se traži. Ovi motori, zbog
pomenutog kompresora, dobili su naziv dizel motori sa kompresorom. Zbog težine i
gabarita kompresora i odgovarajue boce za komprimirani zrak, ovi motori imali su velike
gabarite i težinu. Tek je 1910. god. Englezu Jamesu Mc Kechnieu (Džems Mak Keni)
uspjelo ubrizgavanje goriva mehanikim putem, pomou pumpe za ubrizgavanje, koja je
gorivo potiskivala u cilindar pod visokim pritiskom (150 ÷ 300 bar). Tako se došlo do dizel
motora bez kompresora, koji su u daljoj evoluciji sve više usavršavani. Zatim dolazi do
pojave komornih motora (pretkomora, vihorna komora, komora povratnog dejstva …) što
je omoguilo poveanje brzohodnosti, smanjenje težine, gabarita i buke pri radu. Tako se
izloženim putem razvoja došlo do toga da se danas grade slijedee vrste motora:
- oto motori (gasni i benzinski), ija je glavna odlika paljenje smješe
elektrinom varnicom,
- dizel motori, gdje se paljenje zasniva na principu samopaljenja.
I oto i dizel motori mogu se izvoditi kao dvotaktni ili kao etverotaktni.
Dosadašnje izlaganje odnosilo se na razvoj klipnih motora, sa unutarnjim
izgaranjem. Vrlo rano poele su se javljati i ideje o ostvarenju rotacionog motora s
unutarnjim izgaranjem. Tako je 1791. god. John Barber patentirao rotacioni motor
sa unutarnjim izgaranjem, tj. gasnu turbinu. Tek 1903. i 1904. god. inženjeri
Armengaud i Lemale vršili su u Parizu opite u cilju ostvarenja gasne turbine. Glavni
problem predstavljale su visoke temperature radnog fluida, koje nije mogao da
podnese materijal koji je u to vrijeme korišten.
Švicarac Büchi je svojim patentima iz 1905. i 1925. godine omoguio razvoj gasne
turbine pogonjene produktima izgaranja, odnosno postavio temelje današnjim
turbokompresorima. Ovakvi sistemi danas se masovno koriste za natpunjene motore.
Gasne turbine danas se sve više primjenjuju kao stacionarna postrojenja, za pogon
brodova, lokomotiva itd., a naroito široku primjenu našle su kod turbomlaznih
motora. Felix Wankel (Feliks Vankel) 1954. god. patentirao je etvorotaktni
rotacioni motor, po kome i danas nosi naziv Wankelov motor.
2.2 Definicija motora sui
Stroj koji preobražava bilo koji vid energije u mehaniku energiju naziva se motor.
Da bi bio upotrebljiv, motor mora vršiti pretvaranje energije iz jednog vida u drugi
automatski, pouzdano i ekonomino. Zavisno od vida polazne energije motori
mogu biti: toplotni, elektrini, hidrauliki itd.
Motori sa unutarnjim izgaranjem (motori sui) spadaju u grupu toplotnih motora, jer
se toplotna energija sadržana u gorivu, posredstvom izgaranja pretvara u
potencijalnu energiju radnog fluida, a zatim putem ekspanzije radnog fluida u
korisnu mehaniku energiju.
Pretvaranje hemijske energije, sadržane u gorivu, posredstvom izgaranja u
potencijalnu energiju radnog fluida, mogue je izvesti ili u samom motoru ili van
njega. Prema tome, postoje dvije grupe toplotnih motora prema mjestu pretvaranja
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
16
hemijske energije u toplotnu i to:
- motori sa spoljnjim izgaranjem (motori ssi),
- motori sa unutarnjim izgaranjem (motori sui).
Kod motora ssi izgaranje goriva i predaja toplote radnom mediju (vodi, pari, zraku),
vrši se u posebnom ureaju (parni kotao, zagrija zraka …), ime se poveava
energetski potencijal radne materije (izražen preko pritiska i temperature). Ovako
energetski obogaen radni fluid dovodi se u motor, gdje se ova energija djelomino
pretvara u mehaniki rad. Na slici 2.6 data je shema postrojenja jednog parnog
motora.
7
6
II
3
I
5
8
III
9
4
1
2
10
I – parna klipna mašina; II – postrojenje parnog kotla; III – kondenzaciono postrojenje
1 – ložište; 2 – produkti izgaranja; 3 – pregrija pare; 4 – rezervoar napojne vode;
5 – napojna pumpa; 6 – parovod; 7 – parni motor; 8 – pumpa za rashladnu vodu
kondenzatora 9 – kondenzator; 10 – vakum pumpa
Sl. 2.6 Shema postrojenja toplotnog motora ssi (parni motor)
Uporeujui motor ssi (slika 2.6) sa motorom sui, može se odmah primijetiti da je
motor sui daleko kompaktnije gradnje.
Prema transformaciji potencijalne energije u mehaniku, bilo da se radi o motorima
sui ili motorima ssi, postoje dva principijelno razliita naina:
- ponavljanje niza uzastopnih laganih širenja odreenih koliina radnog medija u
specijalnom radnom prostoru, koji može mijenjati zapreminu u odreenim
granicama. Širenje radnog medija u odreenim prostorima, uz savladavanje
otpora, vrši pretvaranje potencijalne u mehaniku energiju. U ovu grupu
ubrajaju se klipni motori sui, klipne parne mašine i stirling motori. Zajedniki
2.2 Definicija motora sui
-
17
naziv za ovu grupu motora je cikline mašine, zbog toga što se procesi u
motorima odvijaju ciklino.
pretvaranje potencijalne energije u kinetiku energiju mlaza putem usmjerenog
strujanja u specijalno profiliranim mlaznicama. Za savladavanje otpora koristi se
princip akcionog i reakcionog dejstva mlaza. Ovdje se ubrajaju turbinski motori
(parne i gasne turbine) i mlazni motori. Ovi motori imaju zajedniki naziv
protone mašine, zbog toga što se procesi u motorima odvijaju kontinualno.
U ovoj knjizi e biti razmatrani klipni motori sa unutarnjim izgaranjem. Uobiajeno
je da se pod nazivom motori sui podrazumjevaju klipni motori sui.
2.3 Prednosti i nedostaci motora sui
Da bi se istakle prednosti i nedostaci motora sui, oni se obino uporeuju sa
motorima ssi.
Osnovne prednosti motora sui:
- visoka ekonominost (velike vrijednosti efektivnog stepena korisnosti
motora – ove vrijednosti idu i preko 45%),
- mala specifina masa (kg/kW), odnosno visoka specifina snaga (kW/kg),
- kompaktna gradnja (mala vrijednost boks zapremine motora po snazi – m3/kW),
- brzo su spremni za rad nakon startovanja ,
- koriste gorivo velikog energetskog potencijala (kJ/kg) i
- troše gorivo samo dok rade.
Nedostaci motora sui su:
- zavisnost od kvaliteta goriva. Koriste gorivo tano propisanih osobina.
Danas se rade i motori, koji mogu zadovoljiti širi spektar kvaliteta goriva,
- nesamostalan start – moraju imati strani pokreta za startovanje motora
(elektropokreta, runo pokretanje, pokretanje komprimiranim zrakom itd.),
- ne može se mnogo preopteretiti,
- komplicirana gradnja (složena konstrukcija sa dosta pomonih ureaja),
- zahtijeva veu strunost osoblja za opsluživanje i rukovanje i
- ima loše ekološke karakteristike (zagaujue materije, buka). Ove
karakteristike su danas postale dominantan parametar u ocjeni kvaliteta
motora.
2.4 Podjela motora sui
Vrlo široko polje primjene motora sui uslovilo je svojim raznovrsnim zahtjevima i
veliki broj vrlo razliitih tipova i konstrukcija motora sui. Zbog toga se u nastavku
daje podjela motora sui prema nekim od osnovnih kriterija.
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
18
a) Prema namjeni motora:
- motori za transportne svrhe (automobilski, brodski, traktorski, lokomotivski,
zrakoplovni …),
- stacionarni motori (pogon u elektranama, pumpnim i kompresorskim
stanicama itd.) i
- motori za sportska i trkaa kola i motocikle.
b) Prema vrsti goriva:
- motori na laka tena goriva (benzin, benzol, kerozin …),
- motori na teška tena goriva ( dizel gorivo, mazut, ulje za loženje),
- motori na plinovita goriva (prirodni plin, propan-butan …),
- motori na miješana goriva–osnovno gorivo je plinovito, a za paljenje se
koristi teno gorivo (dual-fuel engine) i
- višegorivi motori (koriste laka i teška tena goriva).
c) Prema nainu stvaranja smješe:
- motori sa spoljašnjim stvaranjem smješe. Smješa se priprema prije ulaska u
cilindar motora (tipian predstavnik oto motor) i
- motori sa unutarnjim stvaranjem smješe. Gorivo i zrak dovode se odvojeno
u cilindar, gdje se vrši miješanje (tipian predstavnik dizel motor).
d) Prema nainu paljenja smješe:
- motori sa prinudnim paljenjem smješe sa elektrinom varnicom (oto motori),
- motori sa samopaljenjem smješe (dizel motori),
- motori sa paljenjem plinovitog goriva sa malom koliinom tenog goriva i
- motori sa prinudnim paljenjem bogate smješe u pretkomori.
e) Prema ostvarenju radnog ciklusa:
Zbog lakšeg praenja daljih objašnjenja, ovdje e biti prikazana skica motornog
mehanizma sa svim glavnim dijelovima i oznakama (slika 2.7). Radni prostor
motora formiran je od cilindra (4), koji je sa jedne strane zatvoren cilindarskom
glavom (5), a sa druge strane pomjerljivim klipom (1). Radni prostor sastoji se od:
Vc – kompresione zapremine i
Vh – hodne (radne) zapremine,
gdje se hodna zapremina rauna kao:
Vh
D2S
skl
4
.
(2.1)
2.4 Podjela motora sui
5
8
4
1
2
l
b
D
9
19
3 6
7
A
a
r
B
sa
Vmin Vc
Vh (skl)
Vmax =Vc +Vh
SMT
UMT
1 - klip; 2 - klipnjaa; 3 - koljeno radilice; 4 - cilindar; 5 - cilindarska glava; 6 - karter
(donji dio motorske kuice); 7 - gornji dio motorne kuice; 8 - usisni ventil; 9 - izduvni ventil
Sl. 2.7 Skica glavnog motornog mehanizma klipnog motora sa pravolinijskim
oscilatornim kretanjem klipa
Za hod klipa vezan je i pojam takt odnosno taktnost motora.
Pri radu motora, zapremina prostora iznad klipa se mijenja od minimalne (Vmin)
do maksimalne vrijednosti (Vmax), pomou ega se definira jedan vrlo važan
parametar motora, tzv. stepen kompresije ( H ):
H
Vmax
Vmin
Vh Vc
Vc
1
Vh
Vc
,
(2.2)
Oznake: SMT - spoljna mrtva taka i UMT unutarnja mrtva taka, definiraju
krajnje položaje klipa u toku njegovog kretanja.
Prema ostvarenju radnog ciklusa motori se dijele na:
- etvorotaktne motore, gdje se radni ciklus obavi za etiri hoda klipa, ili dva
puna obrtaja radilice motora i
- dvotaktne motore, gdje se radni ciklus obavi za dva hoda klipa ili jedan
puni obrtaj koljenastog vratila (radilice).
Objašnjenje pojedinih taktova za etverotaktni i dvotaktni motor najbolje se
može vidjeti na slici 2.8, gdje su dati slikovito pojedini taktovi i p - V dijagrami
za etvorotaktni motor i dvotaktni motor sa poprenim ispiranjem.
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
20
etvorotaktni motor
a) - p - V dijagram
b) - takt usisavanja
c) - takt sabijanja
d) - takt širenja
e) - takt izduvavanja
dvotaktni motor
f) - p - V - dijagram
g) - punjenje i ispiranje
h) - sabijanje
i) - širenje
j) - izduvavanje i poetak
punjenje
takt I
takt II
Sl. 2.8 Taktovi radnog ciklusa etvorotaktnog i dvotaktnog motora
f)
Prema nainu regulacije:
- motori sa kvalitativnom regulacijom (kontrolira se dobava goriva) - tipian
predstavnik dizel motor i
- motori sa kvantitativnom (koliinskom) regulacijom, gdje se kontrolira dobava
mješavine gorivo-zrak - tipian predstavnik oto motor sa karburatorom
(rasplinjaem) i oto motor sa ubrizgavanjem goriva u usisni kanal.
2.4 Podjela motora sui
21
g) Prema brzohodosti motori se dijele na:
- sporohode sa cm < 6,5 m/s,
- srednje brzohode sa 6,5 m/s < cm < 10 m/s i
- brzohode motore sa cm > 10 m/s.
gdje je:
cm
2 s kl n ,
(2.3)
cm – srednja brzina klipa,
n – broj obrtaja radilice motora.
h) Prema odnosu hoda i prenika klipa (skl/D) motori mogu biti:
- kratkohodi skl/D 1 i
- dugohodi skl/D > 1.
i)
Prema nainu punjenja motori se dijele na:
- usisne motor, gdje se usisavanje zraka u motor vrši prirodnim putem na osnovu
razlike pritiska u okolini i u radnom prostoru koja nastaje kretanjem klipa i
- natpunjene motore, gdje se zrak prethodno sabije i kao takav dovodi u cilindar.
Zrak se sabije u kompresoru, koji može biti pogonjen od motora ili pogonjen od
turbine, koju pokreu izduvni gasovi svojom ekspanzijom (tzv. turbokompresor).
j)
Prema nainu hlaenja postoje:
- motori hlaeni tenošu i
- motori hlaeni zrakom.
k) Prema nainu izvoenja motornog mehanizma
- motori sa krivajnim motornim mehanizmom prikazanim na slici 2.7 i
- motori sa ukrsnom glavom (slika 2.9). Motori kod kojih se radni ciklus
obavlja sa obje strane klipa (motori dvostrukog dejstva) moraju imati
zatvorenu cilindarsku košuljicu sa obje strane i ukrsnu glavu (slika 2.9).
5
4
1
6
8
7
2
3
a
1 – klip; 2 – klipnjaa; 3 – koljeno radilice; 4 – cilindarska košuljica; 5 – gornja cilindarska
glava; 6 – klipna poluga; 7 – ukrsna glava; 8 – donja cilindarska glava
Sl. 2.9 Skica motornog mehanizma sa ukrsnom glavom
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
22
Uloga ukrsne glave je osim ostvarenja pravilne kinematike klipne poluge i
rastereenje cilindarske košuljice od normalnih sila.
l)
Prema konstruktivnom nainu izvoenja sistema razvoenja radne materije
postoje:
- motori sa ventilskim razvodom (slika 2.7),
- motori sa zasunskim razvodom i
- motori sa kombiniranim ventilsko-zasunskim razvodom.
Kod etverotaktnih motora uvijek je ventilski razvod, a kod dvotaktnih zasunski ili
kombinacija zasunsko-ventilskog razvoda.
m) Prema broju, položaju i rasporedu cilindara motori se dijele na:
1. Prema broju cilindara na:
- jednocilindrine i
- višecilindrine.
2. Prema položaju cilindara:
- vertikalni stojei motori (slika 2.10 a)),
- vertikalni visei motori (slika 2.10 b)),
- horizontalni (ležei) motori (slika 2.10 c)) i
- kosi motor (slika 2.10 d)).
gm
a)
b)
c)
d)
Sl. 2.10 Skica vertikalnog stojeeg (a), vertikalnog viseeg (b), horizontalnog c) i kosog d) motora
3. Prema meusobnom rasporedu cilindara motori se dijele na:
- redni (linijski) motori (slika 2.10 a)),
- V motori (slika 2.11 a)),
- W motor (slika 2.11 b)),
- zvijezda motori (slika 2.11 c)),
- bokser motori (slika 2.11 d)),
- H motori (slika 2.11 e)),
2.4 Podjela motora sui
23
- X motori (slika 2.11 f)),
- linijski dvoklipni motori (slika 2.11 g)),
- motori (slika 2.11 h)), itd.
b)
a)
d)
c)
e)
g)
f)
h)
a) V motor; b) W motor; c) zvijezda motor; d) bokser motor; e) H motor;
f) X motor; g) dvoklipni linijski motor; h) motor
Sl. 2.11 Skice motora sa razliitim rasporedom cilindara
4. Prema rasporedu klipova motori se dijele na:
- jednoklipne (slika 2.7) i
- protuklipne (slika 2.11 g)).
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
24
5. Prema djelovanju radnog fluida na klip postoje:
- motori jednostrukog dejstva (slika 2.7) i
- motori dvostrukog dejstva (slika 2.9).
6. Prema kretanju klipa motori se dijele na:
- motore sa translatornim kretanjem klipa
- motore sa rotacionim kretanjem klipa (karakteristian primjer Wankel-ov
motor – slika 2.12)
8
9
6
1
5
2
10
A1
A2
3
C2
C1
B1
B2
4
7
1 - cilindarska košuljica; 2 - klip; 3 - vratilo; 4 - klizni ležaj; 5 - nepokretni zupanik; 6 - zupanik
sa unutarnjim zubima (na klipu); 7 - svjeica; 8 - usisni kanal; 9 - izduvni kanal; 10 - udubljenje na
klipu; A1, B1, C1, A2, B2, C2 - mjesta zaptivanja klip-cilindar
Sl. 2.12 Skica klipnog rotacionog motora (sistem Wankel) sa dva karakteristina položaja klipa
n) Klipni motori sa specijalnim izvoenjem mehanizma prenosa snage.
Postoji vei broj rješenja sa specifinim mehanizmom prenosa snage. U nastavku
su nabrojana samo neka rješenja:
- motor sa slobodnim klipovima,
- motor bez klipnjae. Ima najmanje dva cilindra, ije su ose pod 90° ili pod
nekim drugim uglom,
- Stirling motor (motor ssi). Prikazan je ovdje kao jedna specijalna konstruktivna
izvedba (slika 2.13). Osnovni elementi i princip rada stirling motora vidi se na
slici 2.13. Ovaj motor ima više praktinih izvedbi.
2.4 Podjela motora sui
25
II
I
Q1
Q2
III
IV
1
10
2
3
11
4
9
6
8
7
5
1,3 - klipovi; 2 - poluga; 4 - ram; 5 - jaram; 6,7 - klipnjae; 8 - koljenasto vratilo;
9 - zupanici; 10 - regenerator; 11 - klipna poluga
I - sabijeni gas se nalazi u hladnoj komori (prostor ispod klipa 1)
II - kretanjem klipa (3) gas se sabija izotermski
III - kretanje klipa (1) naniže gas se prebacuje preko sistema regeneratora (10) i
zagrijaa u vrelu komoru (prostor iznad klipa)
IV - pri kretanju oba klipa naniže, vrši se izotermska ekspanzija gasa primajui u
zagrijau toplotu Q1
Sl. 2.13 Skica motora sa spoljnim izgaranjem (stirling motor)
Dosta je kompliciran i zato nema širu upotrebu. Posebno mu se naglašava
pogodnost vanjskog kontroliranog izgaranja i niske emisije zagaujuih komponenti
u izduvu.
2.5 Glavni dijelovi motora sui
Glavni dijelovi motora sui, koji neposredno i posredno uestvuju u formiranju
radnog prostora, dijele se na:
- pokretne i
- nepokretne dijelove
Na slici 2.14 prikazani su glavni dijelovi motora sui.
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
26
1
2
7
3
8
4
13
9
5
6
11
10
14
12
1 - poklopac motora; 2 - glava motora; 3 - vijci za vezanje glave i bloka motora; 4 - blok motora
sa gornjim dijelom motorske kuice; 5 - poklopac - gnijezdo ležaja radilice; 6 - donji dio
motorske kuice (karter); 7 - zaptivka izmeu bloka i glave motora; 8 - klipna grupa; 9 - klipnjaa;
10 - koljenasto vratilo (radilica); 11 - kontrateg; 12- velika pesnica klipnjae; 13 - zamajac sa
zupastim vijencem; 14 - zupanik za pogon razvodnog mehanizma
Sl. 2.14 Glavni dijelovi motora
Prethodne grupe dijelova sainjavaju:
a) Pokretni dijelovi:
- klipna grupa (klip, klipni prstenovi, osovinica i osigurai) (8),
- klipnjaa (9) sa velikom pesnicom (12) i kliznim ležajevima u maloj i velikoj
pesnici klipnjae i
- koljensto vratilo (radilica) (10) sa kontrategovima (11), zamajcem sa
zupastim vijencem (13) i zupanikom za pogon razvodnog mehanizma (14).
b) Nepokretni dijelovi:
- poklopac cilindarske glave (1),
- cilindarska glava (2) sa zavrtnjevima (3) za njeno privršenje za blok,
- blok motora (4),
- zaptivka izmeu bloka i glave motora (7),
- donja polutka gnijezda glavnog ležaja (5) (poklopac) i
- korito motora (karter) (6).
U nastavku e biti date osnove informacije o glavnim dijelovima motora.
2.5 Glavni dijelovi motora sui
27
2.5.1 Pokretni dijelovi motora
Pokretni dijelovi su prikazani na slici 2.14 (pozicije: 8, 9, 10, 11, 12, 13 i 14), a na
slici 2.15 dati su djelovi krivajnog mehanizma bez radilice i njoj pripadajuih
elemenata.
7
4
2
1
5
6
3
8
9
10
11
1 - osigura; 2 - osovinica;
3 - klizni ležaj u maloj pesnici klipnjae;
4, 5 - kompresioni klipni prstenovi (karike);
6 - uljni klipni prsten (karika); 7 - klip;
8 - klipnjaa; 9 - osigura;
10 - zavrtanj;
11 - klizni dvodijelni ležaj u velikoj pesnici;
12 - poklopac velike pesnice,
13 - mala pesnica klipnjae
12
Sl. 2.15 Pokretni dijelovi motora (klipna grupa i klipnjaa)
Klip
Osnovni zadaci klipa su:
- da prenosi sile gasova na radilicu motora,
- da uestvuje u kružnom procesu motora, a kod dvotaktnih motora da
uestvuje i u izmjeni radne materije,
- da istovremeno prihvata velike promjene pritiska i temperature,
- da pomaže pri zaptivanju radnog prostora,
- kod manjih i srednjih motora da ima ulogu ukrsne glave,
- da prima inercione sile od karika,
- da vrši odvoenje odreene koliine toplote da se ne bi prekoraila najvea
dozvoljena temperatura dijelova klipa,
- da ima habanje u razumnim granicama i
- da se pomou njega utjee na smanjenje specifine potrošnje goriva i
smanjenje emisije zagaujuih materijala u produktima izgaranja.
Klipovi se izrauju naješe od legura aluminija. To su u prvom redu legure:
- Al Si 25 Cu Ni
- Al Si 21 Cu Ni
- Al Si 18 Cu Ni
28
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
- Al Si 12 Cu Ni
koje pored osnovnog elementa aluminija (Al) sadrže silicij (Si), bakar (Cu) i nikl (Ni).
Pored legura Al, za klipove se koriste i sivo liveno gvože i nodularni sivi liv.
Osnovne prednosti legura Al su:
- male inercione sile i
- dobar prenos toplote.
Loše strane legura Al su:
- veliki koeficijent toplotnog širenja i
- opadanje mehanikih osobina sa porastom temperature.
Zbog toga je vrlo važno poznavati raspored temperatura po konturi klipa. Gruba
slika rasporeda temperatura na klipu, vidi se na slici 2.16, gdje je na desnoj polovini
slike prikazan klip oto motora, a na lijevoj polovini klip dizel motora. Punim
linijama je prikazano temperaturno polje klipova od Al-legura, a crtkanim linijama
je prikazano temperaturno polje klipova od sivog liva. Pored važnosti temperatura
klipa za mehanike osobine materijala, one su važne i zbog:
- termikog naprezanja,
- zazora u sklopu klip-karika-košuljica i
- koksovanja ulja u zoni gornjeg pojasa klipa i žlijeba prve i druge kompresione
karike.
- polje temperatura za klip od Al - legure
- polje temperatura za klip od sivog liva
Sl. 2.16 Raspored temperatura na klipovima oto i dizel motora
U cilju održavanja nivoa temperatura na klipu, vrlo esto se uvodi i dodatno
hlaenje klipa prskanjem ulja (slika 2.17). Na slici 2.17 a) prikazano je konstruktivno
rješenje za dodatno prskanje ulja sa unutarnje strane ela klipa, a na slici 2.17 b1)
2.5 Glavni dijelovi motora sui
29
i b2) konstruktivno rješenje za prskanje ulja sa njegovim zadržavanjem na klipu.
Pored ovih rješenja, klipovi se rade i kao dvodijelni, slika 2.18 a) i b), gdje je gornji dio
klipa od vatrootpornog elika, a donji od legure Al, a na slici 2.18 c), termiki
najoptereeniji dio klipa obložen je keramikom, koja služi kao odlian toplotni izolator.
a)
b1)
b2)
Sl. 2.17 Razliite varijante dodatnog hlaenja klipa
a)
b)
c)
Sl. 2.18 Dvodijelni klip a) i b) i klip sa keramikim umetkom c)
Osovinica klipa
Osnovni zadatak osovinice klipa je da ostvari zglobnu vezu klipa s klipnjaom.
Naješe se koriste tzv. plivajue osovinice, koje slobodno plivaju u maloj pesnici
klipnjae i ušicama klipa. Postoje i druge konstruktivne varijante, koje e biti
prikazane u dijelu gdje se razmatra klipnjaa. Oblici osovinice klipa prikazani su na
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
30
slici 2.19. Na slici 2.19 a) dat je oblik, koji se naješe koristi kod etvorotaktnih
motora a na slici 2.19 b) je prikazana osovinica za dvotaktne motore. Zbog smanjenja
mase, a zadržavanja krutosti susreu se i osovinice kao na slici 2.19 c) i d). Na
slici 2.19 e) data je osovinica koja se privršuje za klipnjau. Izgled bonih osiguraa
osovinice vidi se na slici 2.20.
Sl. 2.19 Konstruktivni oblici osovinice klipa
Sl. 2.20 Izgled boih 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.
0,1 mm
A
8’
16’
0,1 mm
B
detalj B
Sl. 2.21 Profilirana osovinica klipa
Vanjska površina osovinice treba imati
veliku tvrdou, koja se propisuje u
iznosu od 62 ± 2 HRc. Zbog vrlo malih
tolerancija izmeu osovinice i ušica u
klipu i male pesnice klipnjae, a
istovremeno velikog optereenja ovog
sklopa, u novije vrijeme se pojavljuju
tzv. profilirane osovinice (slika 2.21).
Ove osovinice imaju nagib 8’ odnosno
16’ na mjestu gdje dolazi završetak ušice
klipa, kako bi se ovdje maksimalno
smanjio visoki kontaktni pritisak.
Korištenjem profiliranih osovinica
znaajno se smanjuju kontaktni naponi i
habanje na mjestu kraj ušica osovinica.
2.5 Glavni dijelovi motora sui
31
Pored profiliranja osovinice klipa, susreu se i profilirani otvori u ušicama klipa koji
imaju isti cilj kao i profilirana osovinica, ali je ovo znaajno skuplji zahvat kod izrade.
Na slici 2.21, detalj A, pokazan je žlijeb prve kompresione karike izraene od nirezista
(legura Cu-Ni-sivi liv), koji je daleko otporniji na habanje od legure Al. Ovaj zahvat se
koristi praktino kod svih klipova, kod prvog žljeba kompresione karike.
Klipni prstenovi (karike)
Osnovni zadaci karika su:
- zaptivanje prostora izgaranja,
- sudjelovanje u odvodu toplote od klipa na cilindarsku košuljicu i
- regulacija uljnog filma za podmazivanje.
Ove zadatke klipni prstenovi (karike) obavljaju:
- nalijeganjem spoljnom (radnom) površinom na zid cilindra odreenim
pritiskom i
- udarnim nalijeganjem na bone površine žlijeba klipa uslijed aksijelnog
ubrzanja pod dejstvom sila gasova, sila trenja i sopstvene inercione sile.
Klipne karike dijele se na kompresione i uljne. Konstruktivni oblici kompresionih
klipnih prstenova (karika) su dati na slici 2.22.
b)
a)
e)
c)
f)
g)
h)
i)
d)
Legenda:
a) pravougaona karika
b) minutna karika (30’ do 50’ nagib)
c) jednostrano trapezna karika
d) dvostrano trapezna karika
e) karika sa odsjeenim gornjim rubom
f) reverzivno - torziona karika
g) normalna balina karika
h) asimetrino balina karika
i) asimetrino balina karika rastereena
po pritisku
Sl. 2.22 Konstruktivni oblici kompresionih klipnih prstenova (karika)
Uljne karike naješe imaju izgled kao na slici 2.23.
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
32
a)
b)
d)
Legenda:
a) uljna karika sa nosom
b) uljna karika sa kanalom
c) uljna karika sa torzionim djelovanjem
d) uljna karika sa forsiranim struganjem
ulja
e) U – fleks uljna karika
f) Barflex uljna karika
c)
e)
f)
Sl. 2.23 Konstruktivni oblici uljnih klipnih prstenova (karika)
U cilju obezbjeenja osnovne uloge karika, zaptivanje radnog prostora, u karikama
je prilikom izrade uveden prednapon po obimu, koji proizvodi pritisak karike na
košuljicu prema slici 2.24.
Na slici 2.24 a) prikazan je raspored pritiska u karikama, koje se koriste kod
etvorotaktnih motora (tzv. kruškasti dijagram), gdje je najvei pritisak na dijelu
gdje je karika rascijepljena. Na slici 2.24 b) dat je raspored pritiska u karikama, koje
se koriste kod dvotaktnih motora (dijagram pritiska u obliku jabuke), gdje je važno
da je na spoju karika pritisak minimalan, da ne bi dolazilo do zapinjanja karika u
kanalima u košuljici.
j
p
a)
b)
Sl. 2.24 Uobiajene forme raspodjele pritiska u karikama
Pravilnim prednaponom u karikama, optimalnim brojem karika i odgovarajuim
zazorima karika u žljebovima karika dobija se i odgovarajue preporueno
produvavanje gasova u karter. Produvavanje je, naravno, povezano i sa
deformacijama same cilindarske košuljice. Pad pritiska gasova iz natklipnog
prostora prema karteru, dat je na slici 2.25. Na današnjem stupnju razvoja, naješe
se na klipu nalaze po 2 ÷ 3 kompresiona klipna prstena i 1 uljni prsten. Uobiajene
2.5 Glavni dijelovi motora sui
p = 100%
p = 100%
p1
p2
7,5 %
7,5 %
33
kombinacije klipnih prstenova date su na
slici 2.26, gdje je:
- slika 2.26 a) – set karika za forsirane
oto motore,
- slika 2.26 b) i c) – setovi karika za
dizel usisne motore
- slika 2.26 d) i e)– setovi karika za
natpunjene motore.
p3
Sl. 2.25 Promjena pritiska gasova po visini
klipa
Sl. 2.26 Uobiajeni setovi karika po jednom klipu
Zbog nepovoljnih uslova u kojima rade, klipni prstenovi se izrauju od materijala,
koji treba da ispunjava sljedee uslove:
- da ima dovoljnu mehaniku vrstou na povišenim temperaturama,
- da bude otporan na habanje pri povišenim temperaturama,
- da ima mali koeficijent trenja i pri povišenim temperaturama i pri
nedovoljnom podmazivanju.
Ove uslove najbolje ispunjava sivo liveno gvože slijedee strukture:
- ravnomjeran raspored grafita, ASTM tip 5 – 6,
- osnovna struktura perlit-sorbit,
- prisutnost ferita do 5 %,
- fosfidna mreža fino rasporeena.
Kod visoko napregnutih klipnih prstenova koristi se sivo liveno gvože legirano sa: Mn,
Cr, Mo, V, Cu i Ni. Zbog obezbjeenja boljih uslova klizanja, radna površina klipnih
prstenova se naješe presvlai mrežastim slojem hroma (Cr) ili molibdena (Mo).
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
34
Koljenasto vratilo (radilica)
Koljenasto vratilo (radilica) vrši prenos obrtnog momenta i spada u najodgovornije,
najsloženije, najnapregnutije i najskuplje dijelove motora. Za pravilno
funkcioniranje radilice moraju biti ispunjeni sljedei zahtjevi:
- mora postojati dovoljna sigurnost da ne doe do zamornog loma materijala u
cijelom radnom podruju,
- ne smiju postojati velike amplitude torzionih, savojnih i aksijalnih oscilacija,
- inerciono optereenje mora se dovesti na razumnu mjeru i
- deformacije radilice moraju se dovesti na razumnu minimalnu mjeru.
Izgled radilice, sa elementima koji se na njoj nalaze, dat je na slici 2.27.
1’
2’ 3’
a)
b)
1- prigušiva torzionih oscilacija (PTO), 1’ - mjesto montaže PTO, 2 - remenica za pogon pumpe i
ventilatora, 2’ - mjesto montaže remenice, 3 - zupanik za pogon bregastog vratila, 3’ - mjesto
montaže zupanika, 4 - glavni rukavac, 5 - ramena, 6 - kanal za ulje, 7 - protutegovi, 8 - letei
rukavac, 9 - prirubnica, 10 - zupasti vijenac, 11 - zamajac, 12 - frikciona površina na zamajcu,
13 - otvor za centriranje, 14, 15 - mjesto zaptivanja krajeva radilice
Sl. 2.27 Izgled (a) i skica (b) elemenata grupe koljenastog vratila
Efektivna snaga motora (Pe), odnosno ohdgovarajui obrtni moment (Me) i broj
obrtaja motora (n) se prenose od zamajca (11) na spojnicu i mjenja.
Radilica se naješe izrauje kovanjem (slika 2.28), a u novije vrijeme sve eše
livenjem za manje motore.
2.5 Glavni dijelovi motora sui
35
Sl. 2.28 Kovano koljenasto vratilo (radilica)
S obzirom na vrlo razliite konstruktivne forme koljenastog vratila, od oblika ramena,
do toga da rukavci mogu biti puni ili šuplji, potrebno je obezbijediti razvoenje ulja za
podmazivanje rukavaca na radilici. Na slici 2.29 dato je nekoliko konstruktivnih
izvedbi kanala za ulje.
Sl. 2.29 Konstruktivne izvedbe kanala za ulje kod punih i šupljih rukavaca radilice
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
36
Radilice se izrauju od elika za poboljšanje. Naješi materijali su:
- za male i malo optereene motore: 1531 i 1731,
- za vozilske manje opterene oto i dizel motore: 3130 i 3230,
- za više optereene dizel motore: 3830 i 4732,
- za najoptereenije dizel motore 5430.
Ovi elici pogodni su za površinsko kalenje rukavaca (koristi se tzv. indukciono
kalenje), a rjee se koristi nitriranje radilice. U svakom sluaju termikom obradom
treba postii tvrdou rukavca radilice 60 ± 2 HRc, ime se obezbjeuje kalenje i po
odreenoj dubini, što omoguava brušenje rukavaca radilice i produženje njenog
vijeka upotrebe, uz promjenu kliznih ležajeva.
Klipnjaa
Klipnjaa je element koji povezuje klip i radilicu motora i vrši pretvaranje
pravolinijskog kretanja klipa u kružno kretanje radilice. Sastoji se od male pesnice,
tijela i velike pesnice klipnjae sa poklopcem velike pesnice. U maloj pesnici nalazi se
jednodijelni klizni ležaj, a u velikoj pesnici dvodijelni klizni ležaj. Izgled klipnjae sa
ravno razrezanom i koso razrezanom velikom pesnicom dat je na slici 2.30. Prednost
se daje klipnjaama sa koso razrezanom velikom pesnicom, zbog mogunosti lakše
demontaže klipa i klipnjae (bez vaenja radilice sa motora). Zbog velike
odgovornosti klipnjae u radu motora, mora se obezbijediti njena visoka krutost uz
minimalnu težinu. Zbog toga se tijelo klipnjae pravi sa vrlo razliitim formama
mala pesnica
stablo klipnjače
velika pesnica
Y
I
I
Y =30÷60°
Ravno rasječena velika pesnica
Koso rasječena velika pesnica
Sl. 2.30 Konstruktivni oblici klipnjae
poklopac velike
pesnice
2.5 Glavni dijelovi motora sui
37
poprenog presjeka (slika 2.31). Na slici 2.32 dato je nekoliko konstruktivnih
Sl. 2.31 Razni oblici presjeka tijela klipnjae
I
V
III
II
VI
IV
Sl. 2.32 Razni oblici male pesnice klipnjae
rješenja formi male pesnice gdje su rješenja V i VI (slika 2.32) sa vrstom vezom
klipnjae sa osovinicom, a kod ostalih izvedbi je tzv. plivajua osovinica. Klipnjae
se rade uglavnom kovanjem od visoko legiranih elika za poboljšanje. Uglavnom su
to hrom-molibden elici (4730 – 4733).
2.5.2 Osnovni nepokretni dijelovi motora
Uobiajene konstrukcione forme gradnje nepokretnih dijelova motora prikazane su
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
38
na slici 2.33. To su:
- tunelska gradnja (I, slika 2.33)
- gradnja blok-karter (II, III, slika 2.33)
- gradnja blok-glava (IV, slika 2.33)
- gradnja blok motora velikih snaga (V, slika 2.33)
Osnovni nepokretni dijelovi motora su :
- blok motora (b, slika 2.33)
- cilindarska glava (a, slika 2.33)
- gornji dio motorske kuice (c1, slika 2.33)
- donji dio motorske kuice (c2, slika 2.33)
Sl. 2.33 Forme gradnje nepokretnih dijelova motora
Blok motora
Blok motora sa cilindarskim košuljicama osnovni je dio motora, koji prima i prenosi
sve inercione sile na oslonce motora. Kod konstrukcije bloka treba uzeti u obzir
slijedee zahtjeve:
- velika krutost i male deformacije,
- minimalna težina, male dimenzije, velika kompaktnost,
- jednostavnost,
- mogunost jednostavne i lagane ugradnje bregastog vratila i ostalih
elemenata razvoda i
- mogunost dobrog i ravnomjernog hlaenja.
U principu se razlikuju sljedee konstrukcije :
- monoblok – integralna cjelina bloka i cilindarskih košuljica,
- vodom hlaene cilindarske košuljice u bloku,
- suhe cilindarske košuljice i
- zrano hlaenje cilindarske košuljice.
2.5 Glavni dijelovi motora sui
39
a) Monoblok
Prikazan je na slici 2.34.
Prednosti ovog rješenja su:
- jednostavno se dobiva visoka
krutost i
- konstrukcija je relativno kompaktna.
Nedostaci rješenja su:
- svaka greška zahtijeva bacanje
cijelog bloka,
- legiranje je vrlo skupo, a mora se
legirati cio blok i
- pri livenju se teško dobiva željena
struktura klizne staze.
Koriste se uglavnom kod malih motora.
Sl. 2.34 Monoblok motora
b) Mokre cilindarske košuljice
Izgled takve košuljice u bloku, dat je na slici 2.35.
x
1
1
2
2
2
dk
4-5
minimum
4-5
minimum
3
1
1
Cu
Guma
3
d)
3
3
b)
c)
a)
1 - cilindarska košuljica; 2 - prostor za tenost za hlaenje; 3 - blok motora
Sl. 2.35 Mokre cilindarske košuljice (sklop a) i razliiti konstruktivni detalji b), c) i d))
Rješenje sa mokrim cilindarksim košuljicama naješe se susree u praksi. Postoji
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
40
mogunost zamjene cilindarskih košuljica pojedinano. Obezbjeuje se dobro
hlaenje. Kod ovog konstruktivnog rješenja postoji opasnost od pojave kavitacije
ako doe do znaajnijeg smanjenja
debljine zida košuljice (k).
Cilindarske košuljice se rade od sivog liva.
Klizna staza košuljice se oplemenjuje
zbog dobivanja boljih osobina klizanja
(nitriranje,
fosfatiranje,
mrežasto
hromiranje). Završna obrada klizne staze
košuljice je honovanje, a u novije vrijeme
se sve više koristi plato honovanje, sve sa
ciljem postizanja boljih kliznih svojstava.
Izgled
jednog
livenog
bloka
etvorocilindrinog motora sa mokrim
Sl. 2.36 Liveni blok linijskog etvorocilindrinog cilindarskim košuljicama prikazan je na
motora sa mokrim košuljicama
slici 2.36.
c) Suhe cilindarske košuljice
Suha cilindarska košuljica sa blokom data je na slici 2.37. Koriste se uglavnom u SAD-u.
1
1
brušeno
osiguranje
sa
naleganjem
2
3
3
honovano
honovano
osiguranje
sa
prstenom
brušeno
a)
b)
c)
1 - cilindarska košuljica; 2 - prostor za tenost za hlaenje; 3 - blok motora
Sl. 2.37 Suha cilindarska košuljica (sklop a) i razliiti konstruktivni detalji b) i c))
Ova konstrukcija ima dobru krutost i kompaktnost, ali ima nešto lošije hlaenje.
Sama košuljica se radi od kvalitetnih materijala. Dosta joj je otežana montaža i
demontaža. Nakon montaže košuljica se podvrgava završnoj obradi unutarnje
klizne staze.
2.5 Glavni dijelovi motora sui
41
d) Zrano hlaene cilindarske košuljice
Zrano hlaena cilindarska košuljica ima izgled kao na slici 2.38. Na sebi ima rebra,
koja poveavaju intenzitet hlaenja. Koristi se naješe kod motora za motocikle
gdje je nastrujavanje zraka za hlaenje prirodno, a kod vozilskih motora mora biti
obezbijeen poseban sistem nastrujavanja zraka (ventilator, usmjerivai zraka, itd.).
Sl. 2.38 Zrano hlaena cinilndarska košuljica
Blokovi motora izrauju se livanjem od sivog liva ili od legure aluminija. Zbog
zahtjeva koji se postavljaju pred blok motora, on predstavlja jedan od najsloženijih
livakih elemenata u praksi. Masa cilindarskog bloka, sa gornjim dijelom kuice
motora kree se u granicama 25 ÷ 37 % od ukupne mase motora. Racionalnom
konstrukcijom bloka (uvoenjem orebrenja) može se znaajno utjecati na smanjenje
mase bloka, odnosno mase motora.
Cilindarska glava
Osnovni zadatak cilindarske glave jeste da hermetiki zatvori prostor u kome se
odvija proces izgaranja. Konstrukcija glave zavisi najviše od:
- oblika prostora za izgaranje,
- rasporeda ventila, brizgaa i svjeica,
- oblika i rasporeda usisnih i izduvnih kanala i
- vanjskih dovodnih cijevi i smjera teenja tenosti za hlaenje.
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
42
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).
Konstruktivni izgled glave mnogo zavisi od naina hlaenja. Na slici 2.39 date su
dvije glave motora sa hlaenjem tenošu (za oto i dizel motor) a na slici 2.40 glava
jednog zrano hlaenog motora.
Presjek A-A
Presjek B-B
A
A
B
B
a)
b)
Sl. 2.39 Konstruktivne izvedbe glave motora sa hlaenjem tenošu za oto motore a) i
dizel motore b)
Pogled odozgo
E
Pogled odozdo
B
C
A
D
F
Presjek A-B
Presjek C-D
Sl. 2.40 Glava zrano hlaenog motora
Presjek E-F
2.5 Glavni dijelovi motora sui
43
Na slici 2.41 prikazana je jednodijelna cilindarska glava motora sa poklopcem i
odgovarajuim zaptivaima.
2
4
3
1
1 – zaptiva glave, 2 – glava, 3 – zaptiva poklopca, 4 – poklopac
Sl. 2.41 Glava motora sa poklopcem
Motorska kuica (karter)
Konstrukcija kartera zavisi u najveoj mjeri od naina uležištenja koljenastog vratila.
Kod tunelske gradnje, koja posjeduje najveu krutost, motorska kuica je izjedna, a
koljenasto vratilo se pri montaži mora pomjerati aksijalno, što je kod
višecilindrinih motora veoma komplicirano. Kod motora za pogon motornih
vozila karter je dvodijelan, pri emu je gornji dio izliven sa cilindarskim blokom.
Donji dio kartera služi kao uljno korito i obino je presovan od lima debljine
1 do 1,5 mm (slika 2.42 a) i b)) i preko prirubnice ojaane spolja po cijeloj dužini
jaom limenom trakom privršen za gornji dio kartera preko zaptivaa (2). Kod
2
1
a)
b)
1 - karter, 2 - zaptivka
Sl. 2.42 Prostorni izgled presovanih uljnih korita (kartera) – dvije razliite izvedbe
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
44
3
1
2
nekih motora donji dio kartera je
odliven od livenog gvoža ili
aluminijske legure, pri emu je kod
vozilskih motora esto orebren
izvana, ime se pospješuje hlaenje
ulja, koje se tu sliva. Na
slici 2.43 data je jedna izvedba
livenog kartera motora.
1 – karter, 2 – ep za ispuštanje ulja,
3 – zaptivka
Sl. 2.43 Liveni karter motora sa zaptivkom
2.6 Pomoni sistemi i ureaji motora sui
Pored ve pobrojanih glavnih dijelova, svaki motor mora imati i niz pomonih
ureaja i sistema, koji su neophodni za pravilan rad motora. U pomone sisteme i
ureaje ubrajaju se:
- sistem razvoda radne materije,
- sistem napajanja motora gorivom,
- sistem paljenja,
- sistem podmazivanja,
- sistem hlaenja i
- sistem za startovanje.
Sistem razvoda radne materije
Ima zadatak da u tano odreenom vremenu vrši usisavanje svježe smješe (oto
motor) ili zraka (dizel motor) u motor, te nakon obavljenog rada motora sui
odstrani produkte izgaranja iz motora, kako bi radni prostor pripremio za slijedei
ciklus.
Sistem za napajanje motora gorivom
Zbog razliitog naina pripreme i paljenja smješe kod oto i dizel motora, oni imaju i
razliite sisteme dobave goriva. Kod oto motora, sistem dobave goriva sastoji se od:
- rezervoara za smještaj goriva,
- odgovarajuih cjevovoda,
- preistaa goriva,
2.6 Pomoni sistemi i ureaji motora sui
45
- pumpe za dobavu goriva i
- rasplinjaa (karburatora).
Sistem za dobavu goriva kod dizel motora se sastoji od dijelova:
- rezervoar goriva,
- dovodnih cijevi do napojne pumpe,
- napojne niskotlane pumpe,
- preistaa goriva,
- pumpe visokog pritiska,
- cijevi visokog pritiska i
- brizgaa.
U novije vrijeme se kod oto motora sve više istiskuju sistemi za dobavu goriva
preko rasplinjaa, a njihovo mjesto zauzimaju razliiti sistemi za ubrizgavanje goriva,
sve sa ciljem postizanja vee efikasnosti procesa u motoru sui.
Sistem za paljenje smješe
Kod svih oto motora smješa u cilindru se pali elektrinom varnicom u tano
odreenom trenutku. Osnovni dijelovi sistema za paljenje smješe su:
- baterija (akumulator),
- indukcioni kalem (bobina),
- razvodnik paljenja sa prekidaem i ragulatorom ugla pretpaljenja,
- nisko i visokonaponski vodovi i
- svjeice.
Zavisno od izvora napajanja strujom postoje:
- sistemi baterijskog paljenja i
- sistemi magnetnog paljenja.
Sistem podmazivanja
Sistem za podmazivanje ima zadatak da svim sklopovima motora, iji se elementi u
radu meusobno relativno kreu, dovede odreenu koliinu ulja (sa odreenim
pritiskom i temperaturom ulja). Osnovna uloga podmazivanja je smanjenje trenja,
zaštita dijelova od korozije poveana hermetinost sklopa i odvoenje odreenog
dijela toplote. Glavni dijelovi sistema podmazivanja su: prostor u karteru gdje se
slijeva ulje za podmazivanje, usisna korpa sa grubim preistaem, zupasta pumpa,
eventulano izmjenjiva toplote za hlaenje ulja, fini preista, glavna razvodna
magistrala sa prikljucima za manometar, sigurnosni ventili i ostale razvodne cijevi.
46
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
Sistemi za hlaenje
Zbog visokih temperatura u procesu rada motora dolazi do zagrijavanja dijelova i
sklopova. Prekomjerno zagrijavanje dijelova i sklopova narušava funkcije rada motora,
a dolazi u kritinim sluajevima do zaribavanja i havarije motora. Zbog toga je
neophodno hlaenje dijelova i sklopova motora, i na taj nain održavati konstantnim
temperaturne uslove u cijelom radnom podruju motora. Zavisno od medija kojim se
vrši hlaenje, razlikuju se motori:
- sa hlaenjem tenošu i
- sa zranim hlaenjem.
Sistem za startovanje
Motori sui se ne mogu sami stavljati u pogon, nego je za to potrebno uložiti
odgovarajui rad, koji se dovodi sa strane. Za startovanje motora potrebno je ostvariti
odgovarajui startni broj obrtaja, koji zavisi od konstrukcije motora. Ureaji za
startovanje se mogu grupisati u:
- runi starteri (pokretai),
- elektrostarteri,
- hidrostarteri,
- startovanje preko komprimiranog zraka i
- startovanje preko pomonog motora.
Pored naprijed nabrojanih sistema, na motoru se nalaze i drugi sistemi koji nisu
obavezni, ali pomažu ostvarenju poboljšanja rada motora (bolja ekonominost, manja
buka, manja emisija zagaujuih materija itd.) tako da danas predstavljaju praktino
sisteme bez kojih motor ne bi mogao biti konkurentan na tržištu. Tu se ubrajaju i
sistemi elektronske kontrole pojedinih procesa, sistem preišavanja izduvnih gasova itd.
2.7 Opis rada etvorotaktnog oto i dizel motora
Kod etvorotaktnih motora sve faze radnog ciklusa obave se za etiri takta (hoda
klipa) ili dva obrtaja koljenastog vratila. Položaj klipa u cilindru najlakše se odreuje
uglom, koji zaklapa ruica koljena koljenastog vratila sa uzdužnom osom cilindra
motora. Znai, za obavljanje svih faza radnog ciklusa motora potrebno je da koljeno
koljenastog vratila opiše ugao od 720° KV (°KV – stepen koljenastog vratila). Ugao
0 °KV definira položaj kada je klip u spoljnoj mrtvoj taki (SMT) i na poetku takta
usisavanja.
U nastavku opisat e se podrobnije radni taktovi etvorotaktnog motora polazei od
pretpostavke da on ve radi, tj. razmatrat e se jedan od njegovih radnih ciklusa. S
obzirom na to da je princip rada slian kod oto i kod dizel motora, pri opisivanju
2.7 Opis rada etvorotaktnog oto i dizel motora
47
rada oto motora paralelno e se dati razlika oto motora u odnosu na dizel motor.
Zbog boljeg uvida i razumijevanja narednih objašnjenja, na slici 2.44 i slici 2.45 date
su skice oto i dizel motora sa neophodnim agregatima bez kojih ovi motori ne bi
mogli raditi.
21
23
22
18
16
19
15
20
14
24
5
25
30
4
1a
13
26
1
27
2
15,16
28
29
18
3
12
8
11
9
17
6
7
10
1 - klip, 1a - osovinica, 2 - klipnjaa, 3 - koljenasto vratilo, 4 - cilindarska košuljica, 5 - cilindarska glava,
6 - blok motora sa gornjim dijelom motorne kuice, 7 – karter, 8 - zamajac, 9 - zupasti vijenac,
10 - protuteg, 11, 12 - zupasti par za pogon razvodnog mehanizma, 13 - pumpa za tenost, 14 - vod
za hlaenje, 15, 16 - usisni i izduvni ventil, 17 - bregasto vratilo, 18 - šipka podizaa, 19 - klackalica,
20 - opruge ventila, 21 - preista zraka, 22 - rasplinja, 23 - dovod goriva, 24 - plovak, 25 - difuzor,
26 - usisni kolektor, 27 - usisna cijev, 28 - izduvni kolektor, 29 - elektrostarter, 30 - svjeica
Sl. 2.44 Skica oto motora (osnovna verzija)
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
48
18
15
16
19
20
14
21
25
5
24
4
1a
1
26
13
2
27
22
23
28
15,16
12
8
9
11
29
18
3
17
6
7
10
1 - klip, 1a - osovinica, 2 - klipnjaa, 3 - koljenasto vratilo, 4 - cilindarska košuljica, 5 - cilindarska glava,
6 - blok motora sa gornjim dijelom motorne kuice, 7 - karter, 8 - zamajac, 9 - zupasti vijenac,
10 - protuteg, 11, 12 - zupasti par za pogon razvoda, 13 - pumpa za tenost, 14 - vod za hlaenje,
15, 16 - usisni i izduvni ventil, 17 - bregasto vratilo, 18 - šipka podizaa, 19 - klackalica, 20 - opruge
ventila, 21 – preista zraka, 22 - pumpa visokog pritiska, 23 - dovod goriva, 24 - cijev visokog pritiska,
25 - brizga, 26 - usisni kolektor, 27 - usisna cijev, 28 - izduvni kolektor, 29 - elektrostarter
Sl. 2.45 Skica dizel motora (osnovna verzija)
Za objašnjenje taktova motora koristie se pozicije motora date na slici 2.46.
usis
a)
izduv
b)
c)
d)
a) – usisavanje; b) – sabijanje; c) – širenje; d) – izduvavanje
Sl. 2.46 Taktovi etvorotaktnog motora
2.7 Opis rada etvorotaktnog oto i dizel motora
49
Prvi takt: usisavanje (slika 2.46 a))
Dejstvom viška kinetike energije, koja je akumulirana u zamajcu tokom odvijanja
prethodnog radnog ciklusa, dolazi, putem motornog mehanizma do povlaenja
klipa iz spoljne mrtve take (SMT) ka unutarnjoj mrtvoj taki (UMT). Pošto se
zapremina cilindra, koja je ograniena gornjom površinom klipa, poveava, pritisak
unutar cilindra se snižava i dostiže vrijednost manju od okolnog pritiska (po). Usisni
ventil se odiže, otvara usisni otvor i zrak, zbog razlike pritiska (u cilindru i okolnoj
sredini) kree kroz usisni kanal ka cilindru motora. Na putu ka cilindru motora u
karburatoru dolazi do miješanja struje zraka sa kapljicama goriva i na taj nain se
obrazuje svježa smješa, koja kroz usisni otvor ulazi u cilindar. Na kraju takta
usisavanja, apsolutni pritisak usisane smješe u cilindru motora kree se od 0,75 do
0,95 bar a temperatura usisne smješe 340 ÷ 400 K.
Kod dizel motora usisava se ist zrak a pritisak na kraju usisavanja je 0,85 ÷ 0,95 bar
dok je temperatura 310 ÷ 350 K. Kod natpunjenih motora, nivoi pritisaka i temperatura
su znaajno poveani, a dovoenje zraka u motor se vrši prinudnim putem.
Drugi takt: sabijanje (kompresija (slika 2.46 b))
Još uvijek pod utjecajem akumulirane kinetike energije, kao i energije susjednih
cilindara, klip poinje svoje kretanje od UMT ka SMT, zapremina cilindra se
smanjuje, a svježa smješa se sabija. Oba ventila su za to vrijeme zatvorena. Zbog
smanjenja zapremine u toku sabijanja svježoj smješi raste pritisak i temperatura. Na
kraju takta sabijanja smješa u zapremini kompresionog prostora ima pritisak
20 ÷ 40 bar i temperaturu 430 ÷ 700 K. Prije nego što klip dospije u SMT, dolazi
do paljenja smješe elektrinom varnicom i poinje process izgaranja. Brzina
izgaranja smješe zavisi od pritiska i temperature na kraju sabijanja (uz uslov da je
ostvarenje smješe idealno). Što je vea brzina izgaranja, vei su i pritisci gasova
izgaranja i njihova temperatura. Kod oto motora stepen sabijanja je ogranien da ne
bi došlo do samopaljenja radne smješe.
Kod dizel motora sabija se ist zrak, iji pritisak na kraju takta sabijanja iznosi
30 ÷ 50 bar a temperatura 800 ÷ 900 K. Pri kraju takta sabijanja u cilindar se
ubrizgava gorivo, koje se upali uslijed visoke temperature sabijenog zraka.
Trei takt: širenje–ekspanzija (slika 2.46 c))
Izgaranje koje je zapoelo prije SMT sve je intenzivnije oslobaajui pri tome
znatne koliine toplote. To dovodi do porasta pritiska i temperature gasova u
cilindru motora.
Maksimalni pritisak prilikom izgaranja kod oto motora dostiže se neposredno pošto
je klip krenuo od SMT ka UMT, i iznosi 50 ÷ 90 bar dok je temperatura gasova
50
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
1900 ÷ 2500 K. Kod dizel motora maksimalni pritisak gasova iznosi 80 ÷ 150 bar, a
temperatura oko 2100 ÷ 2300 K.
U procesu širenja oba ventila su zatvorena, a sila pritiska gasova dejstvuje na klip te
se preko klipnjae predaje koljenastom vratilu na kome izaziva obrtni moment,
kojim se savladavaju otpori i vrši koristan rad. Zamajac akumulira višak kinetike
energije koju vraa koljenastom vratilu u taktovima usisavanja, sabijanja i
izduvavanja. Znai, širenje je jedini radni takt etvorotaktnog motora. Na karaju
takta širenja kod oto motora pritisak gasova izgaranja je 3 ÷ 4 bar, a temperatura
800 ÷ 900 K.
Kod dizel motora na kraju takta širenja gasovi izgaranja imaju pritisak 4 ÷ 8 bar, a
temperatura 900 ÷ 1200 K.
etvrti takt: izduvavanje (slika 2.46 d))
Klip se kree od UMT ka SMT, a izduvni ventil je otvoren. Pritisak u cilindru pada,
jer teži da se izjednai sa atmosferskim pritiskom. Izduvni gasovi na kraju takta
izduvavanja kod oto motora imaju pritisak oko 1,05 ÷ 1,25 bar, a temperatura se
kree u granicama 700 ÷ 800 K. Kod dizel motora u trenutku otvaranja izduvnog
ventila pritisak u cilindru se snižava od 4 ÷ 8 bar do 1,2 bar i ostaje do kraja takta
skoro jednak, a temperatura izduvnih gasova je oko 900 K.
Tokom izduvavanja završava se radni ciklus etvorotaktnog motora. Cilindar je
ponovo spreman primiti svježu smješu kako bi se svi taktovi ponovili.
Navedeni podaci za pritiske i temperature zraka, mješavine zraka i goriva, kao i
produkata izgaranja odnose se na konvencionalne usisne motore. Novi razvoj
motora sui, uvodei procese natpunjenja, elektronske kontrole dobave goriva,
uvoenja varijabilne geometrije razvodnog mehanizma, promjenjivog ugla
pretpaljenja itd., znaajno mijenja gore navedene veliine pritiska i temperature.
2.8 Opis rada dvotaktnog oto i dizel motora
Pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi kod dvotaktnih motora obavi se za dva
hoda klipa (takta), odnosno za jedan pun obrtaj koljenastog vratila ili 360 °KV.
Iz ovoga proizilazi da e dvotaktni motor, koji ima isti broj obrtaja kao
etverotaktni, imati dva puta vei broj radnih ciklusa u jedinici vremena. Na osnovu
ove konstatacije bilo bi za oekivati da dvotaktni motor pri istoj radnoj zapremini,
istom broju obrtaja i istom stepenu punjenja ima dvostruko veu snagu od
etvorotaktnog motora. Meutim, zbog specifinosti konstrukcije (razvoenje
radne materije kanalima) radni hod klipa je smanjen, što ima za posljedicu manji
srednji indicirani pritisak u odnosu na etvorotaktni motor, a uslijed ispiranja
motora ima gubitak svježe smješe, te je snaga dvotaktnog motora 50 ÷ 60% vea od
snage etverotaktnog motora. Radni ciklus koji se sastoji od istih faza kao kod
2.8 Opis rada dvotaktnog oto i dizel motora
51
etvorotaktnog motora obavlja se za dva
takta, te mora doi do preklapanja tj.
SMT
P istovremenog odvijanja više faza ciklusa.
I
Izgled kanala za razvoenje radne
UMT
materije i taktovi motora prikazani su na
slici 2.47.
U
Kod dvotaktnog oto motora sistem za
razvod radne materije zamjenjuju tri
kanala (slika 2.47), koji se nalaze blizu
UMT. Gornji kanal je izduvni kanal (I),
a)
b)
koji služi da izvede produkte izgaranja iz
cilindra motora. Ispod njega nalazi se
U -usisni kanal; I - izduvni kanal; P - prelivni kanal
prelivni kanal (P), koji vezuje cilindar
a) takt sabijanja i usisavanja radne materije u
motora sa motorskom kuicom
karter; b) takt širenja i izmjene radne materije
(karterom), a služi za prestrujavanje
svježe smješe (punjenje cilindra) iz
Sl. 2.47 Taktovi dvotaktnog oto motora
motorske kuice u cilindar. S obzirom
na ovakav sistem rada motorska kuica
mora biti dobro zaptivena. Trei kanal,koji je najniži, je usisni kanal (U), koji je sa
jedne strane povezan sa karburatorom, a sa druge strane sa motorskom kuicom.
Prvi takt: sabijanje (kompresija) i usisavanje (slika 2.47 a))
Zahvaljujui kinetikoj energiji, akumuliranoj u zamajcu, klip e se kretati od UMT
ka SMT. U poetku ovog kretanja svi kanali se otvoreni. Kada klip u svom kretanju
nagore zatvori otvore prelivnog i izduvnog kanala nastupa kompresija svježeg
punjenja (kao na slici). U završnom dijelu procesa sabijanja svježa smješa se, preko
usisnog kanala (U), usisava u prostor motorske kuice. Nešto prije dolaska u SMT
elektrina varnica izvrši paljenje sabijene smješe.
Drugi takt: širenje (ekspanzija) i izduvavanje (slika 2.47 b))
Izgaranje, koje je poelo pri kraju prethodnog takta, nastavlja se i dalje,
poveavajui koliinu osloboene toplote, što direktno utjee na porast pritiska i
temperature produkata izgaranja te se klip pod dejstvom sila od gasova kree od
SMT ka UMT. U svom kretanju sila se od klipa preko klipnjae prenosi na radilicu
gdje stvara obrtni moment. Ovo je ujedno i radni takt dvotaktnog motora. U svom
kretanju ka UMT, klip najprije otvara izduvne kanale (I), omoguujui izlazak
produktima izgaranja u atmosferu. Odmah zatim oslobaa se otvor prelivnog kanala,
kroz koji iznad klipa ulazi svježe punjenje. Ono naješe istiskuje još zaostale gasove
52
2. Motori sa unutarnjim izgaranjem
izgaranja (u tom trenutku otvoren je i izduvni kanal), tj. vrši ispiranje radnog
prostora cilindra, a ujedno ga puni svježom smješom.
Kod dvotaktnih motora, koji nemaju napojnog kompresora, tu ulogu igra prostor
kuice ispod klipa. Pritisak potreban za punjenje i ispiranje motora dobiva se na taj
nain što se pri kretanju klipa naviše u prostoru ispod klipa ostvari depresija te
svježa smješa, uslijed razlike pritiska, ulazi u prostor motorske kuice (ispod klipa).
Kada se klip kree naniže donjom ivicom zatvori usisne kanale (U) pa e, uslijed
smanjenja zapremine ispod klipa, doi do ustrujavanja svježe smješe kroz prelivni
kanal (P) u prostor iznad klipa (u njemu je niži pritisak zbog poveane zapremine).
Ovakvi motori bez napojnog kompresora zovu se motori sa ispiranjem kroz
motorsku kuicu.
Na slici 2.48 data je shema dvotaktnog dizel motora sa napojnim kompresorom.
1 - napojni kompresor; 2 - komora oko cilindra; 3 - kanali za ubacivanje istog zraka;
4 - izduvni ventil.
a) izmjena radne materije; b) sabijanje–širenje
Sl. 2.48 Shema dvotaktnog dizel motora
Po principu rada dvotaktni dizel motor se malo razlikuje od dvotaktnog oto motora,
ipak on ima izvjesna preimustva nad oto motorom jer je npr. specifina potrošnja
goriva u dvotaktnom dizel motoru manja, zahvaljujui ispiranju motora istim
zrakom. Nain ostvarenja smješe identian je kao kod svih dizel motora, tj. u
cilindar se ubacuje svjež zrak (slika 2.48 a)), koji vrši i ispiranje, a zatim se pri kraju
sabijanja u zagrijan zrak ubrizgava gorivo. Zbog potrebnih uslova na kraju takta
sabijanja (da bi se izvršilo samopaljenje goriva) dvotaktni dizel motori obino su
snabdjeveni napojnim kompresorom (1). Pri kretanju klipa ka UMT otvaraju se
kanali za ubacivanje istog zraka i kroz njih u cilindar ulazi svjež zrak pod pritiskom
2.8 Opis rada dvotaktnog oto i dizel motora
53
od oko 1,5 bar. Zrak koji puni cilindar ispred sebe gura sagorjele gasove kroz
izduvni ventil (4) u atmosferu (ispiranje cilindra). Pri kretanju klipa od UMT ka
SMT poslije zatvaranja kanala za ubacivanje istog zraka (i izduvni ventil je
zatvoren) dolazi do sabijanja istog zraka (slika 2.48 b)). Na kraju takta sabijanja
pritisak zraka u cilindru dostiže do 50 bar, a temperatura 900 ÷ 1000 K.
Neposredno prije dolaska klipa u SMT, u kompresioni prostor ubrizgava se gorivo
pod visokim pritiskom te se pod dejstvom zagrijanog zraka upali i pone izgaranje.
Maksimalni pritisak je oko 70 ÷ 100 bar, a temperatura oko 2300 K. Pod pritiskom
gasova izgaranja klip se kree od SMT ka UMT. Prije nego što klip otvori kanale za
ubacivanje svježeg zraka, otvara se izduvni ventil i poinje izduvavanje gasova
izgaranja, pritisak u cilindru pada na 1,05 ÷ 1,2 bar, a temperatura na oko 900 K. Pri
daljem kretanju ka UMT klip otvara kanale za ubacivanje istog zraka i radni ciklus
se ponavlja.
54
55
3. POGONSKE KARAKTERISTIKE MOTORA SUI
3.1 Vrste karakteristika
U podacima o motoru daju se njegove nominalne karakteristike, tj. nominalna snaga
i nominalni broj obrtaja pri kome se ta snaga razvija. Pod nominalnom snagom
podrazumijeva se efektivna snaga za koju proizvoa garantuje da je motor može
razvijati pod odreenim eksploatacionim uslovima i koja je upisana u garantni list
motora. Zavisno od primjene motora nominalna snaga je manje ili više udaljena od
maksimalne snage pri tom broju obrtaja. Razliitim nacionalnim standardima na
razliite naine se definiraju optereenja koja motor, zavisno od namjene, mora pri
ispitivanju održavati ogranieno ili neogranieno dugo.
Za stacionarne, agregatne, brodske i lokomotivske motore obino se definiraju
slijedei pojmovi:
- Trajna snaga - najvea efektivna snaga koju motor može razviti neogranieno
dugo, ne prekoraujui granice termikog i mehanikog optereenja, pri emu
je ogranienje snage podešeno tako da se motor može preopteretiti do
razvijanja ograniene trajne snage.
- Ograniena trajna snaga - najvea efektivna snaga, koju motor smije razvijati
samo ogranieno dugo, zavisno od namjene. Kod ove snage regulacioni organ
je ogranien i dalje poveanje snage u eksploataciji je nemogue.
- Maksimalna snaga - najvea efektivna snaga pri kojoj motor može raditi u
toku 15 minuta, bez termikih i mehanikih ošteenja. Ova snaga dokazuje da
motor na režimu ograniene trajne snage nije na granici svojih mogunosti.
Kod cestovnih vozila (putnikih i teretnih) obino se definira maksimalna snaga,
kao najvea efektivna snaga, koja stoji na raspolaganju za pogon cestovnog vozila.
Ova snaga može se uzeti i za nominalnu snagu.
U toku eksploatacije snaga motora stalno se mijenja, shodno zahtjevima
prikljuenog potrošaa. Bez obzira na to što je broj korisnika motorske snage vrlo
veliki, po nainu na koji se mijenja snaga, postoje tri glavne grupe korisnika:
a) u uslovima pogona cestovnog vozila, zavisno od otpora kretanja, koji zavisi od
brzine kretanja vozila, konfiguracije terena, stanja puta i dr., bie korišteno
itavo podruje snaga koje leži izmeu krive pune snage, apscisne ose i
minimalnog i maksimalnog broja obrtaja (1, slika 3.1),
b) u uslovima stacionarnog i agregatnog pogona optereenje se mijenja od 0 do
maksimalnog pri približno konstantnom broju obrtaja, koji se pomou
3. Pogonske karakteristike motora sui
56
regulatora broja obrataja održava u željenim granicama, u ovakvim uslovima
rade motori za pogon elektrogeneratora kao i motori za pogon mašina i ureaja
koji u eksploataciji, nezavisno od optereenja, moraju raditi sa konstantnim
brojem obrtaja (2, slika 3.1) i
c) u uslovima pogona broda i aviona potrebna snaga zavisi od broja obrtaja i
nagiba elise. Otpor koji pruža elisa nepromjenljivog koraka, a koji motor
savlauje, srazmjeran je kvadratu broja obrtaja, tj.
M
a1 n 2
(3.1)
,
gdje je a1 - konstanta.
Efektivna snaga motora može se izraziti i preko obrtnog momenta koji koljenasto
vratilo prenosi preko spojnice na prikljunu mašinu, okreui se ugaonom brzinom Z
Pe
M Z a2 n3
,
(3.2)
gdje je a2 - konstanta.
Prema izrazu (3.2), snaga se u ovom sluaju mijenja po zakonu kubne parabole
(3, slika 3.1). S obzirom na to da ovakvu promjenu uslovljava gonjena elisa (propeler),
ova kriva naziva se elisna (propelerna) karakteristika. Na slici 3.1 dat je prikaz, za tri
prethodno navedena sluaja, moguih naina korištenja motora u eksploataciji.
Sl. 3.1 Polje moguih režima rada motora razliitih namjena
Na slici 3.1 sa 4 oznaena je eksploataciona kriva pune snage, sa 3 propelerna kriva,
sa 2 kriva dejstva regulatora broja obrtaja. Stacionarna radna stanja brodskog
3.1 Vrste karakteristika
57
(avionskog) motora leže na propelernoj krivoj, stacionarnog motora na krivoj
dejstva regulatora, a kod motora za pogon motornih vozila u cijelom šrafiranom
podruju.
Slicka 3.2, koja prikazuje ciklus promjenjivih režima kretanja cestovnog vozila u
uslovima gradskog saobraaja, potvruje da je režim rada vozila mogu u cijelom
šrafiranom podruju na slici 3.1.
Sl. 3.2 Režimi rada vozila u uslovima gradskog saobraaja
(1 - brzina kretanja, 2 - broj obrtaja, 3 - hod regulacionog organa)
U sluaju brodskog, stacionarnog i lokomotivskog pogona zahtijeva se da motor
ima mogunosti preoptereenja za 10% - 15%. Zbog toga se nominalna taka
usvaja ispod krive pune snage. Preoptereenje brodskog motora postiže se pri broju
obrtaja veem od nnom’, dok kod stacionarnog motora preoptereenje dovodi do
pada broja obrtaja ispod nominalnog.
Kod vozilskih motora nominalna snaga obino leži na eksploatacionoj krivoj pune
snage. Ovo je omogueno time što se ova snaga koristi povremeno i relativno
kratkotrajno.
Traktorski motori mogu u eksploataciji biti esto podvrgnuti dugotrajnom radu pod
punim optereenjem, uslijed ega se nominalna taka usvaja na nižem nivou
optereenja, nego kod odgovarajueg motora za pogon motornog vozila.
Kako se iz prethodnog izlaganja vidi, motor se u eksploataciji ne koristi samo pri
režimu koji odgovara nominalnim karakteristikama, ve se radni režim mijenja na
neki od ukazanih naina. Da bi se dobili podaci o tom kako se pojedini parametri
motora mijenjaju pri promjeni režima rada, pristupa se eksperimentalnom
odreivanju najvažnijih pogonskih veliina motora, kao što su efektivna snaga, broj
obrtaja, obrtni moment, asovna i specifina efektivna potrošnja goriva, pokazatelji
termikog stanja motora itd. Pri tome se režim rada mijenja u cijelom radnom
podruju motora, prema njegovoj namjeni, ali se mjerenja vrše na ustaljenim
režimima rada. Prema tome, postoje i tri glavne grupe karakteristika:
a) Brzinske karakteristike, kod kojih se ustanovljava zakon promjene snage
3. Pogonske karakteristike motora sui
58
(uglavnom efektivne), obrtnog momenta, potrošnje goriva, temperaturnog
stanja i drugih parametara u funkciji brzine obrtanja koljenastog vratila,
odnosno u funkciji broja obrtaja. Ove karakteristike imaju naroitu važnost kod
motora za pogon cestovnih vozila. No, one imaju i opšti znaaj jer pružaju
podatke o promjeni parametara motora u širokom podruju promjene broja
obrtaja i optereenja.
b) Karakteristike optereenja (stacionarne karakteristike) kod kojih se ustanovljava
promjena potrošnje goriva, termikog stanja i drugih veliina u funkciji
optereenja motora. Pri tome se optereenje mijenja pri konstantnom broju
obrtaja ili se snimanja vrše pri promjeni optereenja uz dejstvo regulatora broja
obrtaja. U ovom zadnjem sluaju prikazuje se i promjena broja obrtaja pri
promjeni optereenja, što pruža izvjesnu sliku o osjetljivosti regulatora.
c) Propelerne (elisne) karakteristike kod kojih se ustanovljava zakon promjene
istih veliina kao i kod brzinskih karakteristika (snage, potrošnje goriva itd.) u
funkciji broja obrtaja, s tim što se pri pojedinim brojevima obrtaja motor
optereuje snagom koja leži na kubnoj paraboli koja predstavlja karakteristiku
propelera. Ovakve karakteristike se ustanovljavaju kod brodskih i avionskih
motora.
d) Pored navedenih triju grupa karakteristika, snimaju se i grafiki prikazuju i
druge kao što su regulatorske karakteristike, reglažne karakteristike, univerzalne
karakteristike, karakteristike praznog hoda i druge specijalne karakteristike.
U daljem izlaganju bie predstavljene detaljnije najvažnije grupe karakteristika sa
stanovišta cestovnih vozila.
3.2 Brzinske karakteristike motora
Pod brzinskim karakteristikama podrazumijeva se grafiki prikazana promjena
pojedinih parametara motora u zavisnosti od promjene broja obrtaja.
Najvažnije karakteristike motora koje se prikazuju u formi brzinskih karakteristika,
su krive zavisnosti njegove efektivne snage i efektivog obrtnog momenta od broja
obrtaja. Ove krive pružaju se u domenu od minimalnog broja obrtaja (nmin), pri
kome motor još sigurno radi bez gašenja, tj. daje dovoljno snage za savlaivanje
unutarnjih otpora, do maksimalnog broja obrtaja (nmax), koji je ogranien veliinom
inercijalnih sila, termikim optereenjem kritinih dijelova motora, kvalitetom
odvijanja radnih procesa i dr.
Odreivanje promjene efektivne snage i obrtnog momenta u funkciji broja obrtaja,
vrši se ispitivanjem motora na probnom stolu, gdje se odreuju i ostale motorske
3.2 Brzinske karakteristike motora
59
veliine obrtni moment motora (Me), specifina efektivna potrošnja goriva (ge),
srednji efektivni pritisak (pe), asovna potrošnja goriva (Gh), temperatura izduvnih
gasova (Tr) itd. Ako se dobivene vrijednosti predstave grafiki, dobit e se slika
njihove promjene u zavisnosti od broja obrtaja pri dotinom položaju organa za
dobavu goriva, tj. za promjenu optereenja. Važnost brzinske karakteristike
efektivnog obrtnog momenta ima posebnu ulogu u definiranju dinamikih
karakteristika (dinaminosti) vozila.
Iako se kriva snage odreuje eksperimentalno, naelan tok promjene snage u
funkciji broja obrtaja može se ustanoviti i analitiki. Analitiko razmatranje je od
posebnog znaaja pri objašnjenju tendencija promjene snage odnosno pri
poreenju toka ovih krivih kod oto i dizel motora.
Polazei od izraza za efektivnu snagu i obuhvatajui sve parametre, koji su za
konkretan motor konstantni, može se napisati zavisnost
Pe
k 1 pe n
(3.3)
gdje je
k1
2 Vhuk
- konstanta.
W
Kada bi srednji efektivni pritisak pri fiksnom položaju regulacione poluge ostao
konstantan pri promjeni broja obrtaja, mogla bi se napisati jednakost k1 pe = k2, te
je snaga data izrazom
Pe
k2 n
(3.4)
Ovo znai da bi se u tom sluaju pri promjeni broja obrtaja snaga mijenjala po
zakonu prave linije (slika 3.3 crtkano). Koristei izraze za efektivnu snagu (3.3),
dolazi se do zakljuka da je obrtni moment motora proporcionalan srednjem
efektivnom pritisku
Me
Pe
Z
2 p e Vh uk n
W 2S n
K 1 pe
.
(3.5)
Ako se srednji efektivni pritisak pri promjeni broja obrtaja ne mijenja, onda je i
obrtni moment konstantan (slika 3.3, crtkana linija).
Ustvari, srednji efektivni pritisak mijenja se pri promjeni broja obrtaja pa se i snaga
i obrtni moment motora mijenjaju po odgovarajuim krivim linijama. Intenzitet
povijanja krive snage pri poveanju broja obrtaja zavisi od intenziteta opadanja
srednjeg efektivnog pritiska.
Pomou realnih tokova promjene stepena punjenja (Kv) i stepena mehanikih
60
3. Pogonske karakteristike motora sui
gubitaka (Km), kao i poznavanja uticajnih veliina za snagu (Pe), efektivni stepen
i
srednji
efektivni
pritisak
(pe),
može
se
korisnosti
(Ke)
analizirati kriva efektivne snage i
efektivnog obrtnog momenta sa
poveanjem broja obrtaja. Pri tome je
važno definirati pri kom se optereenju
ta promjena posmatra.
Ako je regulacioni organ za dobavu
goriva postavljen u položaj koji
odgovara punom optereenju (pun
otvor leptira kod oto motora,
maksimalna ciklusna dobava goriva,
koja odgovara punom optereenju kod
Sl. 3.3 Naelni tok promjene efektivne snage dizel motora), onda se govori o krivoj
i efektivnog obrtnog momenta motora pune snage i momenta motora (vanjskim
brzinskim karakteristikama). Ako se
u funkciji broja obrtaja
regulacioni organ postavi u položaj
manjeg optereenja, dobit e se kriva
parcijalne (djelomine) snage, odnosno momenta motora.
Važno je naglasiti da se snimanje krive pune snage (momenta) i krive parcijalne
snage (momenta) vrši pri fiksnom položaju regulacionog organa za dobavu goriva.
Prvo e se posmatrati kako se vrši promjena srednjeg efektivnog pritiska oto i dizel
motora pri punom optereenju i pri poveanju broja obrtaja.
Kod oto motora postojanje suženog grla karburatora i leptira izazivaju vee
opadanje koeficijenta punjenja sa poveanjem brzine obrtanja radilice motora.
Relativno naglo opadanje koeficijenta punjenja utjee i na brzo opadanje
mehanikog stepena iskorištenja, što ini da srednji efektivni pritisak oto motora
brže pada sa poveanjem broja obrtaja.
Kod dizel motora nepostojanje karburatora ini da stepen punjenja opada znatno
sporije pri poveanju broja obrtaja nego što je to sluaj kod oto motora. Mehaniki
stepen iskorištenja dizel motora takoer opada sa poveanjem broja obrtaja, ali
sporije nego kod oto motora. Pri radu dizel motora sa konvencionalnom pumpom
visokog pritiska koliina goriva ubrizganog po ciklusu lagano se poveava pri
poveanju broja obrtaja, dok Ki ostaje praktino isto, što doprinosi relativno
sporom opadanju Km, a preko njega i sporoj promjeni pe.
Na slici 3.4 dat je, u uporednom dijagramu, naelan tok krive pune snage (Pe) i
punog obrtnog momenta (Me) za oto i dizel motor. I ovdje je uslovno uzeto da
vrijednosti maksimalnih momenata budu iste da bi se lakše uoila razlika u
tendenciji promjene ovih parametara pri promjeni broja obrtaja. Može se zakljuiti
da se krive snage i krive obrtnih momenata povijaju prema apscisnoj osi pri
poveanju broja obrtaja, i to brže kod oto nego dizel motora.
3.2 Brzinske karakteristike motora
61
Ova tendencija povijanja krive snage i obrtnog momenta izražena je kod oto
motora u još veoj mjeri kod djelominih optereenja (pritvoren leptir) i to utoliko
više, ukoliko je leptir više pritvoren.
Pritvaranje leptira utjee na smanjenje
srednjeg efektivnog pritiska preko
smanjenja punjenja cilindra, poveanja
pumpnih gubitaka i sve bržeg smanjenja
koeficijenta mehanikog iskorištenja.
Kod dizel motora može se uzeti da
stepen punjenja malo zavisi od
optereenja, tj. tok promjene Kv pri
djelominim optereenjima slian je kao
i pri punom optereenju.
Sl. 3.4 Naelni tok promjene efektivne snage
Maksimalna snaga na vanjskoj brzinskoj
(Pe) i efektivnog obrtnog momenta (Me)
karakteristici kod dizel motora (slika 3.4)
oto i dizel motora u funkciji broja
data je na granici dima, gdje se promjena
obrtaja, pri punom optereenju
optereenja
regulira
promjenom
ciklusne dobave goriva, uz praktino isti
dotok zraka.
Brzinske karakteristike efektivne snage i efektivnog obrtnog momenta, s obzirom
na karakter rada konvencionalnih oto i dizel motora, principijelno se mjenjaju po
zakonitosti prikazanoj na slici 3.4 kako za puno, tako i za parcijalna optereenja.
Na slici 3.5 date su brzinske karakteristike efektivne snage i efektivnog obrtnog
momenta oto i dizel motora, i to pri punom optereenju (krive 1 i 1’) (vanjske
brzinske karakteristike) i pri parcijalnim optereenjima (krive 2 i 2’) (parcijalne
karakteristike).
Pe
Pe
1’
Me
Pe max
2’
1’ 2’
Pe nom
Me
granica dima
Pe nom
Me
1
2
Me
2
3
3’
1
Pe
Pe
nMe max
nnom
a)
nmax
n
nnom nmax
nMe max
n
b)
1 – kriva pune snage, 2 – krive parcijalne snage, 1’ – kriva obrtnog momenta pri punom
optereenju, 2’ – krive obrtnog momenta pri parcijalnim optereenjima, 3 – kriva snage pod
dejstvom regulatora, 3’ – kriva obrtnog momenta pod dejstvom regulatora broja obrtaja
Sl. 3.5 Dijagram brzinskih karakteristika efektinve snage (Pe) i ekektivnog obrtnog
momenta (Me) oto motora a) i dizel motora b)
62
3. Pogonske karakteristike motora sui
Uporeujui ova dva dijagrama, uoava se da se krive snage kod oto motora pri
poveanju broja obrtaja naglo povijaju, tako da ak i pri punom otvoru leptira kriva
pune snage presijeca apscisnu osu pri broju obrtaja koji je za oko 30% do 50%
vei od nominalnog broja obrtaja. Na mjestu gdje kriva efektivne snage presijeca
apscisnu osu efektivna snaga jednaka je nuli, a cjelokupna indicirana snaga, koja je
zbog opadanja koeficijenta punjenja jako umanjena, troši se na savladavanje
mehanikih gubitaka. Danas se kod brzohodih oto motora primjenjuje specijalno
konstruirani leptir koji igra ulogu ograniivaa broja obrtaja. Pod utjecajem
dinamikog dejstva gasne struje leptir se pri velikim brojevima obrtaja pritvara ne
dozvoljavajui vee prekoraenje nominalnog broja obrtaja. Ako su elementi
motora provjereni na dejstvo inercionih sila pri nmax, eventualno kratkotrajno
dostizanje ovog broja obrtaja ne bi dovelo do havarije motora. Meutim, treba
naglasiti da je takvo brzinsko forsiranje motora krajnje štetno sa gledišta
mehanikih naprezanja i habanja vitalnih dijelova motora i kao takvo nedopustivo.
Na osnovu ovakvog toka brzinskih karakteristika oto motora može se zakljuiti da
se on može koristiti i bez regulatora broja obrtaja, izuzev kada radna mašina
zahtijeva rad sa stalnim brojem obrtaja ili ukoliko bi pri radu esto dolazilo do
naglih promjena optereenja motora (npr. pogon broda – uslijed njihanja i ispadanja
elise iz vode ili kod traktorskih motora pri izvjesnim vrstama obrade tla).
Tok brzinskih krivih dizel motora takav je da bi i pri malim optereenjima naglo
rastereenje vrlo brzo dovelo do velikog porasta broja obrtaja, što bi bilo opasno
po motor zbog velikih inercijalnih sila. Zbog toga se kod dizel motora uvijek mora
primijeniti regulator broja obrtaja. Na slici 3.5 b), sa 3 i 3’ naznaene su krive
promjene snage i obrnutog momenta pod dejstvom regulatora.
Uporeenjem toka brzinskih karakteristika oto i dizel motora (slika 3.5) uoavaju
se znatne razlike. Maksimumi krivulja snage kod oto motora pomjeraju se pri
smanjenju optereenja ka koordinatnom poetku, što je posljedica velikog utjecaja
položaja leptira na veoma složene gasodinamike procese u zoni leptira. Kod dizel
motora maksimumi snaga odgovaraju približno istom broju obrtaja koji može ležati
i iznad nnom.
Karakteristina je i velika razlika u toku obrtnog momenta. Kod oto motora
povijanje krivulja momenata pri porastu broja obrtaja vee je nego kod dizel
motora i sve izraženije što je pritvaranje leptira vee. Kod dizel motora krivulje
momenta su veoma malo povijene i pri punom i djelominim optereenjima skoro
ekvidistantne linije. Treba takoer uoiti da krive snage pa i krive momenta trpe
manje promjene u zoni manjih brojeva obrtaja.
Na slici 3.6 dat je uporedni dijagram brzinskih karakteristika momenta (Me) i
specifine potrošnje goriva (ge) za oto i dizel motor.
3.2 Brzinske karakteristike motora
63
Kod dizel motora vidi se znatno manja specifina potrošnja goriva na parcijalnim
optereenjima nego kod oto motora, zbog ega dizel motor ima znatno veu
ekonominost u uslovima esto promjenjivih optereenja.
Sl. 3.6 Dijagram brzinskih karakteristika (vanjske i parcijalnih) obrtnog momenta (Me)
i specifine potrošnje goriva (ge) kod oto (a) i dizel (b) motora
Za ocjenu karakteristika motora potrebno je definirati karakteristine take
pojedinih parametara na dijagramima brzinskih karakteristika motora sui. Ove take
najbolje se vide na slici 3.7 gdje su prikazane vanjske brzinske karakteristike
snage (Pe), obrtnog momenta (Me), asovne potrošnje goriva (Gh) i specifine
potrošnje goriva (ge) oto i dizel motora.
Sl. 3.7 Vanjske brzinske karakteristike snage (Pe), obrtnog momenta (Me), specifine potrošnje
goriva (ge) i asovne potrošnje goriva (Gh) za oto (a) i dizel (b) motor, sa
karakteristinim takama
3. Pogonske karakteristike motora sui
64
Interesantne take za ocjenu karakteristika motora su:
taka 1 - prazan hod sa brojem obrtaja motora nph = 500 ÷ 800°/min kod
sporohodih motora i nph = 800 ÷ 1000°/min kod brzohodih motora,
taka 2 - minimalni broj obrtaja (nmin) koji dozvoljava optereenje,
taka 3 - maksimalni obrtni moment pri broju obrtaja n M e max ,
taka 4 - minimalna specifina potrošnja goriva pri broju obrtaja n g e min ,
taka 5 - maksimalna snaga pri broju obrtaja n Pe max ,
taka 6 - maksimalni broj obrtaja motora (nmax).
Osnovni parametri koji se koriste za ocjenu brzinskih karakteristika motora jesu
- elastinost momentne karakteristike koja se definira kao
eM
M e max
,
M ePe max
(3.6)
koji se zove i koeficijent prilagodljivosti. Ovaj koeficijent za oto motore kree se u
granicama 1,25 ÷ 1,35, a kod dizel motora bez korektora ciklusne dobave goriva
1,05 ÷ 1,15. Kod dizel motora sa korektorom ovaj koeficijent dostiže vrijednost
1,25 ÷1,35. Kod natpunjenih motora uz primjenu reguliranog turbokompresora
koeficijent dostiže vrijednosti i preko 2,0.
Pored elastinosti momentne karakteristike vrlo važna osobina je i položaj
maksimalnog momenta u odnosu na brzinski režim. Ovaj položaj se definira tzv.
brzinskim koeficijentom elastinosti koji se rauna kao
en
n Me max
n Pe max
.
(3.7)
Vrijednosti ovog koeficijenta kreu se u intervalu od 0,4 ÷ 0,8, zavisno od vrste i
namjene motora. Manje vrijednosti odnose se na karakteristike motora za teretna
vozila i autobuse, a vee vrijednosti se odnose na motore za putnika vozila.
Pri analizama dinamikih karakteristika vozila, posebno transformacije efektivnog
obrtnog momenta (Me) u transmisiji, poželjno je raspolagati analitikim izrazima
koji približno oslikavaju tok krive obrtnog momenta (Me) i snage mtora (Pe). U
literaturi se susreu razliiti poluempirijski izrazi za brzinsku karakteristiku snage, a
jedan od naješih je (prema Lajderman-u)
Pe
ª §
n
Pe max «a ¨
¨
« © n Pe max
¬
gdje su a, b i c konstante,
§
·
¸b¨ n
¨ nP
¸
© e max
¹
2
§
·
¸ c¨ n
¨ nP
¸
© e max
¹
·
¸
¸
¹
3
º
» ,
»
¼
(3.8)
3.2 Brzinske karakteristike motora
65
odnosno obrtni moment je
Me
Pe / Z .
(3.9)
3.2.1 Brzinske karakteristike motora nove generacije
Kompletna objašnjenja o brzinskim karakteristikama data u prethodnom dijelu
teksta, odnosila su se na tzv. konvencionalne usisne i natpunjene oto i dizel motore.
Ovo podrazumijeva da su karakteristike dobave zraka i goriva bile bez nekih
ozbiljnijih korekcija, izuzev LDA korektora goriva na niskim brojevima obrtaja
motora i eventualno korekcije dobave zraka na maksimalnim brojevima obrtaja.
Na današnjem stupnju razvoja praktino kod svih motora prisutno je elektronsko
upravljanje dobave goriva i dobave zraka. Elektronskim upravljanjem dobave goriva
prilagoava se ciklusna dobava goriva (qc) koja je najprihvatljivija za optimalne
karakteristike obrtnog momenta motora. Ovu korekciju (elektronsku kontrolu)
dobave goriva prati adekvatna kontrola dobave zraka preko turbokompresora sa
varijabilnom geometrijom turbine. Pri ovakvim ulsovima karakteristine take
(slika 3.7), kao i ocjenski kriteriji
Pe
(jednaine (3.6) i (3.7)) gube smisao.
Me
Primjer brzinskih karakteristika snage i
efektivnog obrtnog momenta jednog
Pe
dizel motora, sa naprijed pomenutim
upravljanjem, dat je na slici 3.8. Iz
dijagrama se vidi, da je u jednom širem
Me
podruju broja obrtaja dobiven konstantan
efektivni obrtni moment (Me), što
omoguava njegovu bolju transformaciju
u transmisiji i poboljšava vozne
karakteristike cestovnog vozila pri
savladavanju uspona, kao i pri velikim
n
brzinama kretanja. Poslije toga je snaga
motora skoro konstantna, što približno
Sl. 3.8 Dijagram vanjskih brzinskih
odgovara hiperboli obrtnog momenta
karakteristika Pe i Me jednog
savremenog motora
na izlazu iz transmisije.
3.3 Karakteristika optereenja (stacionarne karakteristike)
U uslovima stacionarnog pogona potrebno je da se pri promjeni optereenja broj
obrtaja mijenja u što užim granicama. Zbog toga je potrebno, za ocjenu rada ovih
motora, koristiti karakteristike ustanovljene u funkciji optereenja, pri konstantnom
broju obrtaja ili uz promjenu broja obrtaja pod dejstvom regulatora. Pri grafikom
3. Pogonske karakteristike motora sui
66
prikazivanju stacionarnih karakteristika na apscisnoj osi nanosi se neki parametar,
koji karakterzira optereenje motora srednji efektivni pritisak, obrtni moment,
efektivna snaga ili procenti pune snage koju motor razvija pri broju obrtaja pri
kome se vrši snimanje karakteristika. U pravcu ordinate nanose se ostali parametri
važni za ocjenu rada motora kao: asovna (Gh) i specifina (ge) potrošnja goriva,
temperatura izduvnih gasova (Tr), mehaniki (Km), efektivni (Ke) i indikatorski (Ki)
stepen korisnosti, broj obrtaja (n) itd.
Na slici 3.9 dat je naelan tok promjene razliitih parametara dizel motora, pri
promjeni optereenja uz dejstvo regulatora. Na slici 3.10 date su karakteristike
optereenja oto motora pri n = const., za tri razliita broja obrtaja.
granica dima
Gh
ge
Tr
Tr
Gh
ge
3
Pm
Pe
Pi
2
1
Pe max
100 115 Pe%
(pe)
1 - granica dima, 2 - granica normalne vrijednosti
ekvivalentnog odnosa zraka Oz, 3 -min. specifina
potrošnja goriva
Sl. 3.9 Karakteristika optereenja specifine
potrošnje goriva (ge), asovne potrošnje
goriva (Gh) i temperature izduvnih
gasova (Tr) jednog dizel motora
Sl. 3.10 Karakteristika optereenja krive
asovne (Gh) i specifine efektivne (ge)
potrošnje goriva u funkciji optereenja
pri n = const, za tri razne vrijednosti n,
kod karburatorskog oto motora.
Crtkastim linijama prikazana je
promjena ekvivalentonog odnosa zraka
Oz i koeficijenta zaostalih gasova J, koji
utjeu na tok krive ge pri n1=const.
Na slici 3.9 prikazana je i približna metoda odreivanja mehanikog stepena
korisnosti (tzv. metod Romberga). U tu svrhu koristi se kriva asovne potrošnje
goriva u funkciji optereenja pri n =const. Produženje ove linije, koja je u zoni
nižih optereenja skoro prava linija, dobiva se u negativnom podruju apscise
vrijednost snage (Pm) ili srednjeg pritiska (pm) mehanikih gubitaka (slika 3.9).
Na osnovu ovako dobivenih veliina Pm i Pe može se odrediti mehaniki stepen
korisnosti kao
Km
Pe
Pi
Pe
Pe Pm
.
(3.10)
3.5 Ostale karakteristike motora
67
Prema tome, mehaniki stepen korisnosti odreen je odnosom dužina na dijagramu,
koje predstavljaju pe i pi pri nekom optereenju. Ova metoda primjenjiva je kod
dizel motora, dok bi kod oto motora, uslijed specifinog naina stvaranja smješe i
promjene optereenja, tok krive Gh bio nepovoljan za tanije odreivanje srednjeg
pritiska trenja, te bi i vrijednost Km bila nepouzdana.
3.4 Kombinirane (univerzalne) karakteristike
Kombinirane karakteristike motora predstavljaju se tzv. Kombiniranim ili
univerzalnim dijagramom karakteristika, na kome su u pravcu koordinatnih osa
naneseni po jedan karakteristian parametar motora, a u polju dijagrama je dat itav
snop linija jednakih snaga, jednakih specifinih efektivnih potrošnji goriva, ponekad
i linije jednakih temperatura izduvnih gasova itd. Naješe se u pravcu apscise
nanosi broj obrtaja, a u pravcu ordinate srednji efektivni pritisak ili njemu
proporcionalni obrtni moment motora (slika 3.11). Rjee je u primjeni Kombinirani
dijagram dat na slici 3.12. esto ovi dijagrami nose naziv “školjkasti” dijagrami.
Za crtanje kombiniranog dijagrama u pe – n - koordinatnom sistemu potrebno je
prethodno brižljivo odrediti i ucrtati karakteristike optereenja ge = f (pe) pri
n = const za vei broj razliitih brojeva obrtaja izmeu nmin i nmax dotinog motora.
Pri tome se dobiva dijagram kao na slici 3.13. Povlaenjem horizontalnih linija
dobiva se u presjeku sa linijama ge take jednake potrošnje, za koje je poznato pe
i n, pa ih je lako prebaciti i povezati u kombiniranom dijagramu.
Pe
Pe5
.
onst
ge3= c
Pe4
Pe3
ge4
ge5
Pe2
Pe1 = const.
n [o/min]
Sl. 3.11 Dijagrami univerzalne karakteristike
pe (Me) - n sa parametrima ge=const.,
Pe=const. ( g e1 g e 2 ... g e n ;
Pe1 Pe 2 ... Pe n ).
G h [kg/h]
pe [bar]
ge 2
Me [Nm]
5
A
ge1
Pe4
A
st.
on
=c
M e5
g e1
g e2
Me 4
st.
con
Me 3
g e 3=
Me 2 ge ge4
5
M e1
Pe3
Pe
2
Pe =
cons
1
t
.
pe [bar]
Sl. 3.12 Dijagrami univerzalne karakteristike
Gh - pe sa parametrima ge=const. i
Pe=const. ( g e1 g e 2 ... g e n ;
Pe1 Pe 2 ... Pe n )
3. Pogonske karakteristike motora sui
68
Primjer univerzalne karakteristike pe - n za jedan dizel motor teretnog vozila, sa
konkretnim podacima dat je na slici 3.14.
n1 = const.
n6 = const.
n 2 n3
24
20
n1 < n2 < ... < n6
pe [bar]
ge
g
[
kWh[
ge= const.
12
188
190
195
ge = 200 g/kWh
8
210
230
16
4
0
600
ge min
1000
1400
250
300
1800
2200
n[min-1]
2600
pe [bar]
Sl. 3.13 Pomoni dijagram za crtanje linija
konstantne specifine potrošnje goriva
u kombiniranom pe - n dijagramu
Sl. 3.14 Dijagram univerzalne karakteristike
jednog dizel motora za teretno vozilo
Krive jednake specifine efektivne potrošnje goriva okružuju i na taj nain definiraju
tzv. pol najvee ekonominosti motora, odnosno, odreuju broj obrtaja i optereenja
pri kome se postiže najbolja ekonominost (taka A, slika 3.11 i slika 3.12).
Univerzalni dijagrami karakteristika pružaju mogunost objektivnog uporeivanja
razliitih motora u pogledu ekonominosti. Razrijeene linije jednakih specifinih
potrošnji goriva pokazuju da takav motor pruža ekonomian rad u širem podruju
promjene režima brzine i optereenja. U tom pogledu dizel motori daleko su
povoljniji od oto motora.
Položaj pola ekonominosti i tok linija jednakih potrošnji goriva rezultat su
meusobnih utjecaja složenih pojava od kojih su najvažnije izmjena radne materije,
stvaranje smješe i izgaranje, mehanizam toplotnih i mehanikih gubitaka i dr.
Zavisno od namjene, nominalne karakteristike motora potrebno je usvojiti vodei
rauna i o tome da naješe i najduže korišteni radni režimi obuhvataju što
ekonominije podruje univerzalnog dijagrama. Uz pomo ovih dijagrama provode
se istraživanja ekonomine vožnje, posebno u gradskim uslovima.
3.5 Ostale karakteristike motora
Pored naprijed navedenih karakteristika, koje se smatraju najvažnijim za motore
kod cestovnih vozila, postoje i druge karakteristike, koje su važne u pojedinim
oblastima primjene motora. To su:
3.5 Ostale karakteristike motora
-
69
regulatorske karakteristike,
regulacione karakteristike,
karakteristike usaglašavanja rada motora i kompresora za natpunjenje,
specifine karakteristike avionskih motora,
karakteristike dizel elektrinih lokomotiva,
dinamike karakteristike motora,
karakteristike praznog hoda, itd.
U nastavku e biti objašnjene samo neke od ovih karakteristika.
3.5.1 Regulatorske karakteristike
Predstavljaju tok promjene krive snage, obrtnog momenta i ostalih parametara,
izazvan promjenom optereenja motora u podruju dejstva regulatora. U motorima
se uobiajeno ugrauju tri vrste regulatora: jednorežimski, dvorežimski i
sverežimski, tako da postoje i odgovarajue vrste regulatorskih karakteristika. Na
slici 3.15 prikazana je regulatorska karakteristika snage i momenta na punom
optereenju sa jednorežimskim regulatorom, a na slici 3.16 odgovarajua
karakteristika sa dvorežimskim regulatorom. Na ovim dijagramima veliina nR je
broj obrtaja na kome poinje djelovati regulator, a nR max je maksimalni broj obrtaja
motora koga dozvoljava regulator.
Sl. 3.15 Regulatorske karakteristike motora sa
jednorežimskim regulatorom
Sl. 3.16 Regulatorske karakteristike motora sa
dvorežimskim regulatorom
Na slici 3.17 date su regulatorske karakteristike snage motora (vanjska i parcijalne
karakteristike) sa dvorežimskim regulatorom, a na slici 3.18 i slici 3.19 regulatorske
karakteristike snage i momenta motora (vanjska i parcijalne) sa sverežimskim
regulatorom.
3. Pogonske karakteristike motora sui 7. Pogonske
karakteristike motora sui
70
1 - kriva pune snage, 2 - krive parcijalne snage,
3 i 4 - regulatorske karakteristike
Sl. 3.17 Regulatorske karakteristike efektivne
snage dizel motora sa dvorežimskim
regulatorom
1 - kriva pune snage, 2 do 7 - regulatorske
karakteristike
Sl. 3.18 Regulatorske karakterisktike efektivne
snage dizel motora sa sverežimskim
regulatorom
1 - kriva punog momenta,
2 do 7 - regulatorske karakteristike
Sl. 3.19 Regulatorske karakteristike efektivnog
obrtnog momenta dizel motora sa
sverežimskim regulatorom
3.5.2 Regulacione (reglažne) karakteristike
Predstavljaju zavisnost pokazatelja optereenja motora (snaga, obrtni moment,
srednji efektivni pritisak) ili pokazatelja ekonominosti (asovna ili specifina
potrošnja goriva) o bilo kom faktoru, koji utjee na rad motora, kao na primjer
sastav smješe, moment paljenja, moment ubrizgavanja, pritisak ubrizgavanja,
intenzitet hlaenja itd. U nastavku su data dva primjera regulacionih karakteristika.
3.5 Ostale karakteristike motora
71
Na slici 3.20 data je regulaciona karakteristika snage (Pe) i specifine potrošnje
goriva (ge) u funkciji ekvivalentnog odnosa zraka (Oz), a na slici 3.21 regulaciona
karakteristika snage (Pe), specifine potrošnje goriva (ge) i ciklusne dobave
goriva (mgc) u zavisnosti od ugla predubrizgavanja (Dp).
Pe
ge
Pe
m gc
ge
Pe max
n = const.
n = const.
Pe
Pe
m gc = const.
ge
ge
g e min
0,7
0,8 0,9
1,0
1,1
1,2
Sl. 3.20 Regulaciona karakteristika oto
motora. Utjecaj sastava smješe
l z [-]
10
20
30
40
50 a p [°KV]
prije SMT
Sl. 3.21 Regulaciona karakteristika dizel
motora. Utjecaj ugla predubrizgavanja
za n = const.
Ostale karakteristike ovdje se nee posebno izuavati.
72
3. Pogonske karakteristike motora sui 7. Pogonske
karakteristike motora sui
73
4. STVARANJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA
4.1 Potrebe oto motora u pogledu sastava smješe zrak-gorivo
Pripremanje smješe gorivo-zrak se kod oto motora vrši izvan cilindra motora, a u
novije vrijeme u cilindru motora, a završetak stvaranja smješe i njena priprema za
paljenje elektrinom varnicom vrši se u cilindrima motora za vrijeme taktova
usisavanja i sabijanja. Cilj je da se svaki cilindar motora napuni takvom smješom
goriva i zraka koja se može upaliti i ekonomino izgarati bez štetnih posljedica po
motor. U idealnom sluaju ova smiješa mora biti potpuno homogena i gorivo se
mora nalaziti u gasnom stanju. Za pravilan rad motora jako je važan odnos zraka i
goriva u smješi jer gorivo se može upaliti i gorjeti samo u sluaju, kada se ovaj
odnos nalazi u odreenim granicama.
Smiješa goriva i zraka, u kojoj su definirane koliine goriva i zraka u takvom
meusobnom odnosu da bi nakon izgaranja izgorjela cjelokupna koliina goriva i
utrošila se cjelokupna koliina kiseonika iz zraka, naziva se stehiometrijska, teorijska
ili normalna smiješa. Definira se sa tzv. stehiometrijskim odnosom zrak/gorivo (lo).
Odstupanje stvarno usisne koliine zraka od minimalno potrebne za potpuno
izgaranje goriva definirano je koeficijentom viška zraka Oz (ekvivalentni odnos).
Kod stehiometrijske smješe je Oz=1. Ako nakon izgaranja u produktima izgaranja
ostane neizgorjelog goriva, onda se radi o bogatoj smješi Oz<1, a ako ostane
neutrošenog kiseonika radi se o siromašnoj smješi Oz>1. Granice težinskih odnosa
nakon kojih više nije mogue upaljenje smješe zovu se granice upaljenja smješe.
Kao granice upaljenja smješe zrak-benzin u jednocilindrinom motoru su dobiveni
slijedei težinski odnosi 6 : 1 kao granica upaljenja bogate smješe, 20 : 1 kao granica
upaljenja siromašne smješe, što odgovara vrijednostima Oz = 0,4 i Oz = 1,35.
Nemogunost paljenja suviše bogate smješe, do koje se dolazi ili poveanjem
koliine goriva ili smanjenjem koliine zraka u odnosu na granicu upaljenja, javlja se
kao posljedica suviše male koliine zraka jer se zapali samo mala koliina goriva
koja potroši sav raspoloživi kiseonik, te se plamen zbog nedostatka kiseonika
(nemogunost daljeg izgaranja goriva) gasi. Nemogunost paljenja siromašne smješe
preko granice upaljenja dolazi kao posljedica velike udaljenosti estica goriva i
prevelikih koliina zraka oko svake estice goriva. Tako, pri paljenju siromašne
smješe, razvijena toplota na elektrodama svjeice nije dovoljna da zagrije veliku
masu zraka do temperature potrebne za paljenje ostalih dijelova smješe koji su
udaljeni od svjeice i zato se smiješa ne može upaliti. Pojam bogata ili siromašna
74
4. Stvaranje smješe kod oto motora
smiješa zasniva se na koliini goriva, a ne koliini zraka, u odnosu na teorijsku
koliinu. To znai da u bogatoj smješi postoji višak goriva u odnosu na koliinu
goriva u teorijskoj smješi.
U uslovima izgaranja smješe benzin-zrak kod višecilidrinih motora ranije
napomenuti odnosi za granice upaljenja ne važe zbog nejednake raspodjele smješe
na pojedine cilindre pa je raspon znatno uži. Maksimalne vrijednosti srednjeg
indiciranog pritiska javljaju se pri vrijednostima Oz 0,9. Na savremenim motorima
s karburatorom gorivo se dozira tako da je sastav smješe koja ulazi u cilindar u
granicama 0,8 < Oz < 1,15 što sa stanovišta emisije zagaujuih materija, pa i
ekonominosti ne predstavlja optimalne vrijednosti. Rad motora u podruju
Oz =1,0 ÷ 1,15 obezbijeuje potpuno, ekonomino i stabilno izgaranje, dok rad
motora na režimima pune snage zahtijeva vrijednosti Oz = 0,8 ÷ 1,0.
Osnovna shema instalacije za napajanje oto motora sa lakim gorivom, kakva se
naješe koristi na automobilu, prikazana je na slici 4.1. Na shemi su naznaeni
osnovni elementi instalacije i odnose se, sa jedne strane na dovod goriva, a s druge
strane na dovod zraka. Obje osnovne komponente sastaju se u karburatoru (13).
Ovo mjesto može biti rasplinja (karburator), usisna cijev motora sa brizgaem
goriva ili cilindar motora sa brizgaem goriva.
1 - cijev za punjenje, 2 - lijevak, 3 - odušna cijev, 4 - spremnik za gorivo, 5 – mehaniki mjera nivoa
goriva, 6 - slavina, 7 - odvodna cijev, 8 - preista goriva, 9 - pumpa za dobavu goriva, 10 - regulator
pritiska (nepovratni ventil), 11 - preista zraka, 12 - prigušiva buke, 13 – karburator (rasplinja),
14 - elektrini dava nivoa goriva, 15 - ep za ispuštanje goriva, 16 - usisna korpa
Sl. 4.1 Shema instalacije za napajanje gorivom automobilskog oto motora
Gorivo se može dovesti u karburator prinudnim putem (sa pumpom), kako je
prikazano na slici 4.1 ili slobodnim padom. Izbor naina dovoda goriva zavisi od
smještaja spremnika za gorivo i karburatora na motoru, namjene motora i drugih
faktora. Prilikom dovoda goriva slobodnim padom, visinska razlika izmeu take
ulaza goriva u karburator i najnižeg nivoa goriva u spremniku mora biti najmanje
4.1 Potrebe oto motora u pogledu sastava smješe zrak-gorivo
75
od 300 do 500 mm kako bi bio obezbijeen normalan rad motora kod svih
moguih položaja vozila.
Prilikom rada motora u taktu usisavanja u cilindru se stvara potpritisak i zrak, kroz
preista zraka (11) i prigušiva buke (12), dolazi do mjesta miješanja goriva i
zraka (13). Sa druge strane napojna pumpa (9) kroz preista goriva (8) povlai gorivo
iz rezervoara (4) i preko nepovratnog ventila (10) transportira ga do mjesta miješanja
sa zrakom (13). Na taj nain su zrak i gorivo dovedeni do mjesta miješanja (13) zraka i
goriva gdje omjer zavisi od režima rada motora, ali tako da se ostvari ekonomina
potrošnja goriva na srednjim optereenjima i brojevima obrtaja, zatim da se
obezbijedi postizanje maksimalne snage i pri punom optereenju te da se u
cjelokupnom radnom podruju obezbijedi stabilan rad motora ukljuujui i prazan hod.
Na slici 4.2 su prikazani naprijed nabrojani naini miješanja goriva i zraka. Naime,
uobiajeni nain pripreme miješavina zrak-gorivo u rasplinjau (karburatoru), koji je
dugo egzistirao kao jedini nain pripreme smješe zrak-gorivo kod oto motora
(slika 4.2 a)) predstavlja tzv. konvencionalni nain pripreme goriva i zraka kod oto
motora. Sedamdesetih godina prošlog stoljea, u želji da se poboljšaju karakteristike,
ali i izbjegnu nedostaci oto motora, razvijaju se razliiti sistemi ubrizgavanja benzina.
Prvo se javljaju sistemi sa centralnim brizgaem u usisnoj grani, zatim ubrizgavanje
goriva ispred usisnih venitla (slika 4.2 b)), sve do direktnog ubrizgavanja lakog goriva
(benzina) u cilindar oto motora (slika 4.2 c)). O prednostima i nedostacima pojedinih od
Sl. 4.2 Nain miješanja zraka i goriva kod oto motora
ovih sistema bie kasnije detaljnije govora.
Pri razmatranju osnovnih parametara oto motora, sa aspekta stvaranja smješe zrak gorivo posmatraju se:
- ekonominost rada motora,
- efektivna snaga motora i
- toksinost izduvnih gasova.
4. Stvaranje smješe kod oto motora
76
Za analizu parametara motora (ekonominost i snaga) pri n=const. i promjenom
optereenja ([) podrazumijeva se da su ostali parametri optimalno podešeni. Na
slici 4.3 prikazana je zavisnost efektivne snage (Pe) i efektivne specifine
potrošnje goriva (ge) u funkciji od ekvivalentnog odnosa zraka (Oz)(tzv. regulatorske
karakteristike). Sa slike 4.3 jasno se vidi da se optimalna ekonominost postiže u
zoni siromašne smješe (Oz 1÷1,1), dok se maksimalna snaga postiže u zoni bogate
smješe sa Oz = 0,9÷0,98. Ova ispitivanja izvršena su za konstantan broj obrtaja i
razliite otvore leptira. Sa slike vide se položaji maksimuma snage i minimuma
potrošnje goriva. Iz toka krivih vidi se da sa poveanjem Oz snaga u poetku raste,
dostiže svoj maksimum, a zatim se smanjuje. Specifina potrošnja goriva se sa
porastom Oz smanjuje, dostiže svoj minimum a zatim raste.
Svaka taka regulatorske karakteristike (slika 4.3) snima se pri ustaljenom
toplotnom režimu motora, optimalnom uglu pretpaljenja, konstantnom broju
obrtaja i nepromijenjenom položaju leptira. Pri takvim uslovima potrošnja zraka se
ne mijenja. Prelaz od jedne take na drugu vrši se promjenom koliine goriva.
Snižavajui optereenje, uspostavlja se prethodni broj obrtaja uz pronalaženje
optimalnog ugla pretpaljenja.
Oigledno je sa slike 4.3 da se sastav smješe pri kome se postiže maksimalna snaga
Pe,max
Pe
[kW]
ge
[g/kWh]
j
x = 1,00
prazan hod
0,75
g e,min
0,50
x = 0,25
prazan hod
0,50
0,75
1,00
0,25
0,7
0,9 1,0 1,1
a)
1,3 l z
0,7
0,9 1,0 1,1
1,3 l z
b)
Sl. 4.3 Utjecaj ekvivalentnog odnosa zraka (Oz) na efektivnu snagu a) i specifinu potrošnju
goriva b). Relativni položaj leptira je definiran: [=M/90°
ne poklapa sa sastavom smješe pri kojoj se postiže minimalna potrošnja. Ako se take
razliitih krivih koje odgovaraju maksimalnoj snazi spoje dobije se kriva Pe max, ako se
spoje take koje odgovaraju minimalnim potrošnjama goriva dobije se kriva g e min .
4.1 Potrebe oto motora u pogledu sastava smješe zrak-gorivo
77
Na taj nain kriva Pe max odgovara sastavu smješe koji obezbijeuje maksimalnu snagu,
a kriva ge min maksimalnu ekonominost. Ako bi se sistem za gorivo regulirao tako da
se omogui rad pri kome bi se dobila maksimalna ekonominost, jasno je da se pri
takvoj regulaciji ne bi mogla ostvariti maksimalna snaga. Ako bi se sistem za gorivo
regulirao prema maksimalnoj snazi motora, tada gorivo ne bi potpuno izgaralo
( O z 1) i rad motora bi bio neekonomian. Ako se kriva Pe max i g e min (slika 4.3)
predstave u funkciji Oz, odnosno odnosa zrak-gorivo i snage motora Pe, dobiju se
karakteristike optereenja sistema slika 4.4. Kriva 1 odgovara regulaciji karburatora na
maksimalnu snagu motora a kriva 2 odgovara regulaciji na maksimalnu ekonominost.
Na apscisi se može, umjesto relativnog srednjeg pritiska ( p e / p e max ), koristiti i protok
z kao mjera optereenja. Poželjna karakteristika oto motora sa promjenom
zraka m
broja obrtaja (n), može se prikazati kao na slici 4.5.
18
odnos zrak-gorivo
16
g
.
ran
sir.
g.)
1,2
(stab. iz
smješe
ičnosti
gran. max. ekonom
1,1
2
14
gran. max. snage
poželjna
karakteristika
1
12
1,2
n1 < n2 < n3 < n4
1,0
0,9
lz
1,1
l z 1,0
0,8
0,9
10
e (stab. izg.)
gran. bog. smješ
n1
n2
n3
n4
0,7
0,8
8
100 [%]
40
60
20
80
Relativno opterećenje za dati broj obrtaja ( pe /pemax ), mZ
Sl. 4.4 Karakteristika optereenja
ekvivalentnog odnosa zraka
0,7
mZ
Sl. 4.5 Karakteristika optereenja
ekvivalentnog odnosa zraka (Oz)
za razliite brojeve obrtaja motora
(n1, n2 ...)
Pošto automobilski motori znatan dio vremena rade sa djelomino otvorenim
leptirom, najbolje je regulirati sistem na karakteristiku koja odgovara maksimalnoj
ekonominosti, a pri prelazu motora na rad sa potpuno otvorenim leptirom smiješa
se mora obogatiti zbog postizanja maksimalne snage. Na osnovu toga,
karakteristika sistema za gorivo mora imati oblik kao kriva prikazana crtkanom
linijom, kao poželjna karakteristika, na slici 4.4. Na kraju ovog izlaganja potrebno je
napomenuti da su pri drugim brojevima obrtaja motora krive 1 i 2 nešto drugaije
ali se tok krivih ne mijenja (slika 4.5), te se ograniavamo na posmatranje tipinih
karakteristika. Na praznom hodu i na malim optereenjima, tj. pri znatnije
zatvorenom leptiru, u cilju dobivanja stabilnog rada smiješa mora biti obogaena jer
je u tim uslovima raspršivanje i isparavanje goriva nedovoljno zbog malih brzina
kretanja zraka u difuzoru. Osim toga, pritvaranjem leptira poveava se koliina
78
4. Stvaranje smješe kod oto motora
zaostalih produkata izgaranja u cilindru motora te se smanjuje brzina izgaranja. U
odreenom stepenu ovo se može prevazii obogaenjem smješe.
Kod motora za vozila, naroito prilikom eksploatacije u gradu, esto dolazi do
naglog otvaranja leptira (pri ubrzavanju vozila, pri preticanju itd.). Pri naglom
otvaranju leptira nastupa kratkotrajno osiromašenje smješe. Ako se ne preduzmu
odgovarajue mjere, to osiromašenje može biti toliko da dolazi do gušenja motora.
Da bi se izbjeglo osiromašenje smješe potrebno je da se smiješa prilikom naglog
otvaranja leptira obogati, kako bi se poboljšalo prihvatanje motora.
Pri startovanju hladnog motora proces obrazovanja smješe tee normalno. Gorivo
koje ulazi u hladan cilindar kroz hladne usisne cijevi isparava samo djelomino, i to
njegove najlakše frakcije. Prije skakanja varnice u cilindru postoji gorivo koje je
isparavalo u neznatnoj koliini. Prema rezultatima ispitivanja, prilikom startovanja
motora kod vanjske temperature 14 ÷ 15°C samo 17 ÷ 20% goriva je isparilo, a
8 ÷ 10% je bilo u vidu sitnih kapljica (magle). Ako je smiješa prilikom startovanja
imala koeficijent viška zraka Oz = 0,1 ÷ 0,15 odnos parne faze goriva pomiješanog
sa zrakom dao bi vrijednost Oz = 1,3 što znai da je smiješa prije skakanja varnice
bila siromašna. Znai ako se smiješa ne obogati znatno u toku startovanja motora
može se desiti da se ona ne upali ili da se upali samo djelomino što znai da start
motora nee uspjeti.
Pri startovanju motora potrebna je veoma bogata smiješa, na praznom hodu bogata
smiješa (Oz = 0,55÷0,65), na srednjim optereenjima (veim od 50%) siromašna
smiješa (Oz = 1,1÷1,15), pri potpunom otvorenom leptiru bogata (Oz = 0,8÷0,95), a
pri naglom otvaranju leptira mora biti omogueno kratkotrajno obogaenje smješe.
Sa stanovišta toksinosti komponenti u izduvnim gasovima, treba imati u vidu da je
kocentracija ugljenmonoksida (CO) i neizgorjelih ugljikovodonika (CxHy) minimalna
u intervalu ekvivalentnog odnosa zraka (koeficijenta viška zraka) Oz = 0,8÷1,1, gdje
oto motori naješe i rade. Nažalost, tu je maksimalna koncentracija azotnih
oksida NOx, ija emisija se regulira drugim sredstvima (npr. smanjenje ugla
pretpaljenja, primjena katalizatora itd.).
4.2
Podjela sistema za obrazovanje smješe zrak-gorivo kod oto
motora
U prethodnoj taki izneseni su naenlni zahtjevi na koje treba odgovoriti sistem za
obrazovanje smješe kod oto motora. S obzirom na to da su zahtjevi dosta složeni, ak
su neki i kontradiktorni, kod sistema za formiranje miješavine zrak-gorivo postoji
dosta razliitih konstruktivnih rješenja. Principijelno se oni mogu podjeliti na
- sisteme sa karburatorom (rasplinjaem) i
- sisteme sa ubrizgavanjem goriva.
4.2 Podjela sistema za obrazovanje smješe zrak-gorivo kod oto motora
79
Prvi sistemi su klasini sistemi sa spoljnjom pripremom miješavine zrak-gorivo, a
sistemi sa ubrizgavanjem mogu imati i spoljnju i unutarnju pripremu miješavine
zrak-gorivo. Sistemi ubrizgavanja goriva kod oto mtora se u tom smislu i dijele na:
- sisteme centralnog ubrizgavanja, gdje se gorivo ubrizgava na jednom
mjestu u usisnom kolektoru, a miješavina zrak-gorivo se odatle razvodi po
pojedinim cilindrima (tzv. SPI - Single Point Injection sistemi); shema
jednog ovakvog sistema prikazana je na slici 4.6 a); sistem je sa tzv.
spoljnom pripremom smješe;
- sisteme ubrizgavanja goriva ispred usisnih venirla (slika 4.6 b)), koji takoer
predstavlja sistem spoljne pripreme smješe (tzv. MPI - Multi Point
Injection sistemi) i
- sisteme sa direktnim ubrizgavanjem goriva u cilindre motora (slika 4.6 c));
esto nosi oznaku GDI - Gasoline Direct Injection ili FSI – Fuel Stratified
Injection; to je sistem koji ima unutarnje formiranje miješavine zrak-gorivo;
ovaj sistem ubrizgavanja omoguava oto motoru poboljšanje karakteristika
s obzirom na to da proces u motoru koristi dosta prednosti ciklusa dizel
motora.
a) SPI sistem, b) MPI sistem, c) GDI sistem
1 - dovod goriva, 2 - dovod zraka, 3 - leptir, 4 - usisni kolektor, 5 - brizgai, 6 - motor
Sl. 4.6 Shematsi prikaz sistema ubrizgavanja kod oto motora
Nain regulacije i ostvarenje željenih karakteristika stvaranja miješavine zrak-gorivo
na razliitim režimima rada bie dati uz objašnjenje pojedinih sistema za dobavu
goriva.
80
4. Stvaranje smješe kod oto motora
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
4.3.1 Elementarni (prosti) karburator
Shematski prikaz prostog (elementarnog) karburatora zajedno sa usisnim sistemom
motora dat je na slici 4.7. Prosti karburator sastoji se od komore plovka sa
plovkom, siska (dizne), raspršivaa
zrak
(rasprskivaa), difuzora, komore smješe
i leptira. Karburator je pomou
po
gorivo
prirubnice vezan za usisnu cijev motora.
pa
1
Pod dejstvom pumpe ili slobodnim
4
2
padom gorivo dolazi u komoru plovka.
5
3
Plovak služi da održava uvijek odreeni
6
nivo goriva u komori plovka i stoga je
7
vezan za iglu koja, zavisno od položaja
plovka, otvara ili zatvara otvor za ulaz
8
goriva. Komora plovka je preko otvora
spojena sa okolnom atmosferom, znai,
pritisak u komori plovka jednak je
9
pritisku okolne atmosfere (po). U toku
takta usisavanja, tj. kada klip motora ide
1 - raspršiva; 2 - difuzor; 3 - komora smješe; ka UMT i kada je otvoren usisni ventil,
4 - igla; 5 - glavni sisak; 6 - plovak; 7 - komora pritisak u cilindru zbog poveanja
plovka; 8 - leptir (regulacioni element); zapremine postaje niži od pritiska
okolne sredine. Na taj nain obrazuje se
9 - usisna cijev
razlika pritiska okolne sredine (po) i u
Sl. 4.7 Shema prostog karburatora (rasplinjaa) cilindru (pa). Pod dejstvom razlike
pritiska okolni zrak ulazi kroz preista
zraka u karburator i kroz komoru
smješe i usisnu cijev kroz otvor usisnog ventila ulazi u cilindar. Prilikom prolaska
kroz difuzor struja zraka zbog suženog poprenog presjeka poveava svoju brzinu,
zbog ega se na tom mjestu smanjuje pritisak, tj. poveava razrjeenje. Pod
dejstvom razrjeenja u difuzoru iz raspršivaa izlazi raspršeno gorivo koje u
raspršiva dolazi iz komore plovka kroz sisak. Sisak (dizna) je osnovni element
karburatora koji odreuje protok goriva pri datom razrjeenju u difuzoru. Siskovi
se obino prave od bronze sa tano kalibrisanim otvorima. Promjeri otvora su
obino od 0,2 do 1,5 mm. Kod starijih konstrukcija karburatora siskovi su obino
postavljeni na izlaznom dijelu raspršivaa. Kod novijih konstrukcija karburatora
siskovi se obino postavljaju na izlazu iz komore plovka (slika 4.7). Takav položaj
siska daleko je lakši za održavanje.
Prilikom izlaska iz raspršivaa struja goriva dolazi u zranu struju, i pod dejstvom
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
81
razliitih brzina (brzina zraka je vea od brzine goriva oko 25 puta), mlaz goriva se
raspršuje te se na taj nain poveava dodirna površina estica zraka i goriva.
Raspršeno gorivo pod dejstvom toplote iz zraka isparava i u miješavini sa zrakom
stvara svježu smješu (nekada se smiješa dopunski zagrijava). estice goriva koje
nisu isparile ostaju na stjenkama karburatora i usisne cijevi i otežavaju pravilnu
raspodjelu smješe po cilindrima. Da bi to gorivo isparilo usisna cijev se obino
zagrijava toplotom izduvnih gasova.
Koliina svježe smješe, koja se formira u karburatoru i koja ulazi u cilindar motora,
regulira se otvorom leptira. Zatvaranjem leptira poveava se otpor na putu kretanja
smješe a samim tim se smanjuje razrjeenje u difuzoru, što ima za posljedicu
smanjenje koliine goriva i zraka u komori smješe i u cilindru motora. Znai, kod
karburatorskih motora regulacija je koliinska (kvantitativna).
Pri konstantnom pritisku okolne sredine, konstantnom položaju leptira
(regulacionog organa) i konstantnom broju obrtaja motora, koliina i sastav svježe
smješe se ne mijenjaju. Ako je preista zraka na motoru zaprljan (djelomino
zaepljen), koliina zraka koja ulazi u cilindar pri stalnom položaju leptira i stalnom
broju obrtaja, je manja i smiješa je bogatija. Ovakva pojava se objašnjava tim da
ukoliko otpor preistaa zraka raste, manje zraka dolazi u karburator, a razrjeenje
u poprenom presjeku difuzora raste i iz raspršivaa izlazi vea koliina goriva. Da
bi se obezbijedio potrebni sastav smješe trebalo bi smanjiti popreni presjek dizne
(siska), drugim rijeima, neophodno je izmijeniti regulaciju karburatora. Da bi se
eliminirao utjecaj stanja preistaa zraka na sastav smješe, u današnjim
konstrukcijama karburatora komora plovka povezana je sa izlazom iz preistaa
zraka. Tada se zaprljanost preistaa zraka, ija je posljedica smanjenje pritiska, ne
samo u poprenom presjeku difuzora nego i u komori plovka, eliminira. Takvi
karburatori nazivaju se balansirani karburatori.
4.3.2 Podjela karburatora
Naješe se podjela karburatora vrši s obzirom na konstruktivne specifinosti, ali
mogu se uzti u obzir i drugi kriteriji. Tako se pominju podjele karburatora:
1) S obzirom na pravac kretanja zraka kroz difuzor i komoru smješe:
a) zrak se na prolazu kroz karburator diže (slika 4.8 a)),
b) zrak na prolazu kroz karburator pada (slika 4.8 b)) i
c) zrak struji na prolazu kroz karburator horizontalno (slika 4.8 c)).
Na automobilskim motorima primjenjuje se naješe karburator sa padajuim
protokom zraka. Njegova prednost je da omoguuje bolje punjenje cilindra zbog
manjeg otpora u usisnom sistemu i pogodniji je za opsluživanje.
Karburatori sa horizontalnim protokom zraka najviše se upotrebljavaju na motorima
za motocikle, motorima za trkae automobile i sl.
4. Stvaranje smješe kod oto motora
82
2) S obzirom na broj komora (grla) gdje se formira smješa:
a) jednokomorni (jednogrli) i
b) dvo ili višekomorni karburatori.
Višekomorni karburatori koriste se na motorima veih snaga da bi se smanjenjem
aerodinamikih otpora poboljšao stepen punjenja motora i dobila homogenija
smješa, odnosno obezbijedila ravnomjernost raspodjele goriva po cilindrima.
Sl. 4.8 Vrste karburatora s obzirom na pravac kretanja zraka
3) S obzirom na konstrukciju regulacionog organa:
a) karburatori sa leptirom,
b) karburatori sa zasunom.
Zasun za regulaciju koliine smješe koristi se kod jedno i dvocilindrinih motora
kod kojih naroito dolazi do izražaja nestacionarnost protoka zraka. Zasun
omoguava promjenu presjeka u vrlo širokim granicama, što je važno za stvaranje
potrebnog razrjeenja u difuzoru i dobivanja odgovarajueg sastava smješe pri
mijenjanju optereenja.
4) Prema nainu dovoda goriva:
a) karburatori sa plovkom,
b) karburatori sa membranom i ventilom (sistem Stromberg).
Rasplinjai (karburatori) sa plovkom se najviše upotrebljavaju i obezbijeuju
relativno jednostavno dovoenje goriva do pojedinih mjesta gdje se gorivo dozira.
U komori plovka održava se praktiki konstantan nivo goriva.
Na zrakoplovnim, pa i na brodskim motorima karburatori sa plovkom postaju
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
83
nepodesni i tamo se koriste membranski karburatori. Trenutni protok goriva,
odnosno ubrizgana koliina zavisi od razlike statikog i dinamikog pritiska jer je
difuzor izveden u vidu venturi cijevi. Razlika pritiska djeluje na površinu membrane
koja se savija i pomjera ventil za doziranje goriva.
z ) i teoretski potrebnog ( m
g l o ) protoka
Na slici 4.9 data je zavisnost stvarnog ( m
zraka i koeficijenta viška zraka (ekvivalentnog odnosa) (Oz) u funkciji pada pritiska
na difuzoru. Ove krive predstavljaju karakteristiku optereenja prostog karburatora
za ekvivalentni odnos zraka (Oz).
lz
I
III
II
mZ
mgl0
mgl0
1,2
8,34
mZ
1,0
5,56
lz
2,78
0,8
0,6
1
Dhrgg
2
3
4
5
6
I – zona praznog hoda
II – zona srednjih optereenja
III – zona maksimalnog
optereenja
h Ug g - pad pritiska u
difuzoru pri kome dolazi do
poetka istjecanja goriva iz
raspršivaa
Dpd [kPa]
Sl. 4.9 Karakteristika optereenja prostog karburatora
Istjecanje goriva poinje u trenutku 'p d
'h U g g nakon ega je smiješa
z
siromašna (Oz > 1). Vrijednost Oz = 1 postiže se za sluaj m
g l o , a zatim sa
m
poveanjem 'pd smiješa se obogauje i dalje (Oz < 1), ali znatno intenzivnije u zoni
manjih optereenja. Kod visokih optereenja vrijednost Oz se skoro stabilizira.
Uporeujui karakterisktiku prostog karburatora (Oz=f('pd)) na slici 4.9 i poželjnu
karakteristiku Oz za elementarni karburator (slika 4.4) (crtkana linija, a na nižim
optereenjima preklopljena sa krivom max. ekonominosti), jasno je da
karakteristika prostog karburatora ne odgovara zahtjevima motora. Zbog toga, da bi
se karakteristika optereenja elementarnog karburatora za ekvivalentni odnos (Oz),
približila karakteristici idealnog karburatora (zahtjevima motora), neophodno je
elementarnom karburatoru dodati:
- ureaj za kompenzaciju (osiromašenje smješe) na malim i srednjim
optereenjima,
- ureaj za obogaenje smješe,
- ureaj za ubrzanje motora,
- ureaj za startovanje motora na niskim temperaturama,
4. Stvaranje smješe kod oto motora
84
-
ureaj za prazan hod,
ostale pomone ureaje.
4.3.3 Dodatni ureaji na karburatoru
U nastavku e biti kratko objašnjeni principi rada gore nabrojanih dodatnih
ureaja na karburatorima, sa najvažnijim karakteristikama.
4.3.3.1 Ureaji za kompenzaciju
Ureaji za kompenzaciju osiromašuju smješu koja se stvara u prostom karburatoru
pri radu u zoni II (slika 4.9), tj. na srednjim optereenjima. Poveanje ekvivalentnog
odnosa zraka (Oz) naelno se može izvršiti dodavanjem zraka pri nepromijenjenoj
koliini goriva ili koenjem dovoda goriva pri nepromjenjenom masenom protoku
zraka. U praktinim konstrukcijama zastupljena su oba principa rada.
Konstrukcija ureaja za osiromašenje smješe uvoenjem dopunskog zraka shematski
prikazama je na slici 4.10. Na slici 4.10 a) i b) zrak se dovodi mimo difuzora. Otvaranjem
leptira poveava se brzina zraka koji struji kroz difuzor. eoni otpor iskorištava se za
savijanje elastinog poklopca ijim otvaranjem se regulira veliina efektivnog presjeka za
ulazak dopunskog zraka (mjesto B) koji razrjeuje smješu (slika 4.10 b)).
a) i b) - uvoenjem zraka pored difuzora, c) i d) - uvoenje zraka iza difuzora.
A - osnovni protok zraka, B - dopunski protok zraka
1-2 ventil za dovod dopunskog zraka
Sl. 4.10 Ureaji za kompenzaciju osiromašenjem smješe dovoenjem dopunskog zraka
Uvoenje zraka iza difuzora, prikazano shematski na slici 4.10 c) i d), bazira se na
promjeni potpritiska u komori iza difuzora. Pravilnim izborom krutosti opruge (2) i
efektivnog presjeka ventila (1) dobiva se željena karakteristika korekcije smješe u
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
85
zavisnosti od položaja leptira, odnosno razrijeenja u difuzoru. Principijelan izgled
takve karakteristike prikazan je na dijagramu na slici 4.11 za koga se može dati
slijedee objašnjenje – na dijelu a-c karburator radi kao elemetarni karburator
(elastini poklopac nije otvoren). Od take c poinje otvaranje elastinog poklopca i
lZ
mZ
mg l 0
l
a
mg l 0
n
m
lZ
1,2
I
1,0
d
e
c
0,8
0
mZ
II
Dhrgg
01
Dpd
Sl. 4.11 Karakteristika karburatora sa ureajem za osiromašenje smješe uvoenjem
dopunskog zraka iza difuzora
završava se u taki d. Na dijelu c-d smiješa se osiromašuje uslijed dovoenja
dodatnog zraka (B, slika 4.10) iza difuzora. Od take d do take e (elastini
poklopac potpuno otvoren) poinje ponovno obogaenje smješe (slino
elementarnom karburatoru) jer je sada presjek za prolaz zraka konstantan. Dio
karakteristike c-d odgovara procesu od poetka otvaranja elastinog poklopca
(taka I) do trenutka kada je potpuno otvoren (taka II). Kriva 0-II pokazuje
zavisnost potrošnje zraka od 'pd pri potpuno otvorenom elastinom poklopcu, a
kriva 0-m pri potpuno zatvorenom poklopcu. Crtkana linija 0-I-II predstavlja
stvarnu potrošnju zraka prilikom rada ureaja za kompenzaciju. Stvarna potrošnja
goriva prikazana je krivom 01-n koja odreuje teoretsku minimalnu koliinu zraka
za izgaranje m
g koliine goriva.
Osnovne prednosti ovakvog naina kompenzacije su jednostavnost konstrukcije i
dosta dobro prilagoavanje uslovima rada. Zbog ventila za zrak, mogu se ostvariti
velike brzine strujanja zraka u difuzoru (smanjenje prenika difuzora), što daje vrlo
dobro raspršivanje goriva i pri radu sa pritvorenim leptirom. Nedostaci su
postojanje pokretnih dijelova, trošenje dijelova, šum i dopunsko pulsiranje zraka.
Slina karakteristika dobiva se i za ureaj za konpenzaciju prikazan na sl. 4.10 c) i d).
Principijelna mogunost i konstrukcija ureaja za osiromašenje smješe koenjem
dovoda goriva shematski je prikazana na slici 4.12. U tom sluaju karburator dobiva
dodatni zrani sisak (2) koji stvara razrjeenje pred siskom za gorivo (1), po zakonu
86
4. Stvaranje smješe kod oto motora
koji se razlikuje od zakona promjene pada pritiska u difuzoru. Kod takvog
karburatora razrjeivanje u prostoru (3) raste otvaranjem leptira sporije nego
razrjeivanje (pad pritiska) u difuzoru. Željena karakteristika podešava se pravilnim
izborom i oblikom siska za zrak i gorivo. Sisak ima u tom sluaju poseban
konstruktivni oblik i iz njega ne istjee kontinuirani mlaz goriva, nego emulzija
zraka i goriva.
Osiromašenje smješe mogue je vršiti i ureajem sa dva siska. Principijelna shema
takvog ureaja data je na slici 4.13. Pri malom i srednjem optereenju gorivo se
dozira u difuzor kroz dva siska.
Kompenzacioni sisak vezan je za komoru plovka preko specijalne komore (3) i
posebnog siska. Protok goriva kroz glavni sisak (1) zavisi od pada pritiska u
difuzoru zbog ega potrošnja goriva raste otvaranjem leptira, brže nego potrošnja
zraka koji prolazi kroz difuzor. Kod malog razrjeenja u difuzoru, kompenzaciona
komora je napunjena gorivom i popunjava se u zavisnosti od potrošnje goriva
proticanjem kroz kompenzacioni sisak (2). Ako se pad pritiska u difuzoru poveava,
gorivo u kompenzacionoj komori brže se potroši nego što se komora puni i kroz
raspršiva (5) ulazi emulzija goriva i zraka. Zbog toga, istjecanje goriva kroz
kompenzacioni sisak (2) više ne zavisi od pada pritiska u difuzoru i protok goriva se
1 - sisak za gorivo, 2 - sisak za zrak, 3 - kanal
i 4 - raspršiva
1 - glavni sisak, 2 - pomoni sisak, 3 - komora
pomonog siska, 4 i 5 - cijev glavnog i pomonog
siska za gorivo
Sl. 4.12 Shematski prikaz konstrukcije
kompenzacionog ureaja sa
osiromašenjem smješe koenjem
doziranja goriva
Sl. 4.13 Ureaj za osiromašenje smješe sa dva
siska
više ne mijenja. Na taj nain se pomou glavnog siska smješa otvaranjem leptira
obogauje, a pomou kompenzacionog siska osiromašuje. Željena karakteristika
karburatora dobiva se pravilnim izborom odnosa provrta glavnog i
kompenzacionog siska, odnosno karakteristka njihovih
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
1 - glavni sisak, 2 - igla, 3 - poluga i veza sa
osovinom leptira
Sl. 4.14 Ureaj za osiromašenje smješe
mehanikim reguliranjem doziranja
goriva
1 - leptir, 2 - difuzor, 3 - sisak, 4 - opruga
a) efektivni presjek difuzora kada su polutke
difuzora u nomalnom položaju
b) efektivni presjek difuzora pri razmaknutim
polutkama difuzora
Sl. 4.15 Shema ureaja za postepeno osiromašenje
smješe kontinuiranom promjenom
efektivnog presjeka difuzora
87
koeficijenata istjecanja. Karakteristika
osiromašenja smješe može se
definirati i mehanikim reguliranjem
istjecanja goriva. Shema takvog
ureaja prikazana je na slici 4.14.
Prolazni presjek siska za gorivo
mijenja se položajem igle koji opet
zavisi od položaja leptira. Željena
karakteristika karburatora u podruju
zone (II) – slika 4.9, regulira se
pravilnim izborom zakona promjene
aktivnog presjeka siska (konusa igle i
koeficijenta istjecanja). Nedostatak
ovog ureaja je vei broj pokretnih
elementa koji stvaraju dodatno trenje.
Jedna
od
slijedeih
moguih
konstrukcija ureaja za osiromašenje
smješe je ureaj sa promjenom
prolaznog presjeka difuzora, prikazan
na slici 4.15. Pri radu prostog
karburatora
sa
nepromjenjivim
presjekom
difuzora,
pritvaranje
leptira praeno je brzim padom
razrjeenja, što ima za posljedicu
znatno osiromašenje smješe. Ako
postoji mogunost da se pritvaranjem
leptira smanji i presjek difuzora,
ime se sprijei brzi pad razrjeenja u
difuzoru, onda je mogue realizirati
karakteristiku postepenog osiromašenja
smješe prikazanu na slici 4.16.
4. Stvaranje smješe kod oto motora
88
Sl. 4.16 Karakteristika karburatora sa postepenim osiromašenjem smješe kontinuiranom
promjenom presjeka difuzora
4.3.3.2 Ureaji za obogaivanje smješe
Prelazom motora na rad u podruje maksimalnih optereenja smješu treba brzo
obogatiti. Ovaj zadatak na karburatoru izvršavaju posebni ureaji koji se nazivaju
obogaivai smješe. Danas postoje vrlo razliite konstrukcije obogaivaa koje se
baziraju na raznim fizikalnim principima, od kojih su kao primjer na slici 4.17
shematski prikazane dvije. Sheme su, zbog lakšeg uoavanja principa rada, znatno
pojednostavljene.
Ako je leptir djelomino otvoren, gorivo dolazi u komoru smješe samo kroz glavni
sisak (4). Ako je leptir potpuno otvoren, poluga (2) otvara ventil obogaivaa (3) i
gorivo se dozira i kroz dopunski sisak (1). Kod nekih drugih konstrukcija ventil
obogaivaa otvara se pomou pneumatskog dejstva slika 4.17 b).
5
6
4
Detalj “A”
7
“A”
3
4
3
8
2
1
1
a)
b)
a - ureaj mehanikog dejstva, b - ureaj pneumatskog dejstva
1 - pomoni sisak, 2 - poluge, 3 - propusni ventil, 4 - glavni sisak, 5 - cilindar, 6 - klip,
7 - opruga klipa, 8 - posebna komora za dopunsko gorivo
Sl. 4.17 Shematski prikaz ureaja za obogaivanje smješe
Ako je leptir djelomino otvoren, u prostoru iza njega nastaje veliko razrjeenje,
klip (6) se pomjera prema gore, a propusni ventil (3) ostaje zatvoren, ime su
obezbijeeni uslovi da nema dodatnog prolaska goriva kroz pomoni sisak (1). Ako
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
89
je leptir potpuno otvoren, ovo razrjeenje se smanjuje i klip (6) cilindra (5), koji je
spojen sa prostorom iza leptira, pod dejstvom opruge (7) pomjera se nadolje i otvara
ventil (3), a time oslobaa dopunski put gorivu kroz sisak (1).
Na nekim motorima karburatori imaju obogaivae oba navedena tipa. Pri tome se
obogaiva sa mehanikim dejstvom smatra osnovnim i on radi samo ako je leptir
potpuno otvoren. Obogaiva sa pneumatskim djelovanjem je dopunski. Pomou
njega motor može da radi sa bogatom smješom, ne samo ako je leptir potpuno
otvoren, ve i ako je djelomino otvoren . Kada motor radi sa pritvorenim leptirom, a
optereenje kratkotrajno naraste, broj obrtaja motora se smanji ime se smanji i pad
pritiska, kako u difuzoru, tako i u prostoru iza leptira. U tom sluaju ukljuuje se u rad
obogaivaa sa pneumatskim djelovanjem, motor dobiva dopunsku koliinu goriva
ime su stvoreni uslovi da motor savlada privremeno poveane otpore. Dopunski
obogaivai znatno poboljšavaju elastinost vanjske brzinske karakteristike motora.
4.3.3.3 Ureaji za ubrzavanje motora
U radu motora na prelaznim režimima na savremenim automobilskim motorima
važnu ulogu imaju dinamike karakteristike motora, tj. da prelaz sa jednog režima
rada na drugi bude što krai. Pri ubrzavanju obino se sa režima srednjeg optereenja
prelazi na režim maksimalne snage, što znai da smješu treba obogatiti, ali na takav
nain da se zadrži stabilno izgaranje sa postepenim ili relativno brzim poveanjem
koliine izgorene miješavine.
Prelazni režimi su veoma važni i sa stanovišta emisije toksinih supstanci jer se izgaranje
vrši u uslovima nedovoljnog prisustva kiseonika, a ako se smješa suviše brzo obogauje,
to nije praeno adekvatnim miješanjem zraka i goriva (mjenja se Oz), a samim tim
smanjuje se brzina izgaranja, odnosno raste emisija neizgorjelih ugljikovodonika.
Naelna zavisnost vremena ubrzanja od sastava smješe prikazana je na slici 4.18, a
važi, naravno, samo za ispitivani motor koji je ubrzavan od 250 do 1500 min-1 pri
punom optereenju i normalnom stanju okolne atmosfere. Na rad motora pri
ubrzavanju pogotovo utjee temperatura okolnog zraka. Ako se motor ubrzava od
režima praznog hoda (u posmatranom sluaju sa 250 min-1), proces stvaranja smješe
opisan je na slijedei nain.
Na praznom hodu se iza zatvorenog leptira stvara visoko razrjeenje, koje obezbijeuje
da gorivo koje izlazi iz siska praznog hoda brzo isparava i da se pare goriva nalaze u
pregrijanom stanju. Ako se leptir brzo otvara, zbog naglog poveanja razrjeenja,
sisak praznog hoda prestaje sa radom, a doziranje goriva iz glavnog siska, zbog
inercije goriva i drugih razloga, za kratko vrijeme zaostane za protokom zraka koji
protie kroz difuzor. Ovo dovodi do naglog osiromašenja smješe. Na slici 4.18
prikazana je promjena temperature smješe pri brzom otvaranju leptira. Smanjenje
temperature i poveanje pritiska odmah utjeu na prelaz para goriva iz pregrijanog u
vlažno stanje, što isto tako izaziva osiromašenje smješe. Na taj nain, umjesto
obogaenja smješe, koje je za ubrzavanje motora nužno, nastaje osiromašenje smješe.
4. Stvaranje smješe kod oto motora
90
Obogaenje smješe se pri brzom otvaranju leptira može postii:
1. prinudnim ubrizgavanjem goriva u difuzor,
2. iskorištenjem goriva koje popunjava komoru pomonog siska (slika 4.13),
3. specijalnim prigušenim ventilima za zrak.
Dt
n [min-1]
Tsm[K]
[s]
313
12
n
1500
1250
10
303
8
6
1000
750
4
293
2
0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 l z
a)
500
250
283
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 t [s]
b)
a) - utjecaj sastava smješe (Oz) na vrijeme ubrzavanja motora od 250 na 1500 min-1; b) - vremenska
zavisnost temperature smješe i broja okretaja motora pri ubrzavanju (promjena brzinskog režima
od n = 250 do n = 1500 min-1). 't - vrijeme ubrzavanja motora; Tsm - temperatura smješe
Sl. 4.18 Zavisnost vremena ubrzanja od ekvivalentnog odnosa zraka (Oz) a) i tok promjene
temperature smješe (Tsm) sa vremenom u fazi ubrzavanja
Kao primjer jedne od moguih koncepcija
konstrukcije ureaja sa prinudnim
ubrizgavanjem goriva u difuzor, na
slici 4.19 prikazan je shematski ureaj sa
potiskivanjem goriva pomou klipa.
Ako se leptir brzo otvara, polužni
mehanizam (2) preko opruge (5) pritiskuje
klip (4). Gorivo se potiskuje kroz
raspršiva (1) u komoru smješe. Istjecanje
goriva ispod klipa u komoru plovka
spreava nepovratni ventil (3). Ako se
leptir lagano otvara, klip se kree relativno
1 - pomoni sisak, 2 - polužni mehanizam za sporo, što omoguava da gorivo protie u
vezu sa osovinom leptira, 3 - nepovratni ventil prostor iznad klipa, kroz zazor izmeu
sa kuglicom, 4 - klip, 5 - potisna poluga.
klipa i voice, a nepovratni ventil ne stupa
u rad. Veza izmeu klipa, pumpe za
Sl. 4.19 Ureaj za brzo obogaivanje smješe
ubrizgavanje i leptira može se ostvariti
mehanikim ili pneumatskim putem.
Osim pumpi sa mehanikim dejstvom, upotrebljavaju se za dodatno ubrizgavanje
goriva i pumpe pneumatskog dejstva nalik na pneumatske obogaivae,
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
91
membranske pumpe i sl. Kombinacija pumpi jednog i drugog dejstva daje najbolje
rezultate.
4.3.3.4 Ureaji za startovanje motora na niskim temperaturama
Stvaranje smješe odgovarajueg sastava pri niskim temperaturama predstavlja
poseban problem. Da bi se obezbijedilo da motor i na niskoj okolnoj temperaturi
dobiva smješu koja je potrebna za sigurno zapaljenje i izgaranje, na karburator se
ugrauje poseban ureaj. Procesi isparavanja lakih goriva kasnije su posebno
tretirani i ovdje se daje samo jedan kvalitativni pregled problematike stvaranja
smješe u uslovima niskih okolnih temperatura i malih obrtnih brzina koje se javljaju
pri startovanju motora.
Na niskoj temperaturi okoline (zraka, zidova usisnih cijevi), malom razrjeenju i
brzini zraka u difuzoru, istjecanje goriva iz siska, njegovo raspršivanje i isparavanje
ne mogu se odvijati tako kako bi to bilo potrebno za brzo i lako startovanje. U tim
uslovima mogu isparavati samo lake frakcije goriva. Što je vei procenat lakih
frakcija u gorivu lakše je startovanje motora. Ali u automobilskim benzinima
koliina lakih frakcija nije znatna.
Da bi se u ovim uslovima startovanja dozirala smješa koja sadrži dovoljno lakih
frakcija benzina, mora se u komoru smješe karburatora dodavati znatna koliina
tenog goriva. Ekvivalentni odnos zraka u tom sluaju vrlo je mali
( O z # 0,15 y 0, 20 ). Prolazei kroz usisnu cijev, zavisno od temperature zraka
(okoline) i zidova cijevi, brzine strujanja i potpritiska (parcijalni pritisci), isparavaju
prvenstveno lake frakcije benzina, a ostalo nesagoreno gorivo slijeva se duž zidova
cijevi. Da bi se obezbijedilo sigurno i
brzo startovanje motora, karburator
mora dozirati odgovarajuu koliinu
1
2
goriva i za tu svrhu imati poseban ureaj.
Naješe se susreu slijedei ureaji
1. ureaj za startovanje sa posebnim
leptirom ispred difuzora
2. posebni ureaji za startovanje
3
a) sa okretljivim zasunom
b) sa klipnim zasunom.
4
Ovim ureajima može se upravljati
runo ili automatski.
Na slici 4.20 shematski prikazana je
1 - specijalni ventil (chok), 2 - propusni ventil za konstrukcija ureaja za startovanje
zrak, 3 - glavni sisak, 4 - leptir.
motora posebnim leptirom. Ventil (1) se
zatvara pri startovanju motora na niskim
Sl. 4.20 Ureaj za startovanje motora sa
temperaturama zbog ega nastane
posebnim leptirom
znatan pad pritiska u difuzoru
4. Stvaranje smješe kod oto motora
92
ime se protok goriva kroz glavni sisak poveava. Protok zraka znatno je smanjen i
strujanje je praktiki mogue samo kroz rupice specijalnog ventila, koji se otvara
uslijed djelovanja zranog otpora na ploice ventila, koji je inae zatvoren
djelovanjem opruge vrlo male krutosti.
Rad motor u uslovima prigušenog strujanja zraka i vrlo lošeg isparavanja goriva,
treba, zbog naprijed navedenih razloga, ograniiti na što krai period zagrijavanja
motora. Iz tih razloga na mnogim automobilskim motorima ugraeni su ureaji koji
obezbijeuju automatski prelaz karburatora na rad sa glavnim siskom im toplotno
stanje motora obezbijeuje normalno stvaranje gorive smješe.
Na slici. 4.21 shematski je prikazan raspored elementa takvog ureaja, koji je u
2
potpritisak
D p=p0-p1
1
3
4
a
5
p1
1 - bimetalna opruga,
2 - specijalni leptir za prigušenje protoka
zraka,
3 - klip vakumskog ureaja,
4 - poluge,
5 - glavni leptir,
a - strujanje izduvnih gasova zraka ili
tenosti za hlaenje motora
Sl. 4.21 Ureaj za startovanje sa vakumskim regulatorom
tom sluaju ukljuen prilikom svakog startovanja motora. Kada je leptir (5)
zatvoren, potpritisak iza klipa (3) održava zatvoren leptir (2). Kada se motor zagrije,
topli fluid opstrujava bimetalnu oprugu (1) i nastala sila polagano otvara poseban
ventil (2). Konstrukcije ovih regulatora su vrlo raznolike s obzirom na zahtjevani
stepen automatizacije i tanosti rada.
4.3.3.5 Ureaji za prazan hod
Pri analizi karakteristike prostog karburatora konstatirano je da je za pripremanje
odgovarajue smješe u podruju praznog hoda potreban poseban ureaj. Prosti
karburator, zbog malog razrjeenja u difuzoru daje tako siromašnu smješu koja ne
bi garantovala zapaljenje i stabilno izgaranje.
Naješi sluaj jeste da se ureaj za pripremanje smješe na režimu praznog hoda
smješti iza glavnog leptira. Postoji vrlo velika raznolikost konstrukcija ovih ureaja
pa su zbog toga shematski prikazani samo neki tipini primjeri.
U sluaju da zrak pri strujanju kroz rasplinja pada, vrlo esto se koristi
principijelna izvedba ureaja za prazan hod, shematski prikazana na slici 4.22.
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
93
Ako je glavni leptir pritvoren, iza njega
se stvara jako razrjeenje i kroz otvor
(5) se dovodi gorivo, iji se protok (a
Dpd=0
time i broj obrtaja motora na praznom
6
hodu) regulira zavrtnjem (4).
1
Pri otvaranju leptira potrebno je da
doe do postepenog poveavanja
2
koliine doziranog goriva. Zbog toga su
3
otvori (3) i (5) tako rasporeeni da se
pri otvaranju leptira prvo zatvara
otvor (3) i gorivo izlazi kroz otvor (5)
4
5
bez dodatka zraka, a kasnije leptir
oslobaa i drugi otvor (3) tako da
1 - posebna komora za gorivo, 2 - dovodni
kanal za dovod emulzije goriva i zraka, 3 - otvor gorivo, odnosno smješa goriva i zraka
izlazi kroz oba otvora. Time je
za gorivo, 4 - zavrtanj za podešavanje protoka
goriva, 5 - otvor za gorivo, 6 - sisak za zrak
omoguen kontinualan prelaz sa režima
rada motora na praznom hodu na
Sl. 4.22 Ureaj za stvaranje smješe za rad
režime malih i srednjih optereenja.
motora na praznom hodu
Kada zrak na putu kroz karburator struji
vertikalno prema gore, za doziranje goriva
na praznom hodu koriste se ureaji ije su principijelne sheme date na slici 4.23 a) i b).
Kako je prikazano na slici 4.23 a), gorivo za smješu na praznom hodu usisava se
kroz cijev kompenzacionog ureaja tako da cijev (1) ima na drugoj strani proširenje
sa injektorom (3) kroz koga ulazi izvjesna koliina zraka.
glavni zrak
pomoćni zrak
u motor
4
1
ulaz
zraka
3
2
a)
b)
a) sa injektorskim usisavanjem zraka, b) sa zaronjenom cijevi za doziranje goriva,
1 - cijev za gorivo, 2 - sisak za gorivo, 3 - injektor, 4 - zavrtanj za podešavanje doziranja goriva.
Sl. 4.23 Ureaj za stvaranje smješe za rad motora na praznom hodu.
(karburator sa strujanjem zraka nagore)
94
4. Stvaranje smješe kod oto motora
Konstruktivna koncepcija, koja je prikazana na slici 4.23 b), omoguava da se
gorivo na režimu praznog hoda dozira kroz sisak (2) iza leptira, a obrtna brzina
motora na praznom hodu podešava se zavrtnjem (4).
4.3.3.6 Ostali ureaji na karburatoru
U prethodnim takama analizirana je konstrukcija osnovnih dodatnih ureaja, koje
ima skoro svaki karburator, da bi se njegova karakteristika sastava smješe podesila
prema zahtjevima koje postavljaju uslovi eksploatacije motora. Za rad motora u
pojedinim specifinim uslovima, da bi se zadovoljili zakonski propisi o dozvoljenoj
emisiji toksinih materija, zahtjev višegorivosti i slino, na karburator se ugrauju i
drugi ureaji, od kojih se ovdje navode samo neki:
a) Regulator broja obrtaja – ugrauje se na karburator za motore koji rade na
odreenom broju obrtaja, a koga treba održavati u zadanim tolerantnim granicama
(npr. motori za pogon elektrinih generatora, kompresora, pumpi i sl.).
b) Ureaji za predgrijavanje smješe – koriste se na karburatoru da bi se
sprijeila segregacija goriva i poboljšala homogenost smješe. Ovim se
djelomino rješavaju slijedei problemi: otežano startovanje motora na niskim
temperaturama, bolji sastav smješe (sa stanovišta zapaljenja i izgaranja) na
praznom hodu, gubitak snage pri ubrzavanju motora, ujednaenje raspodjele
goriva po cilindrima višecilindrinih motora (kako po sastavu, tako i po koliini)
i time manja sumarna emisija nekih toksinih supstanci, spreavanje zaleivanja
rasplinjaa na niskim temperaturama, startovanje i normalan rad motora pri
korištenju istih alkohola ili smješa alkohola i benzina, kada je sadržaj alkohola
vei od 30% i dr.
Predgrijavanje karburatora vrši se opstrujavanjem komore smješe sa spoljnje
strane izduvnim gasovima, toplim zrakom, tenosti iz sistema za hlaenje
motora i sl.
c) Ureaji za visinsku korekciju ugrauju se na karburatore zrakoplovnih
motora, odnosno na motore koji se eksploatišu u uslovima velikih nadmorskih
visina, kada je smanjenje gustine zraka znatno pa zbog toga dolazi do
osiromašenja smješe.
Utjecaj promjene nadmorske visine može se kompenzirati tako da se ili dovede
vea koliina zraka ili manja koliina goriva. Principijelno se koristi jedan od
slijedeih naina:
1) kroz posebni otvor ili ventil dovodi se dopunski zrak,
2) ugrauje se poseban sisak za gorivo sa mogunošu regulacije protoka goriva,
3) smanjenje pritiska u komori plovka znai smanjenje ukupne razlike
pritiska 'pd koja je mjerodavna za protonu koliinu goriva.
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
95
Korekcija s obzirom na gustinu zraka postiže se i uvoenjem
prehranjivanja motora, ali je odnos punjenja u tom sluaju relativno mali.
d) Balansiranje komore plovka primjenjuje se kod veine karburatora
automobilskih motora i sastoji se u tome da se komora plovka ne povezuje
sa atmosferom, ve sa dovodnom cijevi spojenom sa komorom preistaa
iza filtrirajueg elementa. Time se postiže da se promjena otpora preistaa,
do koje vremenom dolazi, podjednako odražava na protok goriva jer se
mijenja razrjeenje u difuzoru
'pd
p'o p d
(4.1)
gdje je
p'o
f ( t ) - pritisak iza preistaa koji se smanjuje poveanjem otpora
uslijed skupljanja mehanikih estica na umetku preistaa;
t - vrijeme rada motora.
4.3.4 Dvogrli (dvokomorni) karburator
Kod motora veih zapremina i sa veim rasponom brojeva obrtaja u random
podruju motora javlja se problem usklaivanja dimenzija difuzora. Ako se izabere
difuzor veeg poprenog presjeka, ime je obezbijeen visok stepen punjenja
motora i odgovarajua snaga na visokim brojevima obrtaja i optereenja, pri nižim
režimima brzina zraka je niska, što ima za posljedicu lošu homogenost smješe. Sa
druge strane, difuzor manjeg poprenog presjeka daje dobru smješu na niskim
režimima rada (brzinskom i režimu optereenja), ali pri punom optereenju i
makimalnom brzinskom režimu stvara veliko prigušenje što se negativno odražava
na karakteristike motora. Ovaj problem rješava se tzv. dvogrlim (dvokomornim)
karburatorom. Primjer jednog takvog karburatora dat je na slici 4.24 koji na sebi
ima primarnu (a) i sekundarnu (b) komoru, gdje je svaka opremljena neophodnim
ureajima (difuzor, rasplinja, siskovi za gorivo i zrak), dok su neki ureaji
zajedniki (komora plovka), a neki ureaji mogu postojati samo na primarnom grlu
(prazan hod, akcelerator).
4. Stvaranje smješe kod oto motora
96
a) osnovno grlo; b) dopunsko grlo
1 - ventil praznog hoda, 2 - pumpa za ubrizgavanje, 3 - ureaj praznog hoda, 4 - leptir za startovanje
hladnog motora (ok), 5 - dopunski difuzor, 6 - glavni sistemi da doziranje goriva, 7 - obogaenje
smješe pri punom optereenju, 8 - plovak, 9 - dovod goriva, 10 - igla plovka, 11 - bajpas,
12 - regulacioni vijak za podešavanje smješe zrak-gorivo, 13 - glavni leptir, 14 - difuzor (grlo),
15 - kontrolni ventil za parcijalna optereenja motora, 16 - grlo dopunskog karburatora.
Sl. 4.24 Shema dvokomornog (dvogrlog) karburatora
Pri nižim optereenjima i nižim brzinskim režimima rada otvara se samo primarno
(glavno) grlo sa ijim je leptirom i povezana komanda gasa, dok se sekundarno grlo
otvara pri visokim optereenjima i brojevima obrtaja motora. Konstruktivno
rješenje za otvaranje leptira sekundarnog grla izvodi se preko mehanikog
mehanima povezanog s leptirom primarnog grla, dok je eši sluaj pneumatskog
sistema za otvaranje leptira sekundarnog grla.
4.3.5 Karburatori sa elektonskim upravljanjem
Ovi karburatori razvijeni su u cilju zadovoljavanja zahtjeva koji se postavljaju pred
sistem za stvaranje smješe, kako bi se dobili odgovarajui energetski i ekološki
parametri motora. Na sici 4.25 data je shema jednog karburatora, koji umjesto niza
ureaja za kotrolu smješe gorivo-zrak, koristi elektronsko upravljenje procesom
rada karburatora na svim režimima rada motora. Elektronska upravljaka jedinica
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
97
Sl. 4.25 Shema karburatora sa elektronskim upravljanjem
(ECU) prima informacije od senzora za parametre koji su važni za rad karburatora.
To su:
- temperature zraka,
- položaj glavnog leptira,
- broj obrtaja motora,
- sastav izduvnih gasova (O2 senzor (O - sonda)),
- temperatura rashladne tenosti i sl.
Elektronska upravljaka jedinica obrauje podatke koji se mjere na sistemu i utjee,
preko prenosnih elementa, na položaj glavnog i primarnog leptira, ime se može, na
svim režimima rada motora, obezbijediti optimalna miješavina zrak-gorivo.
Najsavremeniji karburatori sa elektronskim upravljanjem koriste i funkciju
regulacije sastava smješe u povratnoj sprezi, pomou tzv. lambda sonde, na bazi
Oz=1. Ovaj efekat ostvaruje se djelovanjem na primarni leptir, odnosno finom
regulacijom pada pritiska pod kojim istjee gorivo. Ovo je uslov za korištenje tzv.
trostaznih katalizatora izduvnih gasova. I pored dodatnih ureaja na karburatorima,
elektronskog upravljanja i regulacije procesa rada karburatora, karburatori nisu izdržali
konkurentsku utakmicu sa naglim prodorom sistema ubrizgavanja lakog goriva. Danas,
98
4. Stvaranje smješe kod oto motora
skoro svi oto motori nove proizvodnje koriste sisteme ubrizgavanja lakog goriva.
4.3.6 Ostala oprema instalacije za napajanje gorivom pomou karburatora
U instalaciju za napajanje motora gorivom osim karburatora ubrajaju se:
- pumpa za dobavu goriva
- fini i grubi preistai za gorivo,
- preista za zrak,
- vodovi goriva,
- prelivni ventili i
- kontrolni ureaji.
Pumpe za dobavu goriva služe za prinudni transport goriva od spremnika do
karburatora. Do sada su na automobilskim motorima najviše primjenjivane
membranske pumpe sa mehanikim pogonom, koje u pogledu sigurnosti rada imaju
odreene prednosti pred pumpama sa pneumatskim i elektrinim pogonom. Na
slici 4.26 prikazan je presjek membranske pumpe. Pogon je ostvaren pomou
podizaa membrane i ekscentra koji dobiva pogon od motora. Dobava goriva se
ostvaruje ciklinim kretanjem membrane, koju naniže povlai dvokraka poluga (5),
a u polazni položaj je vraa opruga (4). Pumpa ima ugraen jednosmjerni usisni
ventil (2) i ispusni ventil (1). Hod membrane pod dejstvom poluge je usisni, a
povratni hod je potisni, kada se gorivo potiskuje kroz cijev do karburatora. Dobava
goriva pumpom se automatski prilagoava potrošnji goriva od motora. U sluaju
da je potrošnja goriva manja od dobave, pritisak u vodu i prostoru iznad membrane
poraste, ona se savija, ime je aktivni hod prilikom usisavanja goriva manji.
Preistai za gorivo služe za izdvajanje vode i mehanikih estica ije su dimenzije
vee od 0,1 mm. Za takvo grubo preišavanje koriste se filteri izraeni od
keramikih ploica, papira i sl. Mehanike estice izdvajaju se zadržavanjem na
površini pora kroz koje prolazi gorivo.
Vodovi goriva služe za transport goriva od rezervoara do karburatora. Kao
materijal vodova koristi se bakar, plastika i elik. Promjer cijevi zavisi od protoka
goriva, odnosno snage motora.
Za preišavanje zraka pored fizikog zadržavanja estica mogu se, zbog velike
razlike izmeu gustine mehanikih estica i zraka, koristiti i drugi fiziki efekti.
Znai, osim ve pomenutog fizikog zadržavanja estica na prolazu kroz uske
kanale, estice se izdvajaju inercionim efektom i sedimentacijom. Prema nainu
izdvajanja estica, preistai se mogu podijeliti na slijedee tipove: sa suhim ili mokrim
filtrirajuim umetkom, inercioni i ciklonski preistai, preistai sa uljnim kupatilom i
preistai koji predstavljaju kombinaciju naprijed navedenih tipova.
4.3 Napajanje oto motora pomou karburatora (rasplinjaa)
99
1
2
usis
potis
8
3
1 - jednosmjerni ventil na potisu
2 - jednosmjerni ventil na usisu
3 - membrana
4 - opruga
5 - mehanizam za pomjeranje membrane
6 - opruga
7 - potiskiva
8 - prostor iznad menbrane
4
5
6
7
Sl. 4.26 Pumpa za dobavu goriva sa membranom i mehanikim pogonom preko
ekscentra i podizaa
4.4 Sistemi za ubrizgavanje lakog goriva
Težnja za optimiziranjem smješe, kako po sastavu, tako i po koliini, postaje
neophodna ako se žele zadovoljiti u potpunosti svi zahtjevi koji se postavljaju pred
instalaciju za dobavu goriva sa aspekta sve strožijih propisa o zaštiti ovjekove sredine.
Kvalitativna regulacija, tj. doziranje goriva ubrizgavanjem, ima niz prednosti pred
karburacijom i koliinskom regulacijom zbog veih mogunosti regulacije cjelokupnog
procesa doziranja goriva i zraka i njegove automatizacije.
Instalacije sa ciklinim ili kontinualnim ubrizgavanjem goriva i automatskom
regulacijom doziranja, radi održavanja potrebnog ekvivalentnog odnosa (Oz) i drugih
parametara, danas su ve dosta u upotrebi.
Teoretske osnove i konstruktivne koncepcije ciklinog doziranja lakih goriva su
identine kao na instalacijama za ubrizgavanje na dizel motorima, što e se naknadno
objasniti, a kontinualno doziranje predstavlja samo specifini sluaj nestacionarnog
ubrizgavanja goriva. U sklopu ovog razmatranja žele se samo istaknuti neke
specifinosti ovih instalacija, koje potjeu od fizikih osobina lako isparljivih
ugljikovodoninih goriva i koje, naravno, znatno utjeu i na konstrukciju instalacije za
doziranje:
1. Zbog isparavanja pojedinih frakcija benzina ve na relativno niskim okolnim
temperaturama, postoji znatna opasnost od stvaranja gasnih mjehuria u instalaciji.
Gasni mjehurii mogu se sastojati iz para goriva i zraka. Iz tih razloga postoji velika
osjetljivost sistema na temperaturu goriva. Radna temperatura benzina u instalaciji
ne smije prelaziti temperaturu 70 ÷ 80°C.
100
4. Stvaranje smješe kod oto motora
Natpritisak goriva u instalaciji iznosi 1,75 ÷ 2 bar ako se ubrizgavanje vrši
kontinualno u usisnu cijev. Kada se ubrizgavanje benzina vrši direktno u cilindar
motora, pritisak ubrizgavanja znatno je viši od maksimalno mogueg pritiska gasova
u cilindru motora, u toku procesa ubrizgavanja goriva. Pojava gasnih mjehuria i
varijacije temperature goriva u instalaciji znatno utjeu na stvarno doziranu koliinu
goriva, što dovodi do poveane ciklusne i geometrijske neujednaenosti ubrizganih
koliina benzina, a time i ekvivalentnog odnosa zraka (Oz). To zahtijeva da se
poduzmu posebne konstruktivne mjere za izdvajanje gasnih mjehuria, kontrolu
temperature goriva i dr. Brza cirkulacija benzina i poveanje pritiska u sistemu su
vrlo efikasne mjere za otklanjanje ovih nedostataka.
2. Problem startovanja motora na niskim temperaturama okolnog zraka može, iz gore
navedenih razloga, isto tako biti otežan.
3. Posebnu pažnju treba posveti obezbijeenju dobrog podmazivanja dijelova pumpe,
brizgaa, regulatora i dr., koji su uslijed meusobnog kretanja pojedinih dijelova
izloženi utjecaju trenja. Benzin, nasuprot dizel gorivu, ne sadrži frakcije
ugljikovodonika koje bi mogle vršiti podmazivanje ovih površina.
4. Cijela instalacija relativno je sofisticirana pa za njeno održavanje i opravaku treba
dodatno obuavati osoblje.
Instalacija koja se primjenjuje za ubrizgavanje benzina kod automobilskih motora
obino se sastoji od pumpe za gorivo, brizgaa, regulatora i cjevovoda. Sa stanovišta
održavanja sistemi za ubrizgavanje benzina znatno su složeniji nego karburatori.
Kod napajanja automobilskih motora benzin se ubrizgava na slijedee naine:
- u cilindre dvotaktnih motora ciklusnim doziranjem poslije zatvaranja izduvnih
kanala, da bi se izbjegao gubitak goriva prilikom ispiranja,
- u usisne cijevi etverotaktnih motora (obino u neposrednoj blizini usisnih
ventila) ciklusnim ili kontinualnim doziranjem i
- u cilindre etverotaktnih motora.
Najvei efekti postižu se ciklusnim doziranjem u cilindre dvotaktnih motora, jer se u
tom sluaju ispiranjem cilindra vrši ispiranje samo zrakom, pri emu se specifina
potrošnja goriva može smanjiti i do 20 %.
Prilikom ubrizgavanja benzina u usisne cijevi ili cilindre etverotaktnih motora njihov
radni ciklus dobiva posebne osobine u odnosu na radni ciklus u kome se obrazovanje
smješe vrši pomou karburatora, i to:
a) Gorivo se ravnomjernije rasporeuje po pojedinim cilindrima motora i stvarni
sastav smješe u svakom od cilindra veoma je blizak srednjem sastavu smješe za
sve cilindre. Kao posljedica toga lakše se regulira toksinost izduvnih gasova i
motor može raditi sa siromašnijim smješama. Ova prednost manje je izražena pri
ubrizgavanju benzina kontinualnim doziranjem u usisnu cijev.
b) Koeficijent punjenja se, unekoliko, poveava, što se objašnjava manjim gubicima u
usisnom kolektoru, manjim intenzitetom predgrijavanja smješe i veim masenim
4.4 Sistemi za ubrizgavanje lakog goriva
101
punjenjem pri ubrizgavanju goriva neposredno u cilindar na kraju procesa
usisavanja, kada se isparavanje benzina vrši poslije zatvaranja usisnog ventila.
c) Stepen sabijanja može se poveati, što se objašnjava sniženjem temperature u
procesu usisavanja i sabijanja, jer se zagrijavanje usisnih cjevovoda smanjuje i
vei dio goriva isparava u unutarnjosti cilindra.
d) Prihvatanje (naglo ubrzavanje) motora, saglasno objavljenim rezultatima, se
znatno poboljšava jer je zaostajanje struje goriva za strujom zraka prilikom
ubrizgavanja manje izraženo.
e) Doziranje goriva pri ubrizgavanju u cilindar u procesu startovanja hladnog
motora znatno je tanije, nego kod karburatora, što ima za posljedicu olakšan
start hladnog motora.
Nabrojane osobine znatno su više izražene prilikom ubrizgavanja goriva u cilindre
nego pri ubrizgavanju u usisnu cijev. Ubrizgavanje goriva u cilindre motora može se
vršiti u poetku procesa usisavanja, za vrijeme procesa sabijanja ili na kraju procesa
sabijanja što direktno utjee na pritisak ubrizgavanja. S obzirom na ciklusnu dobavu
kod oto motora koja je veoma mala, instalacija za ubrizgavanje goriva mora biti
izraena sa visokom tanošu, što znatno utjee na cijenu, što je jedan od
nedostataka. Još jedan od nedostataka je skraenje vremena za obrazovanje smješe,
što je naroito izraženo prilikom ubrizgavanja goriva u cilindre.
Iako iznesena preimustva ubrizgavanja goriva u odnosu na karburaciju nisu toliko
izražena, na osnovu ispitivanja može se ocijeniti da ona ipak imaju znatan utjecaj. Na
slici 4.27 prikazana je efektivna snaga (Pe) i specifina potrošnja goriva ge pri
ubrizgavanju i karburaciji za konkretan
Pe
primjer motora. Instalacija za ubrizgavanje
[kW]
Pe
goriva (pumpe za gorivo i brizgai) pri
70
kontinualnom ubrizgavanju goriva u
usisnu cijev konstruktivno je prostija i
60
manje zahtjevna sa aspekta upravljanja u
50
odnosu na instalaciju za ubrizgavanje
40
goriva u cilindre i ona radi pri manjim
g e [g/kWh]
pritiscima. Kod ubrizgavanja u usisnu
30
cijev pritisak obino ne prelazi 3 ÷ 5 bar.
400
20
Osnovna podjela sistema ubrizgavanja
300
lakog goriva je:
10
a) Prema dužini trajanja ubrizgavanja
200
0
2000 4000
n °/min
koristi se
karburacija
- ciklusno i
ubrizgavanje
- kontinualno ubrizgavanje.
b) Prema mjestu ubrizgavanja postoji
Sl. 4.27 Brzinska karakteristika snage i
- ubrizgavanje u usisnu cijev
specifine potrošnje goriva
(SPI),
102
4. Stvaranje smješe kod oto motora
- ubrizgavanje ispred usisnog ventila ili direktno u cilindar (MPI) i
- direktno u cilindarmotora (GDI).
c) Prema nainu reguliranja sistema postoje:
- sistemi sa mehanikom regulacijom,
- sistemi sa elekronskom regulacijom.
Primjer sistema ubrizgavanja lakog goriva sa mehanikom regulacijom dat je na
slici 4.28, gdje su dati i svi osnovni elementi instalacije.
1 - spremnik za benzin, 2 - pumpa za gorivo, 3 - prekida, 4 - preista, 5 - elektromagnetni ventil
za startnu koliinu goriva, 6 - prigušiva oscilacija pritiska goriva, 7 - sekcija pumpe visokog
pritiska, 8 - cijev za zrak pri startovanju motora, 9, 10 - razvodnik goriva, 11 - glavni brizga,
12 - brizga za startovanje (emulzija zraka i goriva), 13 - usisna cijev za zrak sa leptirom za
koliinsku regulaciju, 14, 15, 16 - polužje, 17 - komandna pedala u kabini vozaa, 18 - cijev
Sl. 4.28 Shema instalacije za ubrizgavanje lakog goriva sa mehanikom regulacijom
Sistema ubrizgavanja lakog goriva sa elektronskom regulacijom ima razvijeno više
razliitih tipova, sve sa ciljem optimiziranja procesa ubrizgavanja i formiranja
smješe. Tako firma Bosch, kao najpoznatiji proivoa ovih sistem posjeduje
varijante sistema ubrizgavanja benzina:
- K Jetronic – mehaniko-hidrauliki sistem sa kontinuiranim ubrizgavanjem
benzina i mehanikom regulacijom koliine ubrizgavanja goriva,
- L Jetronic – elektronskim putem upravljani sistem sa ciklusnim
ubrizgavanjem goriva i direktnim mjerenjem koliine usisanog zraka,
4.4 Sistemi za ubrizgavanje lakog goriva
-
-
103
KE Jetronic – mehaniko-hidrauliki sistem za ubrizgavanje benzina sa
dodatnim elektronskim ureajem za reguliranje smješe,
LH Jetronic – elektronskim putem upravljani sistem sa ciklusnim
ubrigavanjem benzina i mjerenjem mase usisanog zraka putem davaa na
pricipu „vrele žice”,
D Jetronic – elektronsko upravljanje ubrizgavanjem benzina sa mjerenjem
pritiska u usisnom kanalu,
MONO Jetronic – elektronsko upravljani sistem ubrizgavanja benzina sa
centralnim ubrizgavanjem i
MOTRONIC – elektronsko upravaljani sistem ubrizgavanja benzina i
elektronsko upravljanje sistemom paljenja.
Sa stanovišta trajanja ubrizgavanja, ovi sistemi se dijele na:
- sisteme sa kontinualnim ubrizgavanjem (K Jetronic, KE Jetronic) i
- sisteme sa ciklinim ubrizgavanjem (L Jetronic, LH Jetronic, D Jetronic,
Motronic)
U nastavku su dati primjeri dva razliita sistema ubrizgavanja lakog goriva sa
elektronskom regulacijom (slika 4.29 i slika 4.30).
1 - rezervoar goriva, 2 - elektrina pumpa goriva, 3 - preista goriva, 4 - elektronska upravljaka
jedinica, 5 - brizga, 6 - razvodnik goriva, 7 - regulator pritiska goriva, 8 - sabirni kolektor na usisu,
9 - dava položaja leptira, 10 - ureaj za mjerenje protoka zraka toplom žicom, 11 - lambda sonda,
12 - senzor temperature rashladne tenosti, 13 - razvodnik paljenja, 14 - dava za podešavanje broja
obrtaja pri praznom hodu, 15 – baterija (akumulator), 16 - prekida startovanja
Sl. 4.29 Shema instalacije za ubrizgavanje lakog goriva sa elektronskim upravljanjem (LH Jetronic)
104
4. Stvaranje smješe kod oto motora
Na slici 4.30 prikazan je Motronic sistem ubrizgavanja lakog goriva sa svim važnim
elementima.
1 - rezervoar goriva, 2 - elektrina pumpa za gorivo, 3 - preista goriva, 4 - prigušiva oscilacija
pritiska, 5 - centralna upravljaka jedinica, 6 - regulator pritiska, 7 - razvodnik goriva, 8 - svjeica,
9 - brizga, 10 - ureaj za mjerenje protoka zraka, 11 - senzor temperature zraka, 12 - dava
položaja leptira, 13 - senzor temperature rashladnog medija motora, 14 - dava ugla okretanja
radiolice, 15 - dava broja obrtaja motora 16 - razvodnik paljenja, 17 - autotransformator,
18 - lambada sonda, 19 - glavni relej, 20 - relej pumpe, 21 - prekida paljenja, 22 - baterija
(akumulator), 23 - leptir na usisu, 24 - kontrola toka zraka na leptiru
Sl. 4.30 Shema instalacije za ubrizgavanje goriva sa elektronskim upravljanjem (Motronic)
4.4.1 Osnovni elementi sistema za ubrizgavanje lakog goriva
U nastavku e biti navedeni osnovni elementi instalacije za ubrizgavanje benzina, sa
najvažnijim karateristikama.
Rezervoar goriva – opremjeljen je opremom prikazanom na slici 4.1. Takoer
mora zadovoljavati sigurnosne uslove kao što su otpornost na koroziju,
hermetinost pri pritisku dva puta veem od radnog pritiska. Potrebno je da bude
smješten dovoljno daleko od motora, da bi, ak i u sluaju nesree, vjerovatnoa
upaljenja izlivenog goriva uslijed varnienja bila svedena na minimalnu mjeru. U
nekim konstrukcijama dobavna pumpa za gorivo nalazi se u rezervoaru goriva.
4.4 Sistemi za ubrizgavanje lakog goriva
105
Pumpa za gorivo
6
2
3
4
– ima zadatak da obezbijedi dovoljan protok goriva pod
pritiskom
ubrizgavanja.
Položaj
1
pumpe, osim u rezervoaru, može biti
na potisnom vodu izmeu rezervoara
goriva i preistaa goriva. Izgled jedne
elektrine pumpe za gorivo dat je na
A - usisna stana sa
C
slici 4.31. Element pumpe (3) može
pumpom,
biti razliit. Tako se danas koriste
B - elektromotor,
C - potisna strana,
slijedei elementi pumpe na osnovu
ega nosi naziv i kompletna pumpa:
1 - potisak goriva,
B
- klipna pumpa sa valjiima (do
2 - elektromotor,
6,5 bar pritiska goriva),
3 - element pumpe,
4 - ograniava
- zupasta pumpa sa unutarnjim
pritiska,
ozubljenjem (do 4 bar pritiska
5 - usisna strana,
goriva),
A
6 - nepovratni ventil.
- periferna pumpa (modificirana
centrifugalna pumpa) (do 4 bar
5
pritiska goriva) i
pumpa
sa bonim kanalima
Sl. 4.31 Elektrina pumpa za laka goriva
(do max. 1 bar pritiska goriva),
Sve ove pumpe koriste se kod sistema sa ubrizgavanjem benzina u usisnu granu
(sistema SPI) ili ispred usisnih ventila (sistem MPI).
Ubrizgavanje lakog goriva u cilindar motora ostvaruje se sa pumpama visokog
pritiska koje su u principu jednoklipne ili dvoklipne, i razvijaju pritiske ubrizgavanja
50 ÷ 200 bar.
Preista goriva nalazi se iza pumpe za gorivo. Filtrirajui element preistaa je
naješe od impregniranog papira sa poroznošu od oko 10 Pm. Zadatak preistaa
jeste zaštiti instalaciju za ubrizgavanje od veih neistoa.
Magistralni put goriva (common rail) proteže se duž motora i na njega su
prikopani brizgai svih cilindara. Dimenzije magistralnog voda su tako izabrane da
rad brizgaa ne izazove znatnije oscilacije pritiska. Pritisak goriva u magistralnom
vodu reguliran je posredstvom regulatora pritiska.
Regulator pritiska obezbijeuje konstantnu razliku pritiska izmeu brizgaa i
sredina u koju se vrši ubrizgavanje. Skica regulatora pritiska data je na slici 4.32.
Membrana (4) na kraju djeluje sa jedne strane opurga (2) i pritisak u usisnom vodu
preko prikljuka (1), a sa druge strane pritisak dovodnog goriva (ulaz 6),
4. Stvaranje smješe kod oto motora
106
1
2
3
4
5
6
7
1 - prikljuak na usisni vod motora, 2 - opruga,
3 - nosa ventila, 4 - membrana, 5 - ventil,
6 - dovod goriva (prikljuak na magistralni vod),
7 - povratni vod goriva prema rezervoaru
Sl. 4.32 Skica regulatora pritiska
1 - igla, 2 - jeziak, 3 - kotva, 4 - opruga,
5 - namotaj elektromagneta, 6 - mreža za
preišavanje goriva na ulazu, 7 - elektrini
prikljuak
Sl. 4.33 Brizga sa elektromagnetnim
ventilom
zatvaraju prelivni ventil sa kuglicom (5).
Kada pritisak goriva dostigne odreenu
vrijednost membrana (4) otvara prelivni
ventil (5) i višak goriva ide u rezervoar
preko povratnog voda. Na taj nain
zadržava se približno kostantna razlika
pritisaka u
magistrali za gorivo
(brizgaa) i mjestu gdje se vrši
ubrizgavanje.
Brizga ima elektromagnetno otvarenje.
Postavlja se, ili u usisnoj cijevi na
odgovarajue mjesto, ili na glavi motora.
Izgled tipinog brizgaa za ubrizgavanje
benzina dat je na slici 4.33. Gorivo pod
reguliranim pritiskom ispunjava brizga,
a izlaz brizgaa zatvoren je iglom (1) pod
dejstvom opruge (4). Igla (1) je u
gornjem dijelu vrsto spojena sa
kotvom
(3).
Kada
elektronska
upravljaka jedinica formira strujni
impuls, koji se propušta kroz namotaj (5),
elektromagnetna sila, djelujui na
kotvu, (3) savladava silu u opruzi (4),
iglica se odiže i otvara mlaznicu, tako da
poinje ubrizgavanje goriva.
Ubrizgavanje goriva traje sve do
prestanka strujnog impulsa, kada se
igla (1) ponovno spušta. Maksimalni hod
igle brizgaa je 0,1 ÷ 0,2 mm ogranien
mehanikim graninikom.
Pored osnovnih elementa sistema za
ubrizgavanje lakog goriva, nezaobilazni
su davai–senzori, koji prikupljaju
informacije potrebne za tano definiranje
parametara ubrizgavanja posredstvom
elektronske upravljake jedinice. U
nastavku e biti samo nabrojani
uobiajeni senzori.
4.4 Sistemi za ubrizgavanje lakog goriva
107
4.4.2 Sistem senzora
Tu se ubrajaju:
a) Senzori optereenja motora. Susreu se naješe:
- mehaniki protokomjeri zraka,
- protokomjeri zraka sa vrelim elementom,
- senzor depresije u usisnoj cijevi motora i
- senzor položaja leptira.
b) Senzori broja obrtaja i položaja koljenastog vratila,
c) Senzori temperatura,
d) Senzori detonantnog izgaranja u cilindru i
e) Senzor sastava izduvnih gasova – O2 senzor (lambda sonda).
Na kraju se nalazi i centralna upravljaka jedinica, koja prikuplja signale od svih
senzora na sistemu motor–sistem za dobavu lakog goriva, obrauje ih prema
algoritmu definranom za konkretan motor i preko izlaznih signala upravlja
sistemom ubrizgavanja goriva.
108
109
5. STVARANJE SMJEŠE KOD DIZEL MOTORA
Instalacija za ubrizgavanje goriva kod dizel motora ima kljunu ulogu u procesu
formiranja smješe zrak-gorivo i njenog izgaranja, što najdirektinjie utjee na
ekomominost motora i emisiju zagaivaa u izduvnim gaosvima. Zbog toga je za
instalaciju ubrizgavanja goriva važno
- definirati osnovne zahtjeve koje treba ispuniti instalacija za ubrizgavanje,
- navesti razlog raspršivanja goriva i
- definirati uslove u kojima se odvija proces izgaranja.
5.1
Osnovni zahtjevi koje treba ispuniti instalacija za ubrizgavanje
goriva
Uslovi koje trebaju ispunjavati savremeni motori sui konkretno zahtjevaju od
instalacija za ubrizgavanja goriva u dizel motorima slijedee:
1. tano definiranu koliinu ubrizganog goriva za jedan radni ciklus i njenu
stabilnu periodinost, sa mogunošu odgovarajue promjene, shodno
promjeni režima rada motora;
2. ubrizgavanje goriva u odreenom trenutku, u odgovarajuem trajanju i po
zadatoj karakteristici;
3. raspored i disperziju goriva po zapremini komore koja obezbjeuje što
potpunije ueše zraka pri izgaranju uz povoljne pokazatelje ciklusa;
4. hidrodinamiku uniformnost s ciljem obezbjeenja identine radne smješe
po komorama višecilindrinih motora;
5. regulaciju brzinskih karakteristika ubrizganih koliina goriva u zavisnosti
od željenih karakteristika obrtnog momenta motora i
6. obezbjeenje potrebne koliine goriva za startovanje motora, stabilan
prazan hod i ogranienje maksimalnog broja obrtaja motora.
Pomenuti zahtjevi kompliciraju se zbog:
a) vrlo kratkog ukupnog trajanja ubrizgavanja; zavisno od veliine motora i
režima rada ovo iznosi svega 5 10-4 ÷ 1 10-2 s;
b) malih ubrizganih koliina po ciklusu (brzohodi motori – razne veliine i
režimi rada 10 ÷ 250 mm3/cikl. cil.) uz relativno veliki odnos promjene sa
praznog hoda na puno optereenje (1:5);
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
110
c) uvoenja dvostepenog, pa i trostepenog ubrizgavanja goriva u toku jednog
ciklusa;
d) visokih mehanikih optereenja (pritisci u gorivu su od 400 ÷ 3000 bar) i
visokih temperatura brizgaa;
e) brzih promjena pritisaka i pojava koje prate nestacionarno strujanje fluida i
f) promjenjivih prigušenja uslovljenih kretanjem elemenata koji reguliraju
protone presjeke.
5.2 Osnovni razlozi raspršivanja goriva
Niz energetskih ureaja i mašina koriste tena goriva raspršena u vidu finih kapljica
ili tanki sloj goriva koji se nanosi na površinu komore za izgaranje. Ove dvije grube
podijele, primijenjene na dizel motor, podrazumijevaju tzv. zapreminsko stvaranje
smješe ili stvaranje smješe putem isparavanja goriva sa površine (npr. M-postupak).
esto je nemogue izvršiti ovu podijelu strogo na gore opisani nain. Tako,
prilikom tzv. zapreminskog stvaranja smješe, naroito kod manjih dimenzija
komora (kompresionog prostora motora), uvijek postoji i izvjesno taloženje na zid
radnog prostora.
Osnovni razlozi raspršivanja goriva su:
a) uveanje njegove kontaktne površine radi ubrzanja razmjene toplote i mase
(isparavanja),
b) homogenizacija makroraspodijele u radnom prostoru motora (u komori za
izgaranja) ili raspodijela radi reguliranja brzine oslobaenja toplote pri
izgaranju i
c) namjerna ili organizirana nehomogena raspodijela goriva po radnom
prostoru motora zbog kontroliranog zapaljenja i izgaranja tako nastale
smješe (slojevito punjenje ili slini naini pripreme smješe).
Kada bi gorivo istjecalo pod sasvim malim natpritiskom u prostor izgaranja, emu
bi odgovarala i mala brzina istjecanja, do raspršivanja ne bi došlo. Poveani, ali
nedovoljni, natpritisak izazvao bi raspadanje struje, ali struktura estica raspršenog
mlaza ne bi bila dobra. Pošto je pritisak u komori u poetku ubrizgavanja
25 ÷ 30 bar, zadovoljavajua finoa raspršivanja dobiva se pri znatnim natpritiscima
koji obezbjeuju brzinu istjecanja goriva iz mlaznica brizgaa od
50 ÷ 150 m/s.
Raspadanje struje mlaza na male kapljice (raspršivanje) dešava se pod utjecajem sila
aerodinamikog otpora gasne sredine u koju se vrši ubrizgavanje. Sila
aerodinamikog otpora zavisi od relativne brzine estice goriva u zraku, površine
estice upravne na pravac kretanja, fizikalnih osobina zraka u komori za izgaranje u
trenutku ubrizgavanja i veliina koje odreuju brzinu istjecanja goriva i fizikalne
osobine goriva.
5.2 Osnovni razlozi raspršivanja goriva
111
Pri velikim brzinama istjecanja goriva, raspadanje struje goriva poinje odmah pri
izlazu iz mlaznice. Pri tome se struja mlaza raspada na pojedine estice. estice
goriva koje se kreu u gasnoj sredini deformišu se pod utjecajem aerodinamikih
sila i sila površinskog napona i dolazi do njihovog raspadanja na male kapljice.
Raspršivanje kapljica dogaa se sve dok veliina sila površinskog napona ne bude
vea od veliine sila koje izazivaju raspad struje.
Brzine kretanja estica goriva po presjeku struje u pojedinim trenucima
ubrizgavanja su razliite, pa dolazi do neravnomjernog raspadanja struje mlaza. Kao
rezultat toga obrazuju se kapljice iji se prenici mijenjaju u širokom dijapazonu
(prosjeno 10÷100 Pm).
Na osnovu ranijeg može se zakljuiti da se struja ubrizganog goriva raspala na veliki
broj sitnih kapljica koje obrazuju mlaz raspršenog goriva. Veliina i raspored
kapljica u mlazu raspršenog goriva može se dosta tano odrediti mjerenjem sa LDA
(laser-dopler anemometrom).
5.3 Formiranje prostora izgaranja kod dizel motora
Proces stvaranja smješe kod dizel motora vremenski se poklapa sa dovoenjem
goriva u cilindar, a djelomino i sa procesom izgaranja. U takvim uslovima stvaranja
smješe nemogue je postii takvu ravnomjernost miješanja goriva i zraka koja bi
obezbijedila potpuno izgaranje ubrizganog goriva u stehiometrijskoj koliini zraka
(Oz=1). Zadovoljavajui rad dizel motora sa teorijskom koliinom zraka skoro je
nedostižna granica. Meutim, kako od koeficijenta viška zraka (Oz), tj. od
iskorišenja zraka za izgaranje zavisi srednji indikatorski pritisak i, u krajnjoj liniji, i
specifina snaga motora, to je zavisno od namjene motora, izražena manja ili vea
težnja da motor radi zadovoljavajue sa što manjim viškom zraka.
Motori za vozila u stvarnim uslovima eksploatacije rade pod promjenjivim
režimima optereenja. Najnepovoljniji režimi u pogledu ostvarenja smješe su režimi
punog optereenja i preoptereenja, naroito pri visokim brojevima obrtaja. Pri
smanjenju optereenja smanjuje se koliina ubrizganog goriva uz praktino
nepromijenjenu koliinu usisanog zraka te se srednji koeficijent viška zraka (Oz)
poveava i uslovi ostvarenja smješe postaju blaži.
Da bi se ostvarila dobra smiješa, kako u pogledu potpunosti izgaranja sa što manjim
viškom zraka, tako i u pogledu vremenskog faktora, tj. obezbjeenje blagovremenog
ali bezudarnog izgaranja, može se utjecati sa dejstvom slijedea dva glavna faktora
a) podešavanjem oblika, veliine i dometa mlaza goriva konfiguraciji
kompresionog prostora i obrnuto, podešavanjem kompresionog prostora
karakteristikama mlaza i
b) formiranjem usmjerenog strujanja zraka odgovarajueg intenziteta. Ovaj
faktor posebno je važan kod manjih motora.
112
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
U gradnji savremenih dizel motora postoji veliki broj konstruktivnih rješenja
prostora izgaranja, ali se sva ona mogu grupisati po izvjesnim zajednikim
osobinama. Tako, prema nainu stvaranja smješe postoje dvije osnovne grupe
motora:
- dizel motori sa jedinstvenim prostorom izgaranja, gdje je jedinstven
prostor izgaranja omeen klipom, cilindarskom glavom i cilindarskom
košuljicom; prostor izgaranja obrazuje se obino na raun udubljenja u
klipu; ovi motori se esto nazivaju i motori sa direktnim ubrizgavanjem;
- dizel motori sa podijeljenim prostorom izgaranja ili komorni motori gdje se
prostor izgaranja sastoji iz dijela iznad klipa (glavni dio kompresionog
prostora) i komore smještene obino u cilindarskoj glavi; komora i glavni
dio kompresionog prostora spojeni su preko jednog ili više otvora, tzv.
spojnih kanala; u ovu grupu motora ubrajaju se motori sa pretkomorom,
motori sa vihornom komorom i motori sa komorom povratnog dejstva.
Ubrizgavanje goriva može se vršiti u komoru (kod pretkomore i vihorne
komore) ili u glavni prostor, ispred ulaza u komoru (kod komore
povratnog dejstva), ali se prvo paljenje i izgaranje odvija u komori.
5.3.1
Stvaranje smješe kod dizel motora sa jedinstvenim prostorom
izgaranja
Kod ovih motora prostor izgaranja je jedinstven, jednostavne i kompaktne gradnje,
mahom sa udubljenjima u klipu ili u cilindarskoj glavi u cilju izazivanja vrtloženja
zraka ili spreavanja udara mlazeva goriva o hladnu cilindarsku košuljicu. Gorivo se
ubrizgava obino preko centralno smještenog brizgaa (raspršivaa) sa više otvora,
a raspored i oblik mlazeva prilagoeni su prostoru izgaranja sa ciljem što boljeg
rasprostiranja goriva u sabijenom zraku. Glavni nosilac stvaranja smješe kod ovih
motora je mlaz goriva, u veini sluajeva potpomognut strujanjem zraka u cilindru.
Ovo strujanje zraka mora biti naroito intenzivno kod brzohodnih motora. Kod
dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem koriste se naješe tri naina izazivanja
strujanja zraka, i to:
a) prikladno oblikovanim udubljenjem u elu klipa ili u cilindarskoj glavi. Na
slici 5.1 data su tri primjera komore izgaranja dizel motora CNIDI a), dizel
motora Daimler-Benz b) i dizel motora Tatra c); strujanje zraka u komori
prikazanoj pod a) sasvim je skromno dok je strujanje u komori prikazanoj
pod b) znatno, zbog poveanja širine gornjeg prstena na klipu; uslijed brže
promjene zapremine iznad prstenaste površine na elu klipa zrak e u hodu
sabijanja biti istiskivan iz ove zone i strujae ka udubljenju u klipu; brzine
strujanja najvee su nešto prije nego što klip doe u SMT, a baš oko tog
intervala poinje ubrizgavanje goriv;
5.3 Formiranje prostora izgaranja kod dizel motora
1
113
1
1
2
2
2
a) CNDI
b) Daimler-Benz
c) Tatra
Sl. 5.1 Razliite konstrukcije komora u klipu motora (motori sa direktnim ubrizgavanjem)
1 - brizga, 2 - komora
b) uvoenjem zraka preko tangencijalno postavljenog usisnog kanala; ovaj
nain esto ne pruža zadovoljavajue rezultate, pa se zato rjee
upotrebljava kao jedini nain izazivanja vrtloženja zraka u komori izgaranja;.
esto se ovaj nain kombinira sa ostalim nainima izazivanja vrtloženja
zraka u komori izgaranja u cilju pospješenja intenziteta vrtloženja i
c) postavljanjem usmjerivaa (deflektora) na usisnom ventilu da bi se dobilo
usmjereno kretanje zraka pri ulasku u cilindar motora.
Dobre osobine direktnog ubrizgavanja u motorima sa jedinstvenim prostorom
izgaranja su:
- rad sa nižim stepenom kompresije nego motori sa podijeljenim prostorom
izgaranja jer je kod direktnog ubrizgavanja odnos površine kompresionog
prostora prema njegovoj zapremini najmanji pa nema znatnog odavanja
toplote fluidu za hlaenje;
- da imaju nisku efektivnu specifinu potrošnju goriva koja se kree u
granicama 190 ÷ 230 g/kWh i
- da rade i sa manjim viškom zrakam (Oz=1,7÷2,0), pa u vezi sa dobrim
koeficijentom iskorištenja goriva mogu postii relativno visok srednji
efektivni pritisak.
Nedostaci direktnog ubrizgavanja su:
- “tvrd rad” motora jer klip prima direktno pritiske izgaranja (100 ÷ 160 bar),
a istovremeno je i vei gradijent promjene pritiska u cilindru motora
(dp/dD
- poveani zahtjevi prema sistemu za dobavu goriva;
- visoki pritisci ubrizgavanja (400 ÷ 3000 bar i više) naroito kod motora bez
unutrašnjeg strujanja zraka i
- upotreba brizgaa sa veim brojem malih otvora koji su skuplji prilikom
izrade i skloni zaepljenju. Visoki pritisci ubrizgavanja i upotreba brizgaa
sa veim brojem malih otvora potrebni su da bi se ostvarila kinetika
energija mlaza koja je kod ovih motora glavni nosilac stvaranja smješe.
114
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
Kod dvotaktnih dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem udubljenje je smješteno u
glavi motora, a klip je ravan zbog velikog termikog optereenja. Kada bi se
upotrebljavao klip sa udubljenjem, vea površina bi bila izložena vrelim gasovima
pa bi i zagrijavanje bilo vee.
Svi do sada navedeni primjeri direktnog ubrizgavanja pripadaju zapreminskom nainu
obrazovanja smješe jer se ubrizgavanje goriva vrši neposredno u prostor izgaranja, a
neravnomjernost sastava smješe dobiva se zbog neravnomjernosti raspodijele goriva
u mlazu, dok je vrtloženje zraka samo dopuna boljem stvaranju smješe.
Originalno rješenje motora sa direktnim
ubrizgavanjem predstavlja motor firme
1
MAN. Kod ovog motora stvaranje
smješe se vrši po jednom novom
principu koji se znatno razlikuje od
3
dosad opisanih. Pronalaza ovog
2
postupka je Mojrer (S. Maurer), a
postupak je poznat pod imenom
M-postupak. Oblik prostora za izgaranje
u klipu za M-postupak dat je na slici 5.2.
Osnovna ideja M-postupka jeste da se
razlaganje goriva izvede pri nižim
4
temperaturama, bez prisustva kiseonika,
a da se potom vrši postepeno miješanje
1 – brizga, 2 – film goriva na zidu, 3 – smjer
pripremljenog goriva sa kiseonikom.
strujanja zraka, 4 – mlaz ulja za hlaenje klipa
Ako je na neki nain izgaranje ve u
toku, onda e ovako formirana smiješa
Sl. 5.2 Skica prostora izgaranja sa
kontinualno izgorjeti, bez ostatka koksa,
ubrizgavanjem na zid komore
jer e cijepanje goriva pri nižim
izgaranja, MAN-ov M-postupak
temperaturama dati grupe estica koje e
sa kiseonikom izgorjeti bez ostatka.
Kod M-postupka gorivo se ubrizgava preko dva dijela mlaza u komoru izgaranja,
tako da se 95% goriva ubrizgava u obliku tankog sloja (filma) tangencijalno u
loptasto udubljenje u klipu gdje formira, po itavom prostoru u klipu, film goriva
velike površine sa srednjom debljinom 12 ÷ 14 Pm pri punom optereenju, a 5%
goriva se ubrizgava u vidu mlaza raspršenog goriva u centar loptastog udubljenja u
klipu. Gorivo, koje je rasporeeno u vidu filma, nije izloženo visokim
temperaturama zraka, nego se toplota za isparavanje goriva uglavnom dovodi od
klipa ija se temperatura održava u grnaicama 450 ÷ 610 K (klip se hladi sa donje
strane uljem za podmazivanje). Poetne centre upaljenja daje onaj dio goriva (5%)
koji je u vidu mlaza ubrizgan u vreli zrak. Ovakav nain obrazovanja smješe u
literaturi se esto naziva slojeviti nain ostvarenja smješe (a ubrizgavanje slojevito
ubrizgavanje).
5.3 Formiranje prostora izgaranja kod dizel motora
115
5.3.2 Stvaranje smješe kod dizel motora sa podijeljenim prostorom
izgaranja
Znatno poveanje energije struje zraka kod dizel motora ostvaruje se primjenom
podijeljenog prostora za izgaranje. Prostor izgaranja dijeli se na dva ili više prostora
koji su meusobno spojeni kanalima. Jedan prostor je smješten izmeu klipa i glave
cilindra (glavni prostor), a drugi u glavi cilindra (dopunska komora).
Kod dizel motora sa podijeljenim prostorom izgaranja, za razliku od motora sa
jedinstvenim prostorom izgaranja, obrazovanje smješe se vrši uz pomo kinetike
energije kretanja zraka koja se formira u procesu sabijanja.
Ubrizgavanje goriva kod motora sa podijeljenim prostorom izgaranja vrši se u
dopunsku komoru gdje postoji intenzivno strujanje zraka ostvareno u toku sabijanja
kao posljedica kretanja zraka iz glavnog prostora kroz spojne kanale u dopunsku
komoru.
Jedan od razloga uvoenja motora sa podijeljenim prostorom izgaranja su i male
dimenzije klipa i nemogunosti direktnog ubrizgavanja goriva u prostor iznad klipa.
To se da vrlo jednostavno zakljuiti, jer veina dizel motora na putnikim vozilima
imali su do nedavno pretkomoru. Nove tehnologije procesa kontrole ubrizgavanja
goriva i kontrole samog izgaranja omoguuju da se i kod dizel motora na putnikim
vozilima koriste komore sa nepodijeljenim prostorom izgaranja. Tako danas
praktino kod dizel mtora preovlauju motori sa nepodijeljenim prostorom
izgaranja, dok se dizel motori sa podijeljenim prostorom izgaranja koriste samo kod
specifinih primjena.
Motori sa podijeljenim prostorom izgaranja nazivaju se još i komorni motori.
a) Dizel motori sa pretkomorom
Kod dizel motora sa pretkomorom prostor izgaranja podijeljen je u dva dijela, i to dio
izmeu klipa i cilindarske glave (glavni dio kompresionog prostora) i dio u
cilindarskoj glavi (pretkomora) koji su meusobno povezani sa više kanala manjeg
prenika postavljenih na donjem dijelu pretkomore. Mlaznica brizga nalazi se u
pretkomori, pa se u nju vrši ubrizgavanje goriva. Zapremina pretkomore iznosi
25 ÷ 40% ukupnog kompresionog prostora, te je otprilike toliki dio zraka u
pretkomori jer u hodu sabijanja jedan dio zraka prestrujava u pretkomoru pri emu
dolazi do vrtloženja, mahom neorganiziranog karaktera. Uslijed prigušenja u spojnim
kanalima pritisak u pretkomori niži je nego u glavnom prostoru (za oko 6 ÷ 8 bar).
Ubrizgavanje goriva i prvo izgaranje vrši se u pretkomori. Uslijed izgaranja goriva
dolazi do porasta pritiska u pretkomori koji je sada iznad pritiska u glavnom prostoru,
te e produkti izgaranja, smiješa koja izgara i naknadno ubrizgano gorivo istjecati
velikom brzinom iz pretkomore prema glavnom prostoru izgaranja. Spojni kanali
izmeu pretkomore i glavnog prostora postavljeni su tako da izazovu vrtloženje u
glavnom prostoru gdje se vrši izgaranje neizgorjelog goriva. Nakon poetka izgaranja
116
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
u glavnom prostoru, mogue je da se odnos pritisaka promijeni u korist glavnog
prostora te da doe do kratkotrajnog strujanja ka pretkomori, ali poslije nekoliko
ovakvih oscilacija struje slijedi smirenija ekspenzija gasova iz cijelog prostora izgaranja.
Na slici 5.3 prikazano je jedno konstruktivno rješenje prostora izgaranja kod dizel
motora sa pretkomorom.
Dobre osobine ostvarenja smješe kod motora sa pretkomorom su:
- mekši rad motora, jer prve i nagle
pritiske koji slijede iza perioda
pritajenog
izgaranja
prima
pretkomora, a samim tim je i
mehaniko optereenje motornog
mehanizma manje;
- blaži kriteriji za sistem ubrizgavanja,
niži pritisci ubrizgavanja i vei otvori
na mlaznici;
- mogunost primjene goriva sa
manjim cetanskim brojem, zbog
mogunosti razlaganja i težih frakcija
na ugrijanim spojnim kanalima i
1 - brizgaa, 2 - glavna komora,
- mogunost forsiranja motora na
3 - pretkomora, 4 – grija
osnovu poveanog broja obrtaja jer
intenzivno vrtloženje pri istjecanju
Sl. 5.3 Izgled prostora izgaranja kod
gasa iz pretkomore u glavnu komoru
pretkomornog motora
omoguava dobro obrazovanje
smješe i izgaranje i pri veim
brojevima obrtaja.
Nedostaci motora sa pretkomorom su:
- poveani toplotni gubici uslijed vee razuenosti površine prostora izgaranja i
poveanog vrtloženja; ovo dovodi i do poveanja potrošnje goriva;
- visoki stepeni kompresije, uslijed toga što je odnos površine prostora za
izgaranje u odnosu na njegovu zapreminu vei, da bi se obezbijedila potrebna
temperatura za sigurno samopaljenje goriva i
- otežano startovanje hladnog motora zbog intenzivne predaje toplote zraka
zidovima spojnih kanala i komore. Za olakšavanje startovanja primjenjuju se grijai.
b) Dizel motori sa vihornom komorom
Kod motora sa vihornom komorom vei dio prostora izgaranja obuhvata vihorna
komora (60 ÷ 75%), a ostali dio glavni prostor izgaranja koji se nalazi direktno
iznad klipa. Vihorna komora i prostor iznad klipa spojeni su kanalima relativno
velikog presjeka, u odnosu na spojne kanale kod pretkomore, koji ulaze
tangencijalno u vihornu komoru. Na slici 5.4 prikazana su neka od rješenja prostora
5.3 Formiranje prostora izgaranja kod dizel motora
117
izgaranja kod dizel motora sa vihornom komorom, a na slici 5.5 dat je nešto
detaljniji izgled jedne vihorne komore.
1 – brizga, 2 – mlaz goriva, 3 – grija
Sl. 5.4 Skica prostora izgaranja sa vihornom komorom
U toku sabijanja zrak prolazi kroz
spojne otvore u vihornu komoru gdje
dolazi do njegovog kružnog kretanja
(zbog tangencijalno postavljenih kanala).
Brizga se postavlja tako da mlaznice
daju mlazeve goriva skoro normalne na
pravac kružnog kretanja zraka.
Dobre osobine motora sa vihornom
komorom su:
- mekši rad motora u odnosu na
direktno ubrizgavanje, ali tvri u
1 - brizga, 2 - glavni prostor izgaranja, 3 - mlaz
odnosu na sistem sa pretkomorom,
- dobro iskorištenje zraka, pa se može
Sl. 5.5 Prostor izgaranja sa vihornom
postii bezdimno izgaranje pri
komorom
koeficijentu viška zraka Oz =1,15÷1,25,
- mogunost rada motora na niskim brzinskim režimima sa zadovoljavajuom
ekonominošu, bezdimnim izgaranjem i malom bukom, zbog promjene
intenziteta vihorenja u komori sa promjenom broja obrtaja motora i
- primjena veih otvora na mlaznici i nižih pritisaka ubrizgavanja zbog
intenzivnog vihorenja u komori.
Nedostaci motora sa vihornom komorom su
- više specifine potrošnje goriva kao posljedica dopunskih toplotnih i
hidrodinamikih gubitaka zbog prelaska gasova iz jednog prostora u drugi i
zbog vee površine prostora sa koga se odvodi toplota i
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
118
-
otežano startovanje hladnog motora zbog intenzivnog odvoenja toplote
na stijenke koje imaju veu površinu.
c) Dizel motori sa komorom povratnog dejstva
Kod dizel motora sa komorom povratnog dejstva ubrizgavanje se vrši u glavni dio
prostora izgaranja, ali pred ulazom u komoru, za razliku od pretkomore i vihorne
komore gdje se ubrizgavanje i prvo izgaranje vršilo u pretkomori. Na slici 5.6. dato
je nekoliko skica prostora izgaranja kod dizel motora sa komorom povratnog
dejstva.
4
4
3
3
2
1
2
4
1
3
3
2
2
1
1
a)
b)
c)
d)
a) Akro-komora u cilindarskoj glavi, b) Akro-komora u klipu,
c) komora povratnog dejstva motora MWM, d) komora sistema Lanova
1- brizga, 2 – mlaz, 3 – komora, 4 - grija
Sl. 5.6 Skica prostora izgaranja kod dizel motora sa komorom povratnog dejstva
Kod motora sa komorom povratnog dejstva, prvo izgaranje vrši se, kod veine
motora, u komori povratnog dejstva.
5.3.3 Uporeenje razliitih naina stvaranja smješe kod dizel motora
Analiza razliitih naina stvaranja smješe pokazuje da je mogue postii visoke
pokazatelje snage (visoke srednje efektivne pritiske) kod dizel motora sa komorom
bilo kog tipa, ako se parametri usklade tako da doe do optimalnog odvijanja
radnog procesa. Nešto manji srednji efektivni pritisci postižu se kod dizel motora sa
pretkomorom zbog poveanih gubitaka pri ostvarenju radnog ciklusa.
Takoer je mogue poveanje broja obrtaja dizel motora sa komorom bez znatnog
pogoršanja kvaliteta radnog ciklusa.
5.3 Formiranje prostora izgaranja kod dizel motora
119
Forsiranje motora primjenom prehranjivanja (natpunjenja) znatno je teže kod
motora sa podijeljenim prostorom izgaranja, jer pri poveanju gustine zraka u
cilindru rastu toplotni i gasodinamiki gubici.
U odnosu na potrošnju goriva najbolji su motori sa direktnim ubrizgavanjem jer kod
njih nema dodatnih gubitaka, izazvanih prestrujavanjem gasa kroz spojne kanale, i
dodatnih toplotnih gubitaka zbog poveane površine prostora izgaranja. Analogno
tome dizel motori sa direktnim ubrizgavanjem imaju lakši start hladnog motora.
Optereenje motornog mehanizma i buka u radu najmanji su kod motora sa
podijeljenim prostorom izgaranja, koji omoguavaju, takoer, dobar rad motora na
promjenjivim režimima i niže pritiske ubrizgavanja goriva, a takoer i primjenu
veih otvora na mlaznicama brizgaa.
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
5.4.1 Podijela instalacija
Instalacija za napajanje gorivom dizel motora treba da omogui:
- ekonominost transformacije hemijske energije goriva u mehaniki rad,
- nisku koncentraciju škodljivih produkata u izduvnim gasovima,
- miran i što je mogue tiši rad,
- pogodnu regulaciju u odnosu na brzinski režim i nivo optereenja,
- odgovarajue “praenje” toka doziranja i koliine goriva na promjenjivim
režimima rada motora sa ciljem postizanja željenih statikih i dinamikih
karakteristika motora,
- nizak nivo mehanikih i termikih optereenja i razumno dug vijek motora
i instalacije za dobavu goriva,
- kompaktnost instalacije za dobavu goriva i njen pogodan smještaj na motor i
- pouzdanost u radu, što manju kompliciranost opsluživanja i realnu cijenu
instalacije.
Instalacije za napajanje gorivom dizel motora mogu se podijeliti uzimajui u obzir
razliite aspekte, kao što su
-
vrsta pogona,
nain stvaranja visokog pritiska i
nain regulacije ubrizganog goriva tid.
U nastavku se daju uobiajene podijele instalacija za dobavu goriva, i to:
- podijela ureaja za potiskivanje goriva pod visoki pritisak (slika 5.7),
- podijela prema regulaciji ubrizgane koliine goriva (sliks 5.8) i
- podijela brizgaa (sliks 5.9).
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
120
Sl. 5.7 Podijela sistema za dobavu goriva prema pogonu i nainu ostvarenja visokog pritiska
PREMA REGULACIJI
UBRIZGANE KOLIČINE
(DOZIRANJU)
Prema početku
pritiskivanja
goriva
Kombinovana
početak-kraj
potiskivanja
Na kraju
potiskivanja
Prigušivanjem
na usisu
Sl. 5.8 Podijela sistema za dobavu goriva prema nainu regulacije ubrizgane (ili potisnute)
koliine goriva
BRIZGAČI
OTVORENOG TIPA
ZATVORENOG TIPA
Pneumatsko
otvaranje
Automatsko
otvaranje
Prinudno
otvaranje
Jedan provrt
Više provrta
(mlaznica)
Jedan provrt
sa jezičkom
Kratki jezičak
Sl. 5.9 Podijela brizgaa
Dugi jezičak
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
121
Zadebljanim linijama na slikama 5.7, 5.8 i 5.9 oznaeni su sistemi koji su eše u
upotrebi. Pored ovih podijela, u literaturi su prisutne i druge podijele, posebno
kopletnih instalacija, kao npr. konvencionalni sistemi i sistemi sa elektronskim
upravljanjam, itd. U nastavku e biti objašnjene najvažnije od ovih podijela kroz
skice i opise pojedinih instalacija.
Primjer instalacije za dobavu goriva kod dizel motora, za sistem linijska pumpa sa
mehanikim pogonom–cijev visokog pritiska–brizga, dat je na slici 5.10
(konvencionalni sistem za dobavu goriva). Rezervoar goriva (1) na sebi obavezno
sadrži mjesto za nasipanje goriva sa oduškom za zrak iz rezervoara, mjera nivoa
goriva, grubi preista (usisnu korpu u rezervoaru) na vodu, kojim se gorivo
transportuje preko niskotlane pumpe (2) i otvor na najnižoj taki rezervoara za
ispuštanje goriva. Na niskotlanoj pumpi (2) nalazi se jedan grubi preista goriva (2a)
i runa pumpa (2b) za punjenje sistema gorivom prije startovanja motora, ukoliko je
instalacija za gorivo bila ispražnjena zbog rastavljanja i opravki na motoru. Od
niskotlane pumpe gorivo se transportuje preko sistema preistaa (3) (jednog ili
više preistaa) do pumpe visokog pritiska (4). Od pumpe visokog pritiska (4)
gorivo ide preko cijevi visokog pritiska (6) na brizgae (5) koji gorivo ubrizgavaju u
tano definiranoj koliini i odreenom vremenu u cilindar motora sui. Na instalaciji
se nalaze prelivni ventil (7) i povratni odnosno prelivni vodovi (8) od preistaa (3),
pumpe visokog
pritiska (4) i od brizgaa (5), koji vraaju višak goriva u
rezervoar (1). Na pumpi visokog pritiska nalazi se regulator broja obrtaja (9) i
varijator ugla predubrizgavanja (10), koji imaju ulogu reguliranja nominalnog,
odnosno maksimalnog broja obrtaja motora i ugla poetka potiskivanja
5
6
3
8
7
2b
10
4
2
2a
9
1
1 - rezervoar goriva,
2 - napojna niskotlana pumpa sa
grubim preistaom goriva (2a) i
runom pumpom (2b),
3 - preista goriva (grubi i fini),
4 - pumpa visokog pritiska,
5 - brizga,
6 - cijev visokog pritiska,
7 - prelivni ventil,
8 - povratne cijevi,
9 - regulator broja obrtaja,
10 - varijator ugla predubrizgavanja
Sl. 5.10 Instalacija za dobavu goriva sa linijskom pumpom (sistem pumpa-cijev-brizga)
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
122
goriva na pumpi visokog pritiska, odnosno ugla predubrizgavanja. Slina instalacija
je i kod sistema pumpa-cijev-brizga sa elektronskom kontrolom pojedinih
parametara, u prvom redu ugla predubrizgavanja i regulacije dobave koliine goriva.
Kod ovakvih instalacija nalazi se elektronska upravljaka jedinica, koja na osnovu
informacija o parametrima stanja na motoru sui, posredno preko odgovarajuih
aktuatora i prenosnih elemenata, vrši upravljanje pojedinih parametara na sistemu
dobave goriva. Pumpa visokog pritiska dobiva pogon od radilice motora, preko
jednog prenosnika. Prenosni odnos prenosnika kod pumpi visokog pritiska za
dvotaktne motore iznosi 1:1, a za etvorotaktne motore 2:1, odnosno broj obrtaja
pumpe i motora sui su isti kod dvotaktnih motora, a kod etvorotaktnih motora
broj obrtaja pumpe je dva puta manji od broja obrtaja motora.
Instalacija za dobavu goriva za sistem pumpa-cijev-brizga, gdje je pumpa visokog
pritiska distribuciona, sa elektronskom kontrolom, ima izgled kao na slici 5.11.
Ovdje se gorivo iz rezervoara (1) transportuje pomou elektrine napojne
pumpe (2) preko usisne korpe (2a) i preistaa goriva (3), do pumpe visokog
pritiska (4). Pumpa visokog pritiska (4) transportuje gorivo preko cijevi visokog
pritiska (6) na brizga (5), gdje se gorivo ubrizgava direktno u cilindar motora. Na
instalaciji se nalaze i prelivni vodovi (8) koji višak goriva vraaju prema rezervoaru
goriva (1). Na slici 5.11 vidi se i elektronska upravljaka jedinica (7), koja regulira
dobavu pumpe visokog pritiska, na osnovu parametara na motoru sui (broja obrtaja,
temperature rashladnog sredstva, temperature zraka, položaja pedale gasa itd.).
Distribucione pumpe dobivaju pogon od radilice motora. Susreu se distribucione
8
4
6
5
8
7
3
1
2
1 - rezervoar goriva,
2 - napojna elektrina pumpa sa
usisnom korpom (2a),
3 - preista goriva,
4 - rotaciona pumpa visokog
pritiska,
5 - brizga,
6 - cijev visokog pritiska,
7 - elektronska upravljaka jedinica,
8 - prelivni vodovi za višak goriva
2a
Sl. 5.11 Instalacija za dobavu goriva sa distribucionom rotacionom pumpom visokog pritiska
(sistem pumpa-cijev-brizga)
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
123
pumpe sa centralnim klipom iji broj aktivnih hodova po jednom obrtaju odgovara
broju cilindara motora, i distribucione rotacione pumpe sa radijalnim i aksijalnim
kretanjem klipova u odnosu na osu obrtanja pumpe. Regulacija dobave goriva kod
ovih pumpi vrši se mehanikim putem, a u novije vrijeme sve više se primjenjuje
elektronska regulacija.
Shema instalacije za dobavu goriva za sistem pumpa-brizga i elektronskom
kontrolom, prikazana je na slici 5.12. Gorivo se transportuje od rezervoara (1),
preko elektrine napojne pumpe (2) sa usisnom korpom (2a), preko preistaa
goriva (3) i nepovratnog ventila (5) do pumpe za gorivo (7). Pumpa za gorivo (7)
ima pogon od radilice motora. Naješe se koristi zupasta pumpa ili zaprena
krilna pumpa. Na njoj se nalaze regulacioni ventili, kako na potisnom vodu, tako i
na povratnom vodu, zbog obezbjeenja istih uslova strujanja goriva u dijelu
instalacije od pumpe (7) do sklopa pumpa-brizga (10). Pumpa (7), potiskuje gorivo
preko cijevi visokog pritiska (9), gdje se nalazi i dava temperature goriva (8), do
sistema pumpa-brizga (10). Sistem pumpa-brizga ima mehaniki pogon preko
bregastog vratila (11). Od sistema pumpa-brizga (10) višak goriva se vraa
povratnim vodom (13) do dobavne pumpe (7). Višak goriva od dobavne pumpe,
ide preko hladnjaka goriva (4) do rezervoara (1) kako bi ga zaštitio od previše
toplog goriva. U sklopu instalacije nalazi se i elektronska upravljaka jedinica (12),
koja prima podatke o parametrima na motoru, stanju zraka i goriva i režimu rada
motora, na osnovu ega vrši regulaciju dobave goriva na sistemu pumpabrizga (10). Sistemi elektronske kontrole dobave goriva na sistemu pumpa- brizga,
su u posljednje vrijeme puno zastupljeni, dok se starije konstrukcije ovakvog
13
9
8
6
7
5
11
3
11
10
10
12
4
1
2
2a
1 - rezervoar goriva,
2 - napojna elektrina pumpa sa usisnom korpom (2a),
3 - preista goriva, 4 - hladnjak goriva,
5 - nepovratni ventil na usisnoj strani pumpe,
6 - povratni vod za višak goriva od pumpe,
7 - pumpa za gorivo, 8 - dava temperature,
9 - cijev visokog pritiska, 10 - sistem pumpa-brizga,
11 - bregasto vratilo za pogon pumpe,
12 - elektronska upravljaka jedinica,
13 - povratni vod
Sl. 5.12 Instalacija za dobavu goriva za sistem pumpa-brizga
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
124
sistema bez elektronske kontrole sve manje koriste. Pored sistema pumpa-brizga,
koji ima vrlo povoljne karakteristike ubrizgavanja, u novije vrijeme sve veu
primjenu ima tzv. sistem common rail.
Instalacija za dobavu goriva sa sistemom common rail ima izgled kao na slici 5.13.
Gorivo se iz rezervoara (1), preko napojne elektrine pumpe (2) i usisne korpe (2a)
transportuje preko preistaa goriva (3) do pumpe visokog pritiska (4). Pogon
pumpe visokog pritiska dolazi od radilice motora, preko spojnice, zupanika, remen
kaiševa itd., sa brojem obrtaja jednakim polovini broja obrtaja motora sui, ali ne
višim od 3000 o/min. Pumpa visokog pritiska (4) potiskuje gorivo preko cijevi
visokog pritiska (5) do zbirne cijevi (common rail) (6). Na zbirnoj cijevi nalaze se
ureaji za kontrolu i održavanje pritiska. To su dava pritiska (8), prelivni ventil (7) i
ograniivai protoka (9). Iz zbirne cijevi gorivo preko cijevi visokog pritiska (10) ide
na brizgae (11). Koliina goriva i oblik karakteristike ubrizgavanja kontroliraju se
putem elektronske upravljake jedinice (13), koja dobiva ulazne podatke o režimu
rada motora preko davaa (14-19). To su davai broja obrtaja (14), ugla bregastog
vratila (15), položaja pedale gasa (16), pritiska zraka (17), temperature zraka (18) i
temperature rashladne tenosti (19). Višak goriva od brizgaa ide povratnim
vodom (12) ka rezervoaru goriva (1). Zbirna cijev (common rail) (6) može biti i
nekog drugog oblika, sa odgovarajuom zapreminom za održavanje parametara
8
5
7
6
10
4
9
12
13
11
12
3
2
1
14
15
16
17
18
19
2a
1 - rezervoar goriva, 2 - napojna elektrina pumpa sa usisnom korpom (2a), 3 - preista goriva,
4 - visokotlana pumpa, 5 - cijev visokog pritiska, 6 - zbirna cijev (common rail), 7 - prelivni ventil,
8 - dava pritiska, 9 - ograniava protoka, 10 - cijev visokog pritiska ka brizgaima, 11 - brizga,
12 - povratni (prelivni) vodovi, 13 - elektronska upravljaka jedinica, 14 - dava broja obrtaja motora,
15 - dava ugla bregastog vratila, 16 - dava položaja pedale gasa, 17 - dava pritisak zraka, 18 - dava
temperature zraka, 19 - dava temperature rashladnog sredstva
Sl. 5.13 Instalacija za dobavu dizel goriva za sistem common rail
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
125
stanja goriva u njoj.
Naprijed prikazane sheme instalacija za dobavu dizel goriva kod motora sui
predstavljaju principijelne sheme sa osnovnim komponentama koje instalacije
trebaju imati. Ovdje, svakako, nisu dati neki specifini elementi koje ugrauju
pojedini proizvoai opreme u cilju razliitih poboljšanja, niti e oni biti posebno
obraivani.
Nešto detaljnije objašnjenje konstrukcije i principa rada instalacija za dobavu goriva
bie dato kroz slijedee cjeline:
- pumpe visokog pritiska,
- brizgai,
- ostali pribor instalacije za dobavu goriva (niskotlana pumpa, preista,
cijev visokog pritiska itd.).
5.4.2 Pumpe visokog pritiska
Osnovni zadatak pumpi visokog pritiska je da obezbijede potiskivanje odgovarajue
koliine goriva prema brizgau i motoru sui, sa pritiskom potiskivanja koji e
omoguiti kvalitetno raspršivanje goriva u cilindru motora. Kvalitetno raspršivanje
podrazumijeva dobivanje što sitnijih kapljica raspršenog goriva u toku cijelog
procesa ubrizgavanja.
Zavisno od namjene motora (putnika vozila, kamioni, brodovi itd.) i koncepta
instalacije za dobavu goriva, može se napraviti gruba podijela pumpi visokog pritiska na:
- linijske (redne) pumpe visokog pritiska; koriste se u koncepciji sistema
dobave goriva pumpa-cijev-brizga;
- distribucione pumpe visokog pritiska; koriste se u koncepciji sistema
dobave goriva pumpa-cijev-brizga;
- pumpe visokog pritiska za sistem pumpa-brizga;
- pumpe visokog pritiska za sisteme common rail-a
U nastavku e biti objašnjeni princip rada i konstrukcija gore navedenih pumpi
visokog pritiska, sa naglaskom na osnovne funkcije koje pumpe trebaju zadovoljiti.
5.4.2.1 Linijska (redna) pumpa visokog pritiska
Linijske pumpe visokog pritiska, ne ulazei u opremu pumpi, mogu se podijeliti
prema nainu regulacije potisnute koliine goriva na:
- pumpe sa mehanikom regulacijom potisnute koliine goriva i
- pumpe sa elektronskom regulacijom potisnute koliine goriva.
Izgled jedne linijske (redne) šestocilindrine pumpe visokog pritiska, sa mehanikom
regulacijom potisnute koliine goriva, dat je na slici 5.14. Bregasto vratilo pumpe (1)
126
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
1 - bregasto vratilo,
2 - regulator broja obrtaja,
3 - varijator ugla
predubrizgavanja,
4 - niskotlana pumpa,
5 - niskotlani kolektor,
6 - prikljuak za cijev visokog
pritiska
Sl. 5.14 Djelomini presjek šestocilindrine linijske pumpe visokog pritiska sa mehanikom
regulacijom
je pogonjeno, naješe preko zupastog prenosnika, od radilice motora sui. Na
pumpi se nalaze mehaniki centrifugalni regulator broja obrtaja (2) i varijator ugla
predubrizgavanja (3), takoer mehaniki centrifugalni. Niskotlanu pumpu za
gorivo (4) pokree ekscentar na bregastom vratilu. Niskotlana pumpa (4) dovodi
gorivo, preko sistema preistaa, u niskotlani kolektor (5) odakle gorivo ulazi u
natklipni prostor pumpe visokog pritiska. U natklipnom prostoru pumpe visokog
pritiska, gorivo se pod visokim pritiskom potiskuje preko cijevi visokog pritiska,
koja je spojena sa pumpom na prikljuku (6), do brizgaa i motora sui. Primjer
linijske šestocilindrine pumpe visokog pritiska, sa elektronskom regulacijom, dat je
na slici 5.15. Pogon pumpe je preko prenosnika, naješe zupastog, dolazi do
1 - cilindar pumpe,
2 - košuljica klipa za promjenu
poetka potiskivanja,
3 - regulaciona letva,
4 - klip pumpe,
5 - bregasta osovina,
6 - magnet za podešavanje poetka
potiskivanja,
7 - osovina za pomjerane ahure (2),
8 - magnet za podešavanje
regulacionog hoda,
9 - induktivni dava hoda
regulacione letve,
10 - utinica
Sl. 5.15 Djelomini presjek šestocilindrine linijske pumpe visokog pritiska sa mehanikom
regulacijom
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
127
radilice motora. Objašnjenje konstrukcije i principa rada linijske (redne) pumpe
visokog pritiska, bie dato kroz najvažnije elemente koji ine jednu sekciju pumpe,
a što se najbolje vidi na slici 5.16. Na ovoj slici dat je aksonometrijski presjek dvije
sekcije jedne redne pumpe sa oznaenim svim važnim elementima.
1 - podloške za visinsku regulaciju
(ugaono podešavanje poetka
potiskivanja),
2 - izlazni prikljuak za gorivo,
3 - zaptivka,
4 - klip rasteretnog ventila,
5 - opruga,
6 - bregasto vratilo,
7 - zupasta regulaciona poluga za
koliinsku regulaciju,
8 - zupasti segment,
9 - valji,
10 - klip pumpe,
11 - košuljica pumpe,
12 - kuište rasteretnog ventila,
13 - opruga rasteretnog ventila,
14 - nosa klipa rasteretnog ventila
Sl. 5.16 Aksonometrijski presjek dvije sekcije redne pumpe visokog pritiska
Najvažniji elementi jedne sekcije redne (linijske) pumpe visokog pritiska su
- bregasto vratilo sa bregovima (6), iji raspored je sukladan rasporedu
paljenja kod motora sui; brijeg ostvaruje kontakt sa klipom (10) preko
valjia (9) i podloški (1) koje služe za definiranje ugla poetka potiskivanja
goriva;
- klip (10) i košuljica klipa (11), na kojoj se nalaze usisni i prelivni otvori za
gorivo. Stalni kontakt izmeu klipa (10) i brijega na bregastom vratilu (6),
posredno preko valjia (9), podloški (1) i prenosnih elemenata,
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
128
obezbjeuje opruga (5). Zakretanje klipa (10), u cilju obezbjeenja
koliinske regulacije, vrši se preko zupastog segmenta (8) i zupaste
regulacione poluge (7) koja je vezana za ureaj za upravljanje režimom rada
motora (kod vozila je to pedala gasa).
Sklop klip-košuljica klipa
Detalj sklopa klipa (10), košuljice klipa (11) i kuišta (14) sa rasteretnim ventilom
formira prostor gdje se vrši sabijanje i potiskivanje goriva preko rasteretnog
ventila (4) (slika 5.16) prema cijevi visokog pritiska i brizgau. Klip pumpe visokog
pritiska, pored aksijalnog pomjeranja izazvanog okretanjem brijega bregastog vratila,
ima i kružno zakretanje preko zupastog segmenta (8) i zupaste regulacione
poluge (7) (slika 5.16). Izgled klipa, košuljice klipa i regulacione ahure sa zupastim
segmentom, za konkretan primjer pumpe visokog pritiska dat je na slici 5.17.
ahura (3) (slika 5.17) sa prorezom uklapa se sa segmentom „z“ na klipu, preko
koga se vrši zakretanje klipa. Zahvaljujui kanalima na gornjem dijelu klipa,
otvorima na košuljici i sprezi klipa sa regulacionom ahurom vrši se regulacija
koliine potisnutog goriva prema brizgau. Primjer na slici 5.17, samo je jedan
konkretan primjer, a konstruktivno postoji dosta razliitih formi kanala na klipu i
razliit broj otvora, kao i njihovih pozicija na košuljici pumpe. Sve ovo zavisi od
željene regulacije potisnute koliine goriva i veliine efektivnog protonog presjeka
usisno-prelivnih otvora na košuljici.
dk
4
H
H
1
5
3
2
regulaciona čahura sa
zupčastim segmentom
“z”
dk
1 - oznaka za montažu,
2 - oznaka za montažu,
3 - ahura,
4 - zupasti segment,
5 - uvrtanj za stezanje
“z”
klipa
presjek H-H
košuljica pumpe
Sl. 5.17 Crtež klipa, košuljice i aksonometrijski pogled na regulacionu ahuru i zupasti segment
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
129
Veza izmeu položaja klipa u košuljici sa dijagramom hoda klipa (hk) i brzine
klipa ( h 'k ), za jedan regulacioni položaj najbolje se vidi na slici 5.18. Pozicija (1) na
slici 5.18 predstavlja klip pumpe u donjoj mrtvoj taki (DMT). Oba otvora na
košuljici su usisni otvori, a desni otvor je i prelivni otvor. Kretanjem klipa iz
pozicije (1) na poziciju (2), zatvaraju se oba usisna otvora na košuljici.
B
hk,hIk
hkmax
(3)
(2)
(1)
hkg
hk
GMT
(4)
A
hkp
I
hk
φ[oBV]
DMT
x
(1)
(2)
(3)
(4)
Sl. 5.18 Karakteristini položaji klipa pri potiskivanju goriva i odgovarajui kinematski
parametri klipa
Ova faza kretanja klipa zove se pretpodizaj klipa (hkp). Daljim kretanjem klipa,
odvija se faza tzv. geometrijskog potiskivanja goriva, do pozicije (3) slika 5.18,
odnosno dok regulacioni kanal ne pone otvarati prelivni otvor, položaj 9 na
slici 5.18 (3). Hod klipa od pozicije (2) do pozicije (3) predstavlja geometrijsko,
odnosno efektivno potiskivanje goriva. Tok brzine klipa, kao i intenzitet brzine u
toj fazi (izmeu take A i B, slika 5.18) ima dominantnu ulogu u procesu
ubrizgavanja goriva. Dalje kretanje klipa do pozicije (4), odnosno gornje mrtve
take (GMT) klipa, predstavlja hod koji nije mnogo interesantan za proces
ubrizgavanja goriva. Naime u toj fazi se odvija proces smirivanja pritiska u sistemu
za ubrizgavanje.
Tako se na slici 5.19 vide tri razliita
primjera oblika kanala na klipu, i to:
- sluaj a) gdje se kosom ivicom
regulira kraj potiskivanja (taka B,
slika 5.19),
- sluaj b) gdje se kosom ivicom ragulira
poetak potiskivanja (taka A,
slika 5.19),
a)
b)
c)
- sluaj c) gdje se kosim ivicama na
Sl. 5.19 Razliite varijante konstrukcije
klipu regulira poetak (taka A) i kraj
kosog regulacionog kanala na klipu
(taka B) potiskivanja goriva
(slika 5.19).
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
130
Pored ovih izvedbi, u praksi se susreu i konstrukcije sa tzv. pominom košuljicom
- šiberom (slika 5.20) ime se regulira poetak i kraj geometrijskog potiskivanja.
Principijelna shema rada ovakvog sistema pokazana je na slici 5.20 a). Na slici 5.20
b) i c) dat je izgled detalja pominog šibera koji klizi po klipu. Na slici 5.20 b)
prikazan je trenutak poetka geometrijskog potiskivanja goriva, a na slici 5.20 c)
trenutak kraja geometrijskog potiskivanja goriva. Gorivo ulazi, kroz usini otvor (6) iz
niskotlane, magistrale (8) kroz kanal u klipu, u natklipni prostor (7). Kretanjem
klipa (2) u pravcu ose, usisni otvor (6) se zatvori šiberom (3) i nastaje geometrijsko
potiskivanje goriva. Ono traje sve dok kosa regulaciona ivica na klipu (4) ne naie na
prelivni otvor (5), kada se natklipni prostor preko otvora u klipu, kosog
kanala (4) i prelivnog otvora (5) spoji sa niskotlanom magistralom (8). Ovdje je
kretanje pomine košuljice–šibera (3) neovisno od aksijalnog i kružnog kretanja
klipa. Ovo kretanje odvija se preko posebnog regulacionog ureaja. Ovakav nain
podešavanja poetka potiskivanja goriva, koje se odvija elektronskim putem na
osnovu veeg broja informacija o stanju parametara rada motora, predstavlja
kvalitetniju zamjenu u odnosu na varijator ugla predubrizgavanja goriva.
7
1
5
5
3
4
x
4
3
3
8
6
2
b)
6
5
4
a)
c)
1 - košuljica,
2 - klip,
3 - pomina košuljica–šiber,
4 - kosi regulacioni kanal,
5 - prelivni otvor,
6 - usisni otvor,
7 - natklipni prostor,
8 - niskotlana magistrala
6
Sl. 5.20 Konstrukcija sklopa pumpe visokog pritiska sa pominom košuljicom–šiberom sa
detaljima položaja pominog šibera
Rasteretni ventil
Rasteretni ventil razdvaja natklipni prostor pumpe visokog pritiska od cijevi
visokog pritiska. Osnovni zadaci ovog ventila su:
- da razdvoji natklipni prostor pumpe od zapremine visokog pritiska kada ne
traje potiskivanje,
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
-
-
131
da u svom povratnom hodu rastereti zapreminu visokog pritiska (kuište
rasteretnog ventila, cijev visokog pritiska i unutarnju zapreminu brizgaa) i
onemogui da, zbog reflektiranih talasa pritiska, doe do naknadnog
ubrizgavanja goriva,
da svojim rastereenjem regulira nivo stalnog pritiska u zapremini izmeu
ventila i brizgaa, i na taj nain smanji zakašnjenje izmeu poetka
potiskivanja i poetka ubrizgavanja goriva.
U praksi se susreu sistemi rasteretnih ventila
- sa konstantnom rasteretnom zapreminom (VR= const.),
- sa konstantnim statikim (zaostalim) pritiskom (po= const.) izmeu dva
ubrizgavanja,
- sa konstantnom rasteretnom zapreminom i dodatnom prigušnicom.
Izgled rasteretnog ventila sa konstantnom rasteretnom zapreminom, koji je i naješe
zastupljen u praksi, dat je na slici 5.21. Ventil sa klipom (1), koji je prikazan na sjedištu
voice klipa (3), pod prednaponom opruge (2), nalazi se u kuištu rasteretnog ventila
(5). Rasteretni hod klipa ventila (hRv) i prenik klipa ventila (dv) oznaeni su na slici
5.21. Na osnovu ovih oznaka, rasteretna zapremina se rauna kao
VR
h Rv
d 2v S
.
4
(5.1)
hRv
Voica opruge (4), data u formi kao na slici 5.21, iskorištena je u cilju smanjenja
zapremine kuišta rasteretnog ventila (Vkl). Ova zapremina predstavlja tzv. „mrtvu
zapreminu“ i njeno smanjenje pozitivno
utjee na hidrodinamike karakteristike
goriva, što e se kasnije detaljnije
objasniti. Kada je zapremina Vkl
5
srazmjerno mala, u odnosu na kompletnu
Fvo ,Cv
Vkl
visokotlanu zapreminu sistema, oblik
1 - klip ventila,
voice (4) na slici 5.21 se izostavlja.
4
2 - opruga,
Drugi oblik rasteretnog ventila sa
3 - voica klipa
VR=const., koji se javlja nešto rjee u
2
ventila,
4 - voica opruge, praksi, prikazan je na slici 5.22. Ovdje je
1
5 - kuište
klip (1) rasteretnog ventila u obliku aše,
rasteretnog
pa esto i nosi naziv„ašasti“ rasteretni
3
venila.
dV
ventil. Pricip rada rasteretnih ventila sa
VR=const., jasno se vidi sa slike 5.21 i
Sl. 5.21 Rasteretni ventil VR= const (tzv.
slike 5.22. Osnovna karakteristika ovih
ventil tipa Atlas)
ventila je rasteretna zapremina, (VR),
kojom se od trenutka razdvajanja
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
132
4
dV
2
1
hRv
3
a) otvoren rasteretni
ventil
b) trenutak razdvajanja
nadklipnog prostora
i visokotlačne zapremine
c) klip ventila na sjedištu
1 - klip ventila, 2 - opruga ventila, 3 - voica klipa ventila, 4 - kuište ventila
Sl. 5.22 Rasteretni ventil ašastog tipa sa VR= const
visokotlane zapremine (VS) i natklipnog prostora do trenutka sjedanja klipa ventila
na sjedište, uveava visokotlana zapremina za vrijednost VR , odnosno pritisak u
visokotlanoj zapremini pada za p.
Rasteretni ventili sa po= const. koriste tzv. nepovratne (jednosmjerne) ventile za
ograniavanje pritiska u visokotlanoj zapremini. Prigušna ploica na rasteretnim
ventilima koristi se kako bi se izbjeglo naknadno ubrizgavanje goriva kod motora
koji imaju isforsirane parametre (snaga, moment, dobava goriva itd.).
Ostali ureaji na pumpi nee se posebno objašnjavati.
5.4.2.2 Rotacione klipne distribucione pumpe
Rotacione klipne distribucione pumpe dobile su naziv rotacione, zbog toga što
ureaj za distribuciju goriva (distributor) prema pojedinim cilindrima motora sui
vrši rotaciju oko vlastite ose. Kretanje klipova, koji stvaraju visoki pritisak u gorivu,
zavisno od konstrukcije, može biti u pravcu ose distributora (aksijalne pumpe) i
normalno na osu distributora (radijalne pumpe).
a) Rotaciona aksijalna distribuciona pumpa
Visoki pritisak kod ove pumpe ostvaruje se aksijalnim kretanjem klipa pumpe
(kretanje u pravcu ose distributora). Na slici 5.23 prikazan je primjer uopštene
sheme jedne rotacione aksijalne distribucione pumpe sa mehanikom regulacijom
potisnute koliine goriva.
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
133
Povrat goriva
prema rezervoaru
3
4
Dovod goriva
1
2
Prema
brizgačima
Klip rasteretnog
ventila
5
1 - napojna pumpa, 2 - pumpa visokog pritiska, 3 - regulator broja obrtaja,
4 - ventil za prekid dobave goriva, 5 - varijator ugla predubrizgavanja
Sl. 5.23 Rotaciona aksijalna distribuciona pumpa sa mehanikom regulacijom potisnute koliine
goriva
U nastavku je, kao primjer, na slici 5.24 data shema jedne rotacione aksijalne
distribucione pumpe visokog pritiska sa elektromehanikom regulacijom potisnute
koliine goriva.
1
2
3
4
6
7
5
1 - senzor hoda regulacione
poluge,
2 - elektromagnetni aktuator,
3 - magnetni ventil za gašenje,
4 - klip pumpe,
5 - elektromagnetni ventil za
podešavanje ugla
predubrizgavanja,
6 - kliza za koliinsku
regulaciju potisnutog
goriva,
7 - rasteretni ventil
Sl. 5.24 Rotaciona aksijalna distribuciona pumpa visokog pritiska sa elektromehanikom
regulacijom
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
134
b) Rotaciona radijalna distribuciona pumpa
Principijelno, ove pumpe razlikuju se od rotacionih aksijalnih pumpi po konstrukciji,
broju i nainu kretanja klipova koji stvarju visoki pritisak u gorivu. Naime, ovdje se
klipovi za stvaranje visokog pritiska goriva kreu radijalno u odnosu na osu obrtanja
pogonskog vratila. Osnovni elementi jedne rotacione radijalne distribucione pumpe
dati su u vidu sheme, na slici 5.25 a). Na istoj slici date su i sheme rotora sa klipovima
i razvodom kanala za gorivo, kao i stator sa razvodom kanala za gorivo.
18
19
17
20
24
15
12
11
9
10
9
15
2
24
8
1
21
3
24
15
7
13
22
13
23
9
6
2
a)
5
25
3
16
4
9 13 22
b1)
15
21 3 14
16
3
9
2
b)
16 13
3 14
22
c)
2
c1)
a) izgled pumpe sa najvažnijim elementima; b), b1) dva razliita pogleda na rotor i stator pumpe
(trenutak dovoenja goriva u natklipni prostor); c), c1) dva razliita pogleda na rotor i stator
(trenutak odovenja goriva prema jednom cilindru motora)
1 - pogonsko vratilo, 2 - klip, 3 - prsten sa kulisama, 4 - ureaj za podešavanje ugla
predubrizgavanja, 5 - dobavna pumpa, 6 - regulacioni ventil, 7 - aura regulacionog venitla,
8 - preista goriva, 9 - rotor, 10 - kuište pumpe, 11 - klip dozator, 12 - kuište, 13 - stator,
14 - valji, 15 - ulazni prikljuak goriva, 16 - prikljuak za cijv visokog pritiska, 17 - ureaj za
odzraku pumpe, 18 - graninik praznog hoda, 19 - poluga regulatora, 20 - prelivni vod, 21 - kanal u
rotoru, 22 - izlazni prikljuak rotora, 23 - razvodni kanali u statoru, 24 - razvodni kanali u rotoru,
25 - natklipni prostor
Sl. 5.25 Rotaciona radijalna distribuciona pumpa sa mehanikom regulacijom
5.4.2.3 Pumpe visokog pritiska za sistem pumpa-brizga
Sa stanovišta hidrodinamikih karakteristika sistem pumpa-brizga daleko je
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
135
kvalitetniji od sistema pumpa-cijev-brizga, gdje se u cijevima javljaju deformacije
potisne karakteristike od pumpe, isparavanje goriva, a esto je prisutna i pojava
kavitacije. Sistem pumpa-cijev-brizga ima jedinu prednost što je fleksibilniji za
ugradnju na razliite motore. Zbog ovih osobina danas se masovno koristi sistem
pumpa-brizga kao i sistem common rail, o emu e kasnije niti govora.
Kod ovog sistema otpada cijev visokog pritiska, koja spaja visokotlanu pumpu i
brizga, kao i rasteretni ventil. Pri objašnjenju pumpe visokog pritiska nee se moi
izbjei pominjanje brizgaa, iako e brizgai biti posebno detaljno objašnjeni. Prema
konstruktivnoj izvedbi ovi sistemi se dijele na
- sisteme gdje je klip pumpe odvojen od brizgaa; veza je preko kratkog kanala
hidrauliknim putem i
- sisteme gdje su klip pumpe i igla brizgaa iz jednog dijela.
Prema nainu regulacije potisnute koliine goriva postoje i ovdje
- pumpe sa mehanikom regulacijom potisnute koliine goriva i
- pumpe sa elektronskom regulacijom potisnute koliine goriva.
Konstruktivna izvedba pumpe visokog pritiska sistema pumpa-brizga, sa
mehanikom regulacijom potisnute koliine goriva i sa kratkim kanalom izmeu
pumpe i brizgaa, prikazana je na slici 5.26.
A
16
3
15
1
4
14
24
1
Pogled “A” sa djelomičnim presjekom
26
5
2
3
4
18
17
19
13
6
25
20
12
7
Vk
8
9
23
22
21
10
11
Vb
1 - prikljuak za dovod goriva, 2 - fini preista goriva,
3 - zupasta letva, 4 - zupanik, 5 - klip, 6 - usisni otvor,
7 -usisno- prelivni otvor, 8 - ploica sa otvorom,
9 - opruga brizgaa, 10 - igla brizgaa, 11 - kanal,
12- košuljica klipa, 13 - spiralni kanal (ivica),
14 - ograniiva, 15 - podiza klipa, 16 - opruga,
17 - zaptivni prsten, 18 - odstojnik, 19 - osovinica,
20 - kuište brizgaa, 21 - raspršiva, 22 - kuište opruge,
23 - oslonac opurge, 24 - prikljuak za preliv goriva,
25 - kanal za gorivo u klipu, 26 - gornji dio kuišta pumpe
Sl. 5.26 Sistem pumpa-brizga sa kratkim kanalom i mehanikom regulacijom potisnute
koliine goirva
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
136
5.4.3 Brizgai
Konstruktivni izgled sklopa brizgaa sa svim elementima, za tri razliita
konstruktivna rješenja, prikazan je na slici 5.27, gdje je rješenje na slici 5.27 a) dato
sa kratkom iglom brizgaa, a na slici 5.27 b) i c) rješenja sa dugim iglama brizgaa.
12
12
1
10
11
1
11
10
9
13
9
8
10
2
8
9
3
8
3
4
12
11
2
3
4
5
2
a)
5
5
6
7
6
6
7
7
b)
c)
1 - štap preista, 2 - kanal za dovod goriva prema brizgau, 3 - prenosni element, 4 - prsten sa
kanalom, 5 - tijelo igle brizgaa (rasprskiva), 6 - nosa, 7 - igla brizgaa, 8 - opruga igle brizgaa, 9 podloška za podešavanje prednapona opruge, 10 - kanal za povrat goriva, 11 - tijelo brizgaa, 12 ulaz goriva u brizga, 13 - zavrtanj za podešavanje prednapona opruge
Sl. 5.27 Presjek tri razliita brizgaa sa automatskim otvaranjem
Prema mjestu montiranja brizgaa na motor (prikljuni navoj) brizgai su unificirani
za odreene klase motora sui. Igla brizgaa (7) i tijelo igle brizgaa (rasprskiva) (5)
su specifine izvedbe i zavise od motora na kome se koriste. Ovaj sklop se u toku
eksploatacije mijenja zbog problema koksovanja otvora na brizgau, habanja
sjedišta igle brizgaa ili drugih slinih nedostataka. Igla brizgaa (7), pod pritiskom
goriva koje dolazi kanalom (2), savladava oprugu (8), podiže se i oslobaa provrte u
tijelu igle brizgaa (5) kroz koje prolazi gorivo u motor. Na slici 5.27, pored
razliitih konstruktivnih formi cijelog brizgaa, zapažaju se i dvije principijelno
razliite konstrukcije igle brizgaa. Na slici 5.27 a) data je kratka igla brizgaa, a na
slici 5.27 b) i c) dati su primjeri brizgaa sa dugom iglom i otvorima na tijelu
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
137
rasprskivaa.
Detalji kratke i duge igle brizgaa,
zajedno sa rasprskivaem, dati su na
3
slici 5.28. Sa stanovišta funkcioniranja
Vb
sklopa igla-tijelo igle brizgaa, prednost
2
1
se daje varijanti sa dugom iglom zbog
4
1
boljeg hlaenja igle od strujanja goriva.
2
3
Na slici 5.28 c) data je duga igla
1
brizgaa sa dijelom igle koji je profiliran
2
Vb
(zasjeen) (4) gdje prolazi gorivo prema
mlaznicama
brizgaa.
Ovakva
a)
b)
c)
konstrukcija igle koristi se kod brizgaa
1 - tijelo igle brizgaa (rasprskiva); 2 - igla sa piezoelektrinim aktuatorom. S
obzirom na to da uvijek postoji potreba
brizgaa; 3 - kanal za dovod goriva
kontroliranog procesa ubrizgavanja
Sl. 5.28 Tri konstruktivne izvedbe sklopa
goriva, odnosno kontroliranog procesa
igla-tijelo igle brizgaa
izgaranja, u cilju uspostave optimalnih
energetskih i ekoloških parametara
motora sui, brizga ima kljunu ulogu
u tom procesu. Prvi pokušaji uvoenja kontroliranog procesa ubrizgavanja, tzv.
stepenastog ubrizgavanja, koje se može najlakše objasniti preko dijagrama hoda igle,
datog na slici 5.29, ostvareno je brizgaima sa dvije opruge.
3
p
[bar]
hi
[mm]
a) 0
hi max
0,4
0,2
t [ms]
čista
kompresija
hi max
hi1
0
b)
stepenasto
ubrizgavanje
(slučaj b)
SMT
hi
[mm]
0,4
0,2
klasično
ubrizgavanje
(slučaj a)
hi max-puni hod
hi1-pretpodizaj
SMT
t [ms]
c)
SMT
a [°KV]
Sl. 5.29 Dijagram hoda igle brizgaa za „standardni“ brizga a), brizga sa dvije opruge b) i
odgovarajui pritisci u motoru sui c)
Upravo zbog toga, u novije vrijeme poinju se primjenjivati brizgai sa prinudnim
otvaranjem koji, umjesto solenoidnog ventila, koriste piezoelektrini aktuator koji
ima daleko krae vrijeme odziva, odnosno brže reakcije od komande do izvršenja
funkcije otvaranja ili zatvaranja brizgaa. Zahvaljujui korištenju piezoelektrinih
138
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
elemenata koji se pri dovoenju napona na krajeve šire, može se upravljati sa
procesom ubrizgavanja, gdje su omogueni
- vei broj ubrizgavanja u toku jednog ciklusa,
- vrlo kratka vremena ubrizgavanja,
- precizno doziranje koliine goriva.
3
qc mm
°BV
Nedostatak piezoelektrinih elemenata (aktuatora) je što im je širenje vrlo malo pri
dovoenju napona na njih. Zbog toga se mora ugraivati dosta veliki broj
piezoelektrinih elemenata, što poveava dimenzije brizgaa, ili se moraju
konstruirati posebni prenosni mehanizmi koji uveavaju regulacioni hod u odnosu
na mali hod piezoelektrinog aktuatora. Slikovit prikaz mogunosti regulacije
ubrizganih koliina goriva u toku jednog ciklusa najbolje se vidi na slici 5.30, gdje je
predstavljena karakteristika ubrizgavanja
goriva u funkciji vremena za sluaj
višestepenog
ubrizgavanja.
Sve
predubrizgavanje
veliine
na
ovoj
slici
su
promjenjive
i
glavno ubrizgavanje
zavise od radnih uslova motora, kojima
naknadno ubrizgavanje
se preko upravljake jedinice u svakom
(po potrebi)
trenutku definira vrijeme poetka i
trajanje, kao i karakter promjene
ubrizgane koliine goriva. Tako, pored
glavnog ubrizgavanja gdje mu se definira
vrijeme poetka ubrizgavanja, trajanje
t [ms]
ubrizgavanja i koliina ubrizganog
goriva, utjee se i na parametre procesa
Sl. 5.30 Primjer višestepenog ubrizgavanja
predubrizgavanja
i
naknadnog
goriva
ubrizgavanja, do potpunog izostavljanja
nekih
od
ovih
procesa
na
pojedinim režimima rada motora. Tako recimo na hladnom startu i praznom hodu
vrše se dva predubrizgavanja, dok se na punom optereenju motora koristi samo
glavno ubrizgavanje. Naknadna ubrizgavanja se koriste u cilju regulacije emisije
zagaujuih materija i regulacije preistaa estica.
Primjer brizgaa sa piezoelektrinim aktuatorom dat je na slici 5.31 sa uveanim
detaljem „A“ za preusmjeravanje toka goriva i upravljanje procesom ubrizgavanja.
Završetak brizgaa (igla i tijelo brizgaa sa otvorima za ubrizgavanje) imaju kljunu
ulogu u procesu ubrizgavanja i raspršivanja goriva u prostoru za izgaranje. Naime u
ovaj zoni se odvija i glavna pretvorba potencijalne energije goriva, izražene u vidu
pritiska, u kinetiku energiju goriva izraženu u vidu brzine istjecanja goriva. Zbog
toga se završnom djelu igle brizgaa i tijela brizgaa (rasprskiva) poklanja posebna
pažnja.
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
11
4
5
139
6
9
17
16
12
7
13
15
14
detalj “A”
8
10
6
11
12
16
7
13
15
3
2
1
1 - tijelo igle brizgaa,
2 - igla,
3 - opruga,
4 - prikljuak za dovod goriva,
5 - prikljuak za odvod goriva,
6 - dovodni kanal za gorivo,
7 - prigušnica na dovodu,
8 - piezoelektrini aktuator,
9 - prikljuak signala struje,
10 - prenosnik signala od piezoelektrinog aktuatora,
11 - armatura piezoelektrinog aktuatora,
12 - klip ventila,
13 - prigušnica na povratnom vodu,
14 - odvodni kanal,
15 - meuploa,
16 - kanal za usmjeravanje goriva ispod igle brizgaa,
17 - štap preista,
18 - mlaznice
18
Sl. 5.31 Brizga sa piezoelektrinim aktuatorom
Naješe forme završnog dijela tijela igle brizgaa i igle, date su na
slici 5.32. Na slici 5.32 a) i b) prikazane su izvedbe brizgaa sa kratkim a) i dugim b)
jezikom. Na slici 5.32 c), d) i e) nalaze se naješa rješenja završnog dijela brizgaa
sa jednim ili više otvora na rasprskivau. Na slikama c) i d) ispod razliitih formi
igle brizgaa nalaze se dvije razliite izvedbe volumena ispod igle (konusni (c) i
cilindrini (d)), gdje se nalaze i otvori za izlaz goriva, dok se na slici 5.32 e) otvori za
istjecanje goriva nalaze ispod sjedišta igle brizgaa.
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
140
1
2
1
2
Vb
2
1
2
1
2
1
Vb
jezičak
a)
b)
c)
d)
e)
Sl. 5.32 Presjek razliitih konstruktivnih rješenja završetka igla-tjelo igle brizgaa
Naješe pominjane karakteristike brizgaa su:
- pritisak otvaranja i zatvaranja brizgaa,
- maksimalni hod igle brizgaa i
- protona karakteristika brizgaa.
Pritisak otvaranja (pob), kod brizgaa sa automatskim otvaranjem igle, naješe se
kree u granicama pob=100÷350 bar.
Kod brizgaa sa prinudnim otvaranjem,
p II
Fib
veliina pritiska otvaranja nije definirana
nekom veliinom pritiska. Trenutak
1
otvaranja brizgaa, kod brizgaa sa
d1
2
prinudnim otvaranjem, zavisi od režima
3
rada motora, gdje su u veini sluajeva
p II
4
pritisak otvaranja brizgaa (pob) i pritisak
d2
zatvaranja
brizgaa (pzb), povezani sa
ds
režimom rada motora, tako da ove
veliine nemaju negativan utjecaj na
proces raspršivanja goriva, posebno u
5
završnoj fazi procesa ubrizgavanja.
pc
Nain odreivanja pritiska otvaranja
brizgaa sa automatskim otvaranjem,
1 - igla brizgaa, 2 - rasprskiva (tijelo igle najlakše je objasniti pomou slike 5.33,
brizgaa), 3 - kanal za dovod goriva u prostor (4), gdje je prikazan detalj sjedišta igle
4 - zapremina za gorivo, ispod igle, brizgaa,
sa
svim
neophodnim
5 - zapremina izmeu igle brizgaa (1) i otvora
karakteristikama. Gorivo se iz sistema
na rasprskivau (2)
ubrizgavanja pod pritiskom pII dovodi
kroz
kanal (3) u zapreminu (4). U
Sl. 5.33 Detalj završetka brizgaa sa
trenutku
prije pomjeranja igle brizgaa
sjedištem igle
(1) sa sjedišta, može se napisati
jednaina ravnoteže sila kao
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
p II d12 d 2x
S4 p
c
d 2x S
4
Fib
141
(5.2)
,
gdje je p c - pritisak okoline, odnosno za konkretno ugraeni brizga u motoru to
je pritisak gasova u cilindru motora,
Fib - sila u opruzi koja djeluje na iglu brizgaa; koja se, u opštem sluaju
definira kao
Fib
Fo Cob h i
(5.3)
gdje je Fo - sila pretsabijanja opruge brizgaa,
Cob - krutost opruge brizgaa. Njena vrijednost naješe se kree u praksi
1,5 105 ÷ 2 105 N/m i najvažnija je njena postojanost (Cob =const.)
u toku eksploatacije.
Za trenutak neposredno prije poetka otvaranja igle kada je hi = 0, pritisak pII= pob
u tom trenutku predstavlja pritisak otvaranja brizgaa, i dobiva se na osnovu
jednain (5.2) i (5.3) kao
d s2 S
Fo
4 |
S
S
d12 d s2
d12 d s2
4
4
Fo pc
pob
.
(5.4)
Posmatrajui izraz (5.4), može se postaviti dilema za veliinu p c d s2 S / 4 s obzirom
na to da je upitna vrijednost veliine pc u procjepu izmeu igle i sjedišta, tako da
neki autori ovaj lan zanemaruju. Ovo je pokazano i u izrazu (5.4). Razlog za ovo je
što je ugao konusa igle na mjestu sjedanja naješe npr. 60°, a odgovarajui ugao
konusa sjedišta 59°.
Porastom pritiska u gorivu pII iznad pritiska otvaranja brizgaa (pob), dolazi
do kretanja igle iji je maksimum (hi max) obino definiran graninikom
(hi max = 0,2 ÷ 0,6 mm).
Prilikom spuštanja igle brizgaa na sjedište, neposredno pred zatvaranje brizgaa,
pretpostavlja se da gorivo pod pritiskom (pII) djeluje na kompletnu projekcionu
površinu igle brizgaa, i da se u tom trenutku definira pritisak zatvaranja brizgaa
(pzb). Po analogiji na pritisak otvaranja brizgaa, ova veliina se definira kao
pzb
Fo
d12 S
4
.
(5.5)
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
142
Poredei izraze (5.4) i (5.5), može se vrlo jednostavno zakljuiti da je pob> pzb, a u
praksi je ovaj odnos naješe, kao i druge karakteristike brizgaa
pzb
pob
0,6 y 0,9 .
(5.6)
Gledano sa stanovišta kvaliteta procesa ubrizgavanja i procesa izgaranja bilo bi
poželjno da je odnos pzb/pob što vei. Sa druge strane poveanje ovog odnosa
zahtjeva smanjenje prenika sjedišta igle (dx), ime se direktno pojaava habanje
sjedišta igle i ugrožava vijek trajanja brizgaa. Zbog toga se ovdje uvijek pravi
kompromisno rješenje.
5.4.4 Ostale komponente instalacije za ubrizgavanje
U ostali pribor instalacije za ubrizgavanje ubrajaju se:
a) pumpa niskog pritiska (dobavna pumpa); esto ini isti sklop sa pumpom
visokog pritiska;
b) regulator broja obrtaja; ini jedan sklop sa visokotlanom pumpom;
c) varijator promjene poetka potiskivanja goriva u funkciji broja obrtaja;
d) korektori koliine potisnutog goriva u zavisnosti od nekog parametra
(naješe broja obrtaja, pritiska zraka na ulazu u motor natpunjenih motora
i sl.);
e) preistai goriva;
f) cijevi visokog pritiska i
g) sigurnosni i prelivni ventili.
U nastavku e biti date samo osnovne naznake nabrojanih komponenti instalacije
za ubrizgavanje dizel goriva, bez ulaženja u detalje.
Spremnik za gorivo mogue je podii na dovoljnu visinu samo kod stacionarnih
motora da bi se obezbijedio dovoljan protok goriva do visokotlane pumpe. Kod
ostalih motora naješe je potrebno ovaj dotok goriva obezbijediti posebnom
pumpom.
Klipna niskotlana pumpa, koja se danas još uvijek dosta koristi sa mehanikim
pogonom, prikazana je u presjeku na slici 5.34 (obezbjeuje natpritisak na potisu
1 ÷ 2,5 bar).
Runa pumpa 4, na slici 5.34 služi za odzraivanje instalacije, ukoliko se ukaže
potreba. Pomou ove dodatne klipne pumpe mogue je niskotlani sistem ispuniti
gorivom i omoguiti siguran start motora.
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
143
4
7
6
12
11 14
10
1
3
9 8 13
5
2
1 - prikljuak cijevi od spremnika goriva,
2 - grubi preista,
3 - usisni ventil,
4 - runa pumpa,
5 - usisni prostor,
6 - potisni prostor,
7 - valji podizaa,
8 - klip,
9 - potisni ventil,
10 - prikljuak za odvod goriva prema finom
preistau,
11 - bregasto vratilo pumpe visokog pritiska,
12 - ekscentar,
13 - opruga,
14 - osovinica
Sl. 5.34 Niskotlana klipna pumpa (Bosch, tip FP/KE)
Ova niskotlana pumpa nalazi se bono na visokotlanoj pumpi (vidi sliku 5.14) i
dobiva pogon od bregastog vratila visokotlane pumpe preko posebnog ekscentra.
Membranska niskotlana pumpa (slika 4.26) ima natpritisak do 0,3 bar. Koristi se
naješe kod distribucionih pumpi.
Regulatori, u prvom redu broja obrtaja motora, a kasnije i ostalih parametara na
sistemu za ubrizgavanje, uobiajeno se objašnjavaju uz instalaciju za ubrizgavanje
goriva, jer su konvencionalni regulatori broja obrtaja uglavnom instalirani sa
pumpama visokog pritiska.
Prema konstruktivnoj izvedbi ureaja za regulaciju i/ili upravljanje ubrizgavanjem
dizel goriva mogu se podijeliti na:
- mehanike,
- hidraulike,
- pneumatske i
- elektronske.
Pored regulacije broja obrtaja, koja je kod dizel motora neminovnost, današnji
sistemi regulacije i upravljanja procesima ubrizgavanja imaju daleko znaajniju
ulogu. Naime, pored osnovne uloge regulatora od poetka razvoja dizel mtora,
današnji sistemi, naješe eketronski, praktino upravljaju karakteristikama procesa
ubrizgavanja u cilju njihovog optimiziranja na svim brzinskim režimima i režimima
optereenja, u radnom podruju motora.
S obzirom na to da je regulacija broja obrtaja dizel motora neminovna, esto se daje
i podijela ureaja za regulaciju broja obrtaja na grupe:
- jednorežimski regulatori,
- dvorežimski regulatori i
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
144
-
sverežimski regulatori.
Varijator promjene poetka potiskivanja goriva visokotlane pumpe mijenja ugao
poetka u funkciji broja obrtaja. Impuls talasa visokog pritiska širi se prema
brizgau brzinom zvuka (brzina zvuka u dizel gorivu za uslove u instalaciji visokog
pritiska iznosi u prosjeku a|1.350 m/s). Ako je dužina cijevi visokog pritiska Lc,
onda e i vrijeme putovanja talasa pritiska od pumpe do brizgaa iznositi
Lc
a
tt
(5.7)
gdje je sa a oznaena brzina zvuka.
Vrijeme putovanja talasa pritiska izraženo uglom bregastog vratila iznosi
Mbz
6nt t
6n
Lc
| Kt n ,
a
(5.8)
tj. ugaono e talas kasniti proporcionalno broju obrtaja. Radno podruje motora, od
nekog poetnog broja obrtaja n1, je takvo da jednaina (5.8) grafiki daje
sliku 5.35.
Ovo zakašnjenje može se kompenzirati
varijatorom, koji relativno pomjera, za
jbz
vrijeme rada motora, ugao sprezanja
izlaznog vratila prenosa motora i pumpe
visokog pritiska.
Na slici 5.14 (3) prikazan je varijator
ugla predubrizgavanja privršen na
izlaznom konusu vratila pumpe visokog
Y=arctg (Kt)
pritiska, ali se on može nalaziti i na
-1
glavini zupanika prenosa u kuištu
n[min ]
n1
motora. Korekcija ovog ugla je
Sl. 5.35 Zakašnjenje putovanja talasa pritiska
potrebna, pogotovo kod motora sa
dužim cijevima visokog pritiska Lc i
veim dijapazonom radnog podruja
broja obrtaja n (jednaina 5.8).
Na slici 5.36 prikazan je zatvoreni varijator za promjenu ugla potiskivanja goriva
firme Bosch, mehaniko-centrifugalnog tipa.
Varijator radi u funkciji broja obrtaja bregastog vratila pumpe visokog pritiska
koristei centrifugalnu silu tegova (1). Bubanj (7) privršen je sa glavinom (6), koja
je vezana za bregasto vratilo pumpe. Ploa (2) ima etiri osovinice (10) za voenje
opruga (9). Sa porastom broja obrtaja, tegovi (1) se razmiu tako da preko valjia (3)
pritiskuju na profil ploe (2), savlauju sile opruga (9) i zakreu bubanj (7) zajedno sa
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
2 3 4
1
7
2
11
a)
6
7
8
5
10
1
5
6
145
3
9
b)
j max
c)
1 - teg, 2 - ploa za podešavanje, 3 - valji, 4 – zaptiva, 5 - kuište, 6 - glavina, 7 - bubanj za
podešavanje, 8 - poklopac, 9 - opruga, 10 - osovinica za voenje, 11 - bregasto vratilo pumpe
a) elementi varijatora, b) poetni položaj, c) krajnji položaj, Mzmax - maksimalni ugao zakretanja za
kompenzaciju
Sl. 5.36 Varijator ugla predubrizgavanja zatvorenog tipa (Bosch)
glavinom (6). Na taj nain se ugao potiskivanja goriva pomjera unaprijed kako raste
broj obrtaja. Kuište (5) je vezano za pogonsko vratilo motora, a bubanj (7) je samo
uležišten u kuištu (5).
Na slici 5.37 prikazan je varijator poetka potiskivanja goriva distribucione pumpe
CAV. Djelovanjem pritiska goriva iz pumpe, koji je direktno proporcionalan broju
obrtaja i ciklusnoj dobavi (optereenju) preko prikljuka (7) na klip (6), vrši se
1
2
3
4
8
9
6
7
5
j
10
1 - valji,
2 - klipovi pumpe,
3 - rotor,
4 - kuište (stator),
5 - profilirana osovinica,
6 - klip,
7 - prikljuak za dovod goriva od
pumpe,
8, 9 - opruge,
10 - nosa opruga
Sl. 5.37 Varijator ugla predubrizgavanja na distribucionoj rotacionoj dvoklipnoj pumpi (CAV)
146
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
pomjeranje profilirane osovinice (5) zajedno sa statorom (kuištem) (4). Pomjeranje
statora za ugao M, obezbjeuje se promjena poetka kontakta na ispupenju
statora (4) i valjia (1), odnosno mjenja se ugao poetka potiskivanja goriva. Ovim
zakretanjem osovinice (5) za ugao M, odnosno za ugao obrtanja koljenastog
vratila ('D) direktno se utjee na poetak ubrizgavanja goriva u motor, odnosno na
poetak izgaranja goriva.
Varijatori ugla predubrizgavanja goriva projektuju se tako da djeluju u dijapazonu
brojeva obrtaja motora od neke poetne vrijednosti (naješe 1000 ÷ 1400 o/min),
do nominalnog broja obrtaja motora, uz napomenu da se na varijatoru uvodi i
graninik maksimalnog ugla zakretanja koji se kree u praksi 8 ÷ 10 °KV.
Korektori ciklusne dobave goriva posebno su istaknuti kod pumpi visokog pritiska sa
mehanikim centrifugalnim regulatorom broja obrtaja. Njihov zadatak jeste izvršavanje
korekcije brzinske karakteristike ciklusne dobave goriva (qc) u radnom podruju motora,
prema zahtjevima za što povolojnijim brzinskim karakteristikama motora. Jedan od
najpoznatijih korektora ciklusne dobave goriva je tzv. LDA korektor kod natpunjenih
motora, koji pored oduzimanja goriva na nižim brojevima obrtaja motora (zbog
smanjenja dima u izduvnim gasovima), služi i kao sigurnosni element u sluaju kvara na
turbokompresoru kako ne bi došlo do kvara (zaribavanja) motora.
Kod novijih konstrukcija motora i sistema za dobavu goriva, gdje se kompletan proces
regulira i upravlja elektronskim putem, konvencionalne korektore zamjenjuje sistem
upravljanja preko centralne upravljake jedinice.
Zbog vrlo visoke tanosti izrade
1
sklopova klip-košuljica pumpe i igla-raspršiva brizgaa, važno je da gorivo
koje dolazi u sistem za dobavu goriva
kod dizel motora bude vrlo isto. Iz tog
razloga je sistemu preišavanja goriva
posveena dužna pažnja.
Obino se u sistemu dobave goriva
nalazi jedan pretpreista u sklopu
3
2
rezervoara goriva, i grubi i fini preista
goriva ispred pumpe visokog pritiska.
Ovi preistai imaju zadatak zadržavanja
1 – nosa sa kuištem, 2 – grubi preista,
neistoa obino iznad 3 Pm. Set
3 – fini preista
preistaa (grubi i fini) za dizel gorivo
prikazan je na slici. 5.38. Elementi za
Sl. 5.38 Dvostruki preista za dizel gorivo
preišavanje rade se od žice, papira,
filca itd.
Cijevi visokog pritiska za vezu pumpe sa brizgaima spadaju u visokotlani dio
instalacije. Njihova unutarnja površina, osim visokim pritiscima, esto je izložena i
kavitacionom razaranju. Kavitacija je naroito izražena u sluaju vrlo jakog
oscilovanja pritiska pri završetku ubrizgavanja kao posljedice brzog isparavanja i
kondenzovanja goriva (slika 5.39).
5.4 Instalacije (sistemi) za napajanje gorivom dizel motora
pritisak
- pritisak na početku cijevi visokog
pritiska (iza rasteretnog ventila)
- pritisak na kraju cijevi visokog
pritiska (ispred brizgača)
vrijeme
Sl. 5.39 Oscilogram dinamikog pritiska na
poetku i kraju cijevi visokog pritiska
5.5
147
Unutarnji prenik cijevi visokog
pritiska, kod brzohodih dizel motora,
kree se od I 1,5 do I 3 mm,
odgovarajui vanjski prenik I 6 do
I 8 mm, a dužina od 300 do 1200 mm.
Kod višecilindrinih dizel motora
obino su sve cijevi istih dužina.
Postoje i konstrukcije motora koji, na
sistemu ubrizgavanja, imaju cijevi
visokog pritiska razliitih dužina.
U instalaciji se nalaze i regulacioni i
prigušno-prelivni ventili, koji se ugrauju
u zavisnosti od vrste instalacija i potrebe
zaštite (sigurnosti) od eventualnog
prekoraenja nekog pritiska iznad
dozvoljenog.
Najvažnije karakteristike instalacija za dobavu goriva u dizel
motorima
Posmatrajui instalaciju za dobavu goriva, kao neovisnu cjelinu sa jedne strane, i
sklop te iste instalacije sa motorom sa druge strane, mogu se i karakteristike
instalacije podijeliti u dvije grupe
- unutarnje karakteristike u samoj instalaciji za dobavu goriva kod dizel
motora i
- izlazne karakteristike iz instalacije za dobavu goriva koje imaju direktan
utjecaj na karakteristike motora.
U prvu grupu karakteristika ubrajaju se
- karakteristike pritiska goriva u funkciji vremena, na karakteristinim
mjestima inastalacije (natklipni prostor, kuište rasteretnog ventila, cijev
visokog pritiska, brizga);
- promjena brzine kretanja goriva u instalacji, od natklipnog prostora do
izlaza iz brzgaa; sa ovim parametrima mogu se ocjenjivati i energetski
gubici u instalaciji za dobavu goriva;
- kinematski parametri (put, brzina i ubrizgavanje) klipa rasteretnog ventila
(hv) i igle brizgaa (hi).
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
148
Nabrojane karakteristike forimraju tzv. izlazne karakteristike, koje direktno utjeu
na procese u motoru kao što su priprema miješavine gorivo-zrak i proces izgaranja.
Najvažnije izlazne karakteristike su:
- karakteristike mlaza goriva (domet mlaza, ugao širenja mlaza, dimenzije
kapljica goriva u mlazu),
- karakteristika ubrizgavanja (zakon ubrizgavanja) q c [ mm 3 / qBV ] koja
predstavlja promjenu ubrizgane koliine goriva po uglu bregastog vratila ili
po vremenu, u toku jednog ciklusa ubrizgavanja,
- ciklusna dobava goriva (qc) po ciklusu i cilindru, definira se kao
Mk
qc
³ q c dM >mm
3
-
@
/ cikl.cil.
Mp
(5.9)
gdje je Mp i Mk - ugao poetka i kraja ubrizgavanja goriva, na bregastom
vratilu,
brzinske karakteristike ciklusne dobave goriva
qc
f(n) ,
(5.10)
kako vanjska, tako i parcijalne karakteristike.
Prve dvije nabrojane izlazne karakteristike kontroliraju se samo u
specijaliziranim laboratorijama dok se druge dvije veliine mjere u tzv. ispitnim
stanicama za sisteme za dobavu goriva, koje posjeduju sve opremljenije
radionice za opravaku i podešavanje sistema ubrizgavanja. U praksi se ovaj
proces naziva baždarenje sistema za ubrizgavanje. Za sisteme, za koje se vrši
mjerenje karakteristika qc, posebno vanjska brzinska karakteristika, na
raspolaganju su iste karakteristike od proizvoaa motora koje služe kao
uporedne vrijednosti.
Proces mjerenja veliine q c f ( n ) (baždarenje pumpe) sastoji se u konkretnom
mjerenju veliina qc i poreenju sa nominalnim vrijednostima (unaprijed
poznatim). Ako se ove veliine ne poklapaju (približno), pristupa se
podešavanju vrijednosti qc na samoj pumpi. Ova mjerenja, poreenja i
podešavanja vrše se na vanjskoj brzinskoj karateristici ([=1).
Primjeri brzinskih karakteristika ciklusne dobave goriva ( q c f ( n ) ) za jedan
sistem dobave goriva sa dvorežimskim i sverežimskim regulatorom prikazane su na
slikama 5.40 i 5.41. Na slikama su prikazane vanjske i parcijalne brzinske
karakteristike.
5.5 Najvažnije karakteristike instalacija za dobavu goriva u dizel motorima
qc
149
qc
radno područje
radno područje
x=1
x=1
x=0,8
x=0,6
x=0,5
x=0,2
prazan hod
x=0,4
x=0,6
x=0,8
prazan hod
n
n
Sl. 5.40 Brzinske karakteristike ciklusne
dobave goriva za pumpu visokog
pritiska sa dvorežimskim regulatorom
Sl. 5.41 Brzinske karakteristike ciklusne
dobave goriva za pumpu visokog
pritiska sa sverežimskim regulatorom
Podešavanje ciklusne dobave goriva
pumpe visokog pritiska vrši se na
a
vanjskoj brzinskoj karakteristici ([=1), u
radnom podruju pumpe, odnosno
motora. Ovdje je interesantno istai oblik
b
krive q c f ( n ) pri [=1. On kod
konvencionalnih sistema predstavlja
prirodni oblik krive, sa eventualnim
korekcijama pomou korektora ciklusne
dobave goriva. Ovo se najbolje vidi na
n
slici 5.42, gdje je kriva „a“ tzv. prirodna
karakteristika sistema ubrizgavanja. Ona
Sl. 5.42 Razliite vanjske brzinske
uglavnom zavisi od konstrukcije pumpe
karakteristike ciklusne dobave
visokog pritiska, kapaciteta dobave
goriva pumpe visokog pritiska
goriva pumpom i raspona brzinskih
režima rada pumpe visokog pritiska.
Na slici 5.42 kriva „b“ predstavlja vanjsku brzinsku karakteristiku ciklusne dobave
goriva iste pumpe kao i u sluaju krive „a“, samo je ovdje ugraen korektor ciklusne
dobave goriva na niskim brojevima obrtaja.
U sluaju sistema za dobavu goriva sa potpunim elektronskim upravljanjem
procesom ubrizgavanja, proces podešavanja vanjske brzinske karakteristike ciklusne
dobave (qc) ne može se izvoditi na klasian, naprijed opisan, nain. Naime,
ovdje ciklusnu dobavu goriva definira centralna procesorska jedinica na osnovu
odgovarajuih parametara motora koji se kontinulano mjere na motoru (broj
obrtaja, temperature, optereenje, protoka zraka, itd). Kriva „c“ na slici 5.42
slikovito predstavlja vanjsku brzinsku karakteristiku ciklusne dobave goriva
qc
c
150
5. Stvaranje smješe kod dizel motora
elektronski upravljanu. Ova kriva podrazumijeva i odgovarajue dobave zraka,
kako bi se ekvivalentni odnos zraka (Oz) održao u razumnim granicama, zbog
procesa izgaranja. Na ovaj nain, programiranjem ciklusne dobave goriva
(„c“, slika 5.42) i istovremeno dobave zraka u motor, dobivaju se brzinske
karakteristike parametara savremenih dizel motora (primjer pokazan na slici 7.8).
Ovdje treba naglasiti da sa pumpom visokog pritiska dolazi i odgovarajua
centralana procesorska jedinica, koja se ne može „podešavati“ u servisnim
radionicama.
151
6. RAZVODNI MEHANIZAM MOTORA SUI
Razvodni mehanizam motora uestvuje direktno u formiranju procesa u motoru
(punjenje zraka, odstranjivanje izduvnih gasova) i kao zaseban sistem, bit e
detaljno objašnjen u sklopu ovog kursa.
Osnovni zadaci razvodnog mehanizma su:
obezbjeenje punjenja cilindra sa svježom smješom ili sa zrakom, sa
optimalnim stepenom punjenja;
omoguenje odstranjivanja izduvnih gasova što je mogue bolje (mali
koeficijenat zaostalih gasova);
zaptivanje pomou ventila kompresionog prostora u vrijeme vršenja
kompresije, izgaranja i ekspanzije.
Da bi ukupan efekat punjenja i pražnjenja bio što optimalniji, moraju se
meusobno uskladiti dimenzije klipa (Dk), prenici ventila, maksimalni hod ventila,
oblik kanala u glavi za usis i izduv, kao i dimenzije dovodnih cijevi van glave
motora.
6.1 Podjela razvodnih mehanizama
Osnovni elementi razvodnog mehanizma dati su na slici 6.1 gdje je prikazan jedan
razvodni mehanizam sa viseim ventilom i bregastim vratilom u bloku motora.
Položaj ventila s obzirom na cilindar zavisi od prostora izgaranja, tipa motora (oto,
dizel) i od stepena kompresije. U praksi se susreu varijante stojeih ventila
6. Razvodni mehanizam motora sui
152
6
7
zazor
ventila(z)
(slika 6.2 a)) i viseih ventila (slika 6.2 b) i c)) sa bregastim vratilom u bloku motora.
Pored bregastog vratila u bloku motora, vrlo esto se bregasto vratilo nalazi u glavi
motora. Konstruktivne izvedbe ovog rješenja date su na slici 6.3 a),
b) i c).
5
8
9
10
12
11
4
3
2
1
15
13
14
1 - bregasto vratilo,
2 - osnovni krug,
3 - brijeg,
4 - podiza,
5 - šipka podizaa,
6 - klackalica,
7 - drža opruge,
8 - osigura,
9 - vanjska opruga,
10 - unutarnja opruga,
11 - voica ventila,
12 - tijelo ventila,
13 - glava ventila (peurka),
14 - sjedište ventila,
15 - uložak sjedišta ventila
Sl. 6.1 Osnovni elementi razvodnog mehanizma
lk1
a)
lk2
b)
c)
Sl. 6.2 Konstrukcije razvodnog mehanizma sa bregastim vratilom u bloku motora
6.1 Podjela razvodnih mehanizama
a)
153
b)
c)
Sl. 6.3 Konstrukcije razvodnog mehanizma sa bregastim vratilom u glavi motora
Detaljnija izvedba ugradnje ventila vidi se na slici 6.4, gdje su uobiajene dvije
opruge po ventilu, jedna desnog smijera, a druga lijevog smijera, kako bi se poveala
sigurnost rada ventila u sluaju da jedna
držač opruge
od opruga pukne. Ventili se biraju po
osigurač
mogunosti, sa što veim prenikom
zaptivač vođica
glave (peurke), uz uslov da su usisni
ventila
ventili vei za 10 ÷ 20% od izduvnih,
opruga ventila
jer kod posljednjih gasovi sa relativno
vođica ventila
visokim natpritiskom brzo izlaze.
Uobiajena brzina istjecanja ili utjecanja
ventil
pored ventila kree se u granicama
60 ÷ 150 m/s. Hod ventila se bira tako
sjedište ventila
da ne bude vei od jedne etvrtine
prenika glave ventila, zbog toga što je
Sl. 6.4 Skica ugradnje ventila
protok uglavnom ogranien presjekom
kanala u glavi (za otvoreni ventil). Kod
izbora dimenzija ventila posebno se
vodi raina o aerodinamikim otporima koji rastu sa kvadratom brzine strujanja.
Izvedbe razvodnog mehanizma razlikuju se i po broju ventila po jednom cilindru.
Tako se sada susreu konstrukcije sa:
- dva ventila (jedan usisni, jedan izduvni),
- tri ventila (dva usina, jedan izduvni),
- etiri ventila (dva usisna, dva izduvna),
- pet ventila (tri usisna, dva izduvna).
6. Razvodni mehanizam motora sui
154
Pri oblikovanju kanala za punjenje u glavi, ne teži se za što veim presjekom. Ovdje
je pristup drugaiji nego kod oblikovanja presjeka ventila. Ako je brzina zraka u
kanalu mala, onda je nedovoljna i njegova kinetika energija za maksimalno mogue
punjenje cilindra zrakom (ili svježom smješom). Ako je pak zbog malog presjeka
brzina zraka prevelika, teenje ima velika prigušenja, i zbog nastalih gubitaka teenja
punjenje cilindra nije zadovoljavajue. U naelu se prihvata da se teenje zraka u
poetku kanala ubrzava, a u blizini ventila smanjuje. Poseban je problem
oblikovanje kanala u glavi motora ako se zahtijeva neko inicijalno i prostorno
vrtloženje zraka u cilindru, koje zahtijevaju neki procesi (npr. M-proces).
Noviji razvoj razvodnih mehanizama doveo je do primjene ovih mehanizama sa tzv.
varijabilnim vremenima razvoda. Ve danas postoji dosta konstruktivnih rješenja
razvodnih mehanizama sa varijabilnim geometrijskim razvodom, od klasinih
mehanikih mehanizama, hidromehanikih mehanizama do elektromehanikih
(mehatronskih) mehanizama. Razvodni mehanizmi sa varijabilnim razvodom, mogu
se podijeliti prema karakteru otvorenosti pojedinih ventila. Ova podjela slikovito je
prikazana na slici 6.5. Prikazane varijante na slici 6.5 ostvaruju se sa razliitim
Varijabilan početak
otvaranja ventila
Konstantna visina
i trajanje hoda ventila
2 položaja
Kontinuirano
Konstantan početak otvaranja ventila
Stepenasto varijabilna visina i trajanje
hoda ventila
Promjenjiva
visina i trajanje
hoda
Varijabilan početak otvaranja i
trajanje otvorenosti ventila
Konstantna visina hoda ventila
Isključivanje
ventila
Isključivanje
cilindra
Konstantan početak otvaranja
ventila
Kontinuirana varijabilna visina
i trajanje hoda ventila
Simetrična
promjena
visine hoda
Promjenjiva
visina i trajanje
hoda
Varijabilan početak otvaranja, trajanje
otvorenosti i hod ventila
Sl. 6.5 Varijante razvodnog mehanizma sa varijabilnim razvodom
razliitim konstruktivnim rješenjima. Neka od njih ve se koriste u serijskoj
proizvodnji motora. Sa stanovišta slobode upravljanja karakteristikama razvodnog
mehanizma najbolji je elektromehaniki (mehatronski) sistem, gdje se po želji biraju
karakteristike hoda pojedinih ventila do njihovog potpunog iskljuenja. Primjer
mehatronskog razvodnog mehanizma sa kotvom (masom) na ventilu sa tri razliita
položaja a), i ugraenim ventilima na jednom cilindru b) (etiri ventila po cilindru)
prikazan je na slici 6.6. Ovaj razvodni mehanizam aktivira se preko elektromagneta,
6.1 Podjela razvodnih mehanizama
155
opruge
magnet za
zatvaranje
kotva
(jezgra)
magnet za
otvaranje
opruge
Srednji položaj
Zatvoren ventil
Otvoren ventil
a)
b)
Sl. 6.6 Elektromehaniki (mehatronski) razvodni mehanizam
na osnovu impulsa koji šalje centralna upravljaka jedinica. Ovo omoguava vrlo
fleksibilno upravljanje razvodnim mehanizmom, od promjene poetka otvaranja
ventila, trajanja otvorenosti ventila, forme hodograma ventila, do potpunog
izostanka otvaranja pojedinih ventila. Za razliku od klasinih razvodnih
mehanizama, ovi mehanizmi su nešto buniji.
6.2 Najvažnije karakteristike razvodnog mehanizma
U nastavku e biti objašnjene najvažnije karakteristike konvencionalnih razvodnih
mehanizama, koji su još uvijek najzastupljeniji kod motora sui.
Pri bilo kojoj konstruktivnoj izvedbi razvodnog mehanizma nije mogue realizirati
neku pojavu trenutno. Zbog toga ni otvaranje ni zatvaranje ventila razvodnog
mehanizma nije mogue trenutno. Ovo nije mogue prije svega zbog velike inercije
plinskog stuba na usisnoj i izduvnoj strani, beskonano velikih ubrzanja i
beskonano velikih inercijalnih sila. Kada bi se teoretski moglo realizirati trenutno
otvaranje i zatvaranje ventila, onda bi dijagram hoda podizaa ventila (sv) bio kao na
slici 6.7, gdje je ugao koljenastog vratila. Za ovaj sluaj, uporedni dijagram pritiska
u cilindru i hod podizaa dati su na slici. 6.8. Zbog loginih problema i realno
nemogueg trenutnog otvaranja ventila usvaja se otvaranje izduvnog ventila prije
UMT, a zatvaranje poslije SMT, a usisni ventil otvara se prije SMT, a zatvara se
poslije UMT. Dijagram hoda podizaa za sluaj realnog otvaranja
6. Razvodni mehanizam motora sui
156
p
a[°KV]
sv [mm]
SMT
UMT
UMT
SMT
sv
usis
izduv
a [°KV]
ekspanzija
UMT
SMT
usis kompresija
izduv
UMT
SMT
SMT
Sl. 6.7 Dijagram puta podizaa ventila pri
trenutnom otvaranju ventila
SMT
SMT
UMT
UMT
SMT
a
SMT
Sl. 6.8 Uporedni dijagaram pritiska u cilindru
i hoda podizaa za trenutno
otvaranje ventila
ventila dat je na slici 6.9. Uporedni dijagram pritiska u cilindru i hoda ventila pri
realnom vremenskom otvaranju ventila dat je na slici 6.10. Ako se realni dijagram
p
a
UMT
sv [mm]
SMT
UMT
sv
usis
izduv
UMT
aio
SMT
auo
aiz
izduv
usis
a
a
UMT
auz
Zul
Sl. 6.9 Dijagram hoda podizaa ventila pri
realnom otvaranju venila
SMT
UMT
SMT
UMT
SMT
Sl. 6.10 Uporedni dijagram pritiska u
cilindru i hoda podizaa ventila
za sluaj realnog otvaranja ventila
hoda podizaa (slika 6.9) prenese na hod ventila (hv), i ako se uzme u obzir zazor ventila
(z) (slika 6.1), dobiva se dijagram hoda ventila kao na slici 6.11, gdje su kotirani uglovi
otvaranja
i
zatvaranja
ventila
prije
i
poslije
SMT
i
UMT.
6.2 Najvažnije karakteristike razvodnog mehanizma
157
h v[mm]
auz
h v max
hv max
a io
usis
Z
izduv
SMT
a uo
a iz
UMT
4 ÷ 6°
UMT
4 ÷ 6°
a [°KV]
Sl. 6.11 Dijagram hoda izduvnog i usisnog ventila
Uobiajeni podaci za ove uglove su:
- io = 45 ÷ 55° prije UMT za oto motore (izduvni ventil otvoren),
- io = 30 ÷ 55° prije UMT za dizel motore (izduvni ventil otvoren),
- iz = 5 ÷ 15° poslije SMT za oto motore (izduv zatvoren),
- iz = 5 ÷ 40° poslije SMT za dizel motore (izduv zatvoren),
- uo = 10 ÷ 20° prije SMT za oto motore (usis otvoren),
- uo = 0 ÷ 30° prije SMT za dizel motore (usis otvoren),
- uz = 35 ÷ 45° poslije UMT za oto motore (usis zatvoren),
- uz = 30 ÷ 50° poslije UMT za dizel motore (usis zatvoren).
Ako se ovi uglovi prenesu na kružni dijagram u funkciji ugla koljenastog vratila (D),
dobiva se kružni dijagram razvoda prikazan na slici 6.12. Na dijagramu (slika 6.12)
SMT
a pv
otvorenost izduvnog
ventila
(180°+a io + a iz )
otvorenost usisnog
ventila
(180°+a uo+ auz )
smjer
posmatranja
UMT
Sl. 6.12 Kružni dijagram razvoda
6. Razvodni mehanizam motora sui
158
oznaen je ugao Dpv koji predstavlja ugao prekrivanja (istovremene otvorenosti
usisnog i izduvnog ventila) i on se kree u granicama Dpv = 0 ÷ 75 °KV, zavisno od
konstrukcije motora. Osnovna mu je zadaa “ispiranje” zaostalih izduvnih gasova iz
cilindra motora.
Pri kosntruktivnom oblikovanju razvodnog mehanizma potrebno je uraditi slijedee:
a) Sa dijagrama kružnog razvoda (slika 6.12) izvršiti prenos uglova na usisni i
izduvni brijeg posebno. Primjer prenosa ovih uglova dat je na slici 6.13 za
usisni brijeg jednog etvorotaktnog motora. Pri prenosu uglova na brijegove
treba voditi rauna da se kod etvorotaktnih motora uglovi sa slike 6.11 i
slike 6.12 dijele sa 2, a kod dvotaktnih motora prenose se 1 : 1.
Sl. 6.13 Dijagram karakteristinih uglova na usisnom brijegu
b) Bregovi na bregastom vratilu moraju se razmjestiti saglasno rasporedu paljenja
u pojedinim cilindrima.
c) Definirati veliinu protonog presjeka ventila Av = f() kao funkciju ugla
koljenastog vratila. Ovdje bi trebo biti ispunjen orijentacioni uslov
D k2 S
x
4
gdje je
Av w
(6.1)
w = 60 – 150 m/s - brzina strujanja fluida na ventilu
x - brzina klipa.
Izgled dijagrama Av = f(D) dat je na slici 6.14. Oblik krive (varijante na
slici 6.14) zavisi od oblika (profila) brijega, što direktno za posljedicu ima
6.2 Najvažnije karakteristike razvodnog mehanizma
159
efikasnost
punjenja
svježom
smješom. Kakvi profili brijega se
realno koriste, bie objašnjeno
kasnije.
d) Moraju se izbjei prevelika ubrzanja
pri dizanju i spuštanju ventila, ali se
mora težiti optimalnom punjenju
svježim zrakom i odstranjivanju
izduvnih gasova. Svakako se pri
tome mora voditi rauna o
specifinostima izabranog procesa
izgaranja.
Sl. 6.14 Dijagram prtonog presjeka ventila
Dijagram puta, brzine i ubrzanja ventila
hv
z
( h v , h 'v i h "v ) prikazan je na
1
h´v
2
3
5
4
6
7
vv
h´v = w
vv = dhv
dt
slici 6.15, gdje su veliine h 'v i h "v
relativne i izražavaju se u istim
dimenzijama kao i h v . Veliine h 'v i h "v
a
definisane su na slici 6.15.
Iz dijagrama na slici 6.15 vidi se da su
prisutna mjesta sa izrazito velikim
promjenama ubrzanja (skokovi) (mjesto
av
h˝v
h“v = 2
2, 3, 5 i 6), koja prouzrokuju i velike
w
2
inercione sile i njihove promjene
av = d h2v
dt
predznaka. Ovo ima za posljedicu
znaajne udare izmeu pokretnih
elemenata razvodnog mehanizma, pa se
a [°KV]
ovi mehanizmi i zovu udarni razvodni
mehanizmi.
Sl. 6.15 Dijagram puta, brzine i ubrzanja
Nivo inercijalnih sila i veliina udara
ventila
zavisi u provom redu od forme brijega.
Kod udarnih razvodnih mehanizama
uobiajene forme udarnih bregova prikazane su na slici 6.16, gdje je
- ispupeni (slika 6.16 a)),
- tangentni (slika 6.16 b)) i
- izdubljeni brijeg (slika 6.16 c)).
6. Razvodni mehanizam motora sui
160
a)
b)
c)
Sl. 6.16 Razliite forme profila brijega
s v max
s v 2k
s´v 2k = s´v 3p
s´v ok
s´v max= s´v1k=s´v2p
Z
s v 1k
Ispupeni brijeg ima manje vrijedosti ubrzanja, miran rad i malu buku. Tangentni
brijeg je najjednostavniji za izradu, a izdubljeni ima najvee vrijednosti ubrzanja,
ali i najvei stepen punjenja motora Kv. Koristi se za motore sui namijenjene za
sportska kola. U cilju optimiziranja
s v (hp )
uslova rada, gdje se uz visoki stepen
punjenja Kv obezbjeuje razumno
ubrzanje, u novije vrijeme se sve više
koristi tzv. bezudarni brijeg. To je brijeg
koji ima ubrzanje ravno nuli (taka A,
slika 6.17) u trenutku dodira klackalice i
a
ventila, a u toku cijelog hoda ima
s´v(h´p )
kontinualnu promjenu krive ubrzanja,
odnosno nema skokovitog ubrzanja sa +
na – i obrnuto. Dijagram puta
podizaa ( s v { h p ), brzine ( s'v ) i
a
A
F0
F1
F2
F3
a0
a1
a2
a3
s˝v 3k=s˝v min
s˝v2k
s˝v max
sv˝(h p˝)
Sl. 6.17 Dijagram puta, brzine i ubrzanja
podizaa “bezudarnog” brijega
a
ubrzanja ( s"v ) prikazan je na slici 6.17.
Konstrukcija brijega polazi od krive
ubrzanja ( s"v a / Z2 ) koja se obino
sastoji od etiri dijela (slika 6.17). Ove
krive po intervalima mogu se definirati
kao:
- interval 0 d D0 d I0 etvrtina talasa
kosinusoide,
- interval 0 d D1 d I1 polovina talasa
sinusoide,
- interval 0 d D2 d I2 etvrtina talasa
sinusoide i
- interval 0 d D3 d I3 parabola
etvrtog reda.
6.2 Najvažnije karakteristike razvodnog mehanizma
161
Na osnovu graninih uslova na mjestima Io , I1 , I2 i I3 , gdje se koristi i
dodatni uslov kontinualnog toka krive ubrzanja, mogu se u potpunosti
definirati krive linije s v , s'v i s"v sa slike 6.17. Ovako dobiveni profil puta
podizaa ventila ( s v ) prevodi se u profil brijega, i dobiva se bezudarni brijeg.
Osnovna odlika ovog brijega je kontinualno ubrzanje poslije take A, u taki A
(slika 6.17) ubrzanje je ravno nuli. Ovdje je izbjegnuta pojava udaranja dijelova
razvodnog mehanizma zbog nagle promjene ubrzanja (slika 6.15), a i max.
vrijednost ubrzanja s"v max (slika 6.17) može se definirati u razumnim granicama,
pogodnim odabirom intervala Io , I1 , I2 i I3 .
e) Treba prekontrolirati meusobni položaj kretanja ventila i klipa oko SMT, da
ne bi u tom podruju došlo do kontakta izmeu klipa i ventila (slika 6.18). U
sluaju da je iz nekih drugih razloga došlo do prekrivanja hoda klipa i ventila,
ovaj problem prevazilazi se ukopavanjem dijela ela klipa kako ne bi došlo do
kontakta klip-ventil u radu motora. To se najbolje vidi na slici 6.19.
Sl. 6.18 Uporedni dijagram hoda klipa i
ventila oko SMT
Sl. 6.19 Skica klipa sa ukopanim pojasom
f)
Definirati optimalan položaj ventila u glavi motora, tako da su zadovoljeni
zahtjevi u pogledu prostora izgaranja i izmjene radne materije.
g) Konstruktivno razriješiti smještaj svih elemenata razvoda, iskontrolirati
ubrzanja i napone u pojedinim presjecima elemenata, dimenzionirati ležajeve i
riješiti problem funkcionalnog podmazivanja istih.
Svi prethodno pobrojani zahtjevi meusobno su povezani i korekcije su skoro
neminovne u toku konstrukcije mehanizma. Veliku pomo pri rješavanju tih
6. Razvodni mehanizam motora sui
162
problema nudi specijalna konstrukcija prototipa bregastog vratila sa meusobno
pomjerivim bregovima, koji se prave nakon odluke o ukupnoj visini hoda ventila.
6.3 Konstruktivne karakteristike
Kod prenošenja osnovnih kota sa kružnog dijagrama razvoda (slika 6.12) na brijeg
(slika 6.13) potrebno je izabrati prenik bregastog vratila, odnosno poluprenik
osnovnog kruga ro (slika 6.13), kao i prenosni odnos (lk1/lk2) na klacklici (slika 6.2 b)).
Prenosni odnos vrlo je važan zbog optereenja kompletnog mehanizma. Poluprenik
osnovnog kruga preporuuje se u granicama
ro
(1,5 y 2 ) s v max
(1,5 y 2 )
l k1
h v max
lk2
(6.2)
gdje je: sv max - max. hod podizaa
hv max - max. hod ventila
lk1, lk2 - krakovi klackalice
Ležajevi bregastog vratila treba da su vei od max. dimenzija brijega, kako bi se
bregasto vratilo moglo montirati u bloku motora (lika 6.20).
Sl. 6.20 Bregasto vratilo sa ležajima u bloku motora
Zazor izmeu ventila i klackalice, kada je ventil zatvoren, bira se tako da to iznosi
2 - 3°BV na brijegu.
Kontaktni pritisak izmeu brijega i podizaa treba da je u svakom sluaju manji od
dozvoljenog kontaktnog pritiska. Izmeu brijega i podizaa obino se obrazuje
6.3 Konstruktivne karakteristike
163
nosivi uljni film, pošto se uslijed adhezije ulja na površini brijega i podizaa uvlai
mazivo u stvarno kontaktno podruje. Za podmazivanje je nekad dovoljno
nekoliko kapi ulja, tako da je nekada dovoljna samo uljna magla ili ulje koje prska sa
ležaja. Za sluaj veih kontaktnih pritisaka (kritini sluajevi) potrebno je
obezbijediti posebno podmazivanje. U cilju sagledavanja problema kontaktnog
pritiska i podmazivanja, minimalni nosei sloj ulja, prema literaturi, može se
definirati kao
0,5 10 6 0,5 K v r Ub
h min
>Pm @
(6.3)
gdje je:
K - dinamiki viskozitet ulja
Ub
ro s v s"v - radijus zakrivljenja profila brijega
vr
Z Ub
Z ro s v s"v - hidrodinamika brzina
s v - hod podizaa
s"v - relativno ubrzanje podizaa s"v
a r / Z2
Primjer dobivenih vrijednosti minimalnog noseeg sloja ulja (hmin) na brijegu za
razliite uglove i razne brojeve obrtaja data je na slici 6.21, za temperaturu ulja
t ulja 50qC . S obzirom na sve dosad izneseno oko kontakta brijeg-podizaa, kao i
da su svi prorauni zasnovani na približnim (poluempirijskim) izrazima, kada se radi
o novoj konstrukciji brijega, poželjno ga je podvrgnuti eksperimentalnom testu
dugotrajne izdržljivosti.
h min
60°
40°
80°
100°
1,0
0,8
120°
140°
20°
160°
0°
180°
t ulja =50°C
n=2300 o/min
n=1400 o/min
n=500 o/min
Sl. 6.21 Dijagram debljine minimalnog noseeg sloja ulja (hmin) na kontaktu izmeu
podizaa i brijega
6. Razvodni mehanizam motora sui
164
e
podizač
bregasto vratilo
brijeg
Sl. 6.22 Ekscentricitet podizaa u odnosu na
brijeg
Fop max
0,5x45°
+-0,2
Rt 2,5 mm
+-0,15
Rt 2,5 mm
+- 0,5
h1
h2
+0,2
av
R t 10 mm d
v
0,5x45°
R t 16 mm
R t 2,5 mm
Rt 10 mm
ds
dg
Za osiguranje pravilnog rada razvodnog
mehanizma, gdje nema nekontroliranih
kretanja pojedinih elemenata razvodnog
mehanizma, preporuuje se iskustveni
odnos
maksimalna sila u oprugama
t 1,3 .
maksimalna inerciona sila
Fin max
d1
U cilju ravnomjernijeg habanja brijega i
podizaa skoro redovno se uvodi
ekscentrinost “e” podizaa u odnosu
na brijeg (slika 6.22), koja izaziva kružno
kretanje podizaa i obezbjeuje
ravnomjerno habanje brijega.
Sl. 6.23 Skica ventila sa osnovnim
dimenzijama i obradama površina
(6.4)
Na slici 6.23 data je skica ventila, sa
dimenzijama i obradama, koje su
uobiajene za ventile.
Uobiajene vrijednosti dimenzija kod
ventila kreu se u granicama:
dg/Dk=0,46÷0,52 - usisni ventil,
polusferina komora izgaranja u glavi
motora, oto motora,
dg/Dk=0,42÷0,46 - usisni ventil, komora
izgaranja u obliku klina, oto motor,
dg/Dk=0,35÷0,4 - dizel motor (usisni
ventil),
dg/Dk=0,38÷0,42 - dizel motor sa
direktnim ubrizgavanjem (usisni ventil),
dv=(1,06÷1,16) dg,
d1=(0,95÷1) dg,
h1=(0,025÷0,045) dg,
h2=(0,1÷0,13) dg,
ds=(0,18÷0,23) dg – usisni ventil,
ds=(0,22÷0,23) dg – izduvni ventil,
Dv =30° ili 45° - za usisni ventil,
Dv= 45° - za izduvni ventil.
6.3 Konstruktivne karakteristike
165
Oblik ela glave (peurke) ventila može biti razliit. Pored ravne peurke
(slika6.23), peurka može imati i druge oblike kao na slici 6.24 (udubljena – a);
ispupena c)). Na slici 6.24 c) prikazan je šuplji ventil ispunjen sredstvom za hlaenje.
a)
b)
c)
Sl. 6.24 Razliiti oblici peurke i stabla ventila
Od sredstava za hlaenje koristi se “sodium-metalni natrij” napunjen do pola
zapremine u ventilu, koji prelazi u teno agregatno stanje na 98°C a kljua na 883°C.
Ovakvo rješenje sa posebnim hlaenjem
ventila koristi se kod vrlo optereenih
motora (naješe za sportska kola).
Habanje, koje se može javiti intenzivno,
ne samo na sjedištu ventila, nego i na
naležnoj strani konusa peurke ventila,
izbjegava
se
navarivanjem
sloja
otpornog na habanje na konusu ventila
Sl. 6.25 Peurka ventila sa navarenim slojem (slika 6.25).
Navareni sloj je vatrootporna legura npr.
otpornim na habanje
stelit. Ublažavanje efekata habanja ventila
na konusu, posebno neravnomjernog
habanja po obimu esto se rješava uvoenjem ureaja za rotiranje ventila u radu
(tzv. rotokap), koji podrazumijeva uvoenje kotrljajueg ležaja na gornjem ili
donjem sjedištu opruge, ime se ventil u radu postepeno zakree oko svoje ose.
Ovo rješenje dato je na slici 6.26.
6. Razvodni mehanizam motora sui
166
Sl. 6.26 Ureaj za zakretanje ventila oko vlastite ose, u radu motora
Ventili pored dosta visokih mehanikih optereenja, trpe i visoka termika
optereenja, posebno izduvni ventili. Primjeri temperaturne slike dva izduvna
ventila dati su na slici 6.27 i slici 6.28.
Sl. 6.27 Raspored temperatura na ventilu
Sl. 6.28 Raspored temperatura na ventilu
Naponi koji se javljaju na ventilu takoer su dosta visoki. Na slici 6.29 pokazan je
primjer raspodjele napona () na peurci ventila za dva oblika peurke gdje max.
napon dostiže u jednom sluaju max = 860 bar, a u drugom sluaju max = 710 bar.
6.3 Konstruktivne karakteristike
167
Upravo zbog visokih termikih
naprezanja, neravnomjerne raspodjele
temperatura, neravnomjerne raspodjele
mase peurke, netanosti izrade
sjedišta, kovakih grešaka na peurci i
visokih ivinih naprezanja na obodu, na
ventilu mogu da se pojave ošteenja
- ivini lomovi (slika 6.30),
- segmentni lomovi (slika 6.31) i
- lom stabla (slika 6.32).
Zaštitne mjere, koje se provode za
spreavanje gore pomenutih grešaka su:
poboljšanje gornje površine peurke
ventila, izbor viših tolerancija, obrtanje
ventila u radu, poboljšanje odvoenja toplote, navarivanje zaštitnog sloja na konusu
ventila, poboljšani prelazni radijusi i nehromiranje završnog dijela stabla.
Sl. 6.29 Primjeri raspodjele napona po
konturi peurke ventila
Sl. 6.30 Ivini lom ventila
Sl. 6.31 Segmentni lom ventila
Sl. 6.32 Lom stabla
Ventili se izrauju kovanjem, uz naknadnu obradu prema slici 6.23, od visoko
kvalitetnih elika. Za usisne ventile koriste se hrom-nikl i hrom-nikl-molibden
legirani elici, a za izduvne ventile koriste se vatrootporni hrom-nikl elici sa
austenitnom strukturom (sa 20% hroma i do 15% nikla), otporni na temperature do
900°C. Kontaktne površine, odnosno peurka termiki se obrauje (hromira), a
ostale površine, na razvodnom mehanizmu, koje su izložene velikim kontaktnim
pritiscima ili se cementiraju ili kale, tako da im se površinska tvrdoa kree u
granicama 54 ÷ 62 HRC.
168
169
7. IZDUVNA I USISNA INSTALACIJA MOTORA SUI
7.1 Osnovni zadaci usisno-izduvne instalacije
Snaga koju može razviti klipni motor sui limitirana je koliinom kojom se motor
može puniti zrakom, odnosno smješom zrak-gorivo, brzinom kojom se može
stvarati zapaljiva smješa, konano brzinom kojom se produkti izgaranja mogu
odstraniti iz motora.
S obzirom na naelnu zavisnost, koja postoji izmeu stepena punjenja (Kv) i
koeficijenta zaostalih gasova (J), slijedi da za postizanje što vee vrijednosti stepena
punjenja, koeficijent zaostalih gasova mora biti što manji. Iz ovih opštih postavki
slijede zadaci usisne i izduvne instalacije na motoru u uslovima širokog podruja
promjenjivih režima rada:
- Konstrukcija instalacija mora obezbijeivati što manji utrošak energije u
toku izmjene radne materije, tj. treba težiti minimalnim otporima u usisnoj
'pa o 0 i izduvnoj instalaciji 'pr o 0.
- Pravilnim izborom geometrijskih odnosa pojedinih konstruktivnih
dimenzija instalacije, izborom oblika i rasporeda ogranaka kod
višecilindrinih motora, treba obezbijediti takav zakon vremenske
promjene pritiska pa = f1(D) ispred usisnog i pr = f2(D) iza izduvnog ventila,
koji daje u odreenom vremenskom intervalu što je mogue veu razliku
pritiska u odnosu na pritisak u cilindru, a to, uz ostale povoljne uslove,
treba obezbijediti što veu vrijednost Kv i što manju vrijednost J
(dinamiko punjenje).
- Na višecilindrinim motorima (i-broj cilindara) sa unutarnjom pripremom
smješe mora postii što bolja ujednaenost raspodijele zraka po cilindrima,
tj. stepeni punjenja pojedinih cilindara trebaju biti približno jednaki
Kv1 # Kv2 # ... # Kvi
,
(7.1)
a na višecilindrinim motorima sa spoljnom pripremom smješe treba
obezbijediti ujednaenost raspodijele goriva (u smješi) po cilindrima, tj.
koeficijenti viška zraka trebaju biti jednaki
O z1 # O z 2 # ... # O zi
.
(7.2)
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
170
U ovom sluaju usisna instalacija ima posebnu ulogu u pripremi smješe
(isparavanje i miješanje goriva), pogotovo u sluaju niskih temperatura
okoline.
Isto važi za izduvnu instalaciju. Trebaju se obezbijediti što manji
aerodinamiki otpori, visoka razlika pritiska u momentu maksimalnog
vremenskog presjeka ventila i treba težiti postizanju kod višecilindrinih
motora ujednaenost koeficijenata zaostalih gasova
J # J 2 # ... # J zi
-
-
.
(7.3)
Konstrukcijom instalacije treba se obezbijediti da ona ne postane dodatni
izvor buke (rezonator). Na izduvnu instalaciju naješe se dodaju posebni
prigušivai buke, koja se stvara oscilacijama pritiska uzrokovanih
strujanjem produkata izgaranja iz cilindra lokalnom brzinom zvuka u prvoj
fazi pražnjenja cilindra.
Usisne i izduvne instalacije savremenih motora, pogotovo za cestovna vozila,
opremaju se dodatnim ureajima u cilju smanjenja emisije štetnih komponenti
(NOx, CO, nesagorjelih CxHy). Tako se na izduvnoj strani ugrauju ureaji za
recirkulaciju produkata izgaranja, ureaji za doziranje vode, katalizatori itd.
Ureaji ugraeni na izduvnu instalaciju služe za dekontaminaciju produkata
izgaranja prije njihovog ispuštanja u atmosferu, kao:
- ureaji za naknadno izgaranje katalizatori (CO i nesag. CxHy),
- katalizatori (NO) i
- posebni filteri za estice ugljika (a).
-
-
-
Na usisnoj, odnosno usisno-izduvnoj instalaciji montiraju se punjai
svježeg zraka ili mješavine zrak-gorivo, koji obezbijeuju poveano maseno
punjenje cilindara motora, ime se stjeu realne pretpostavke za poveanje
snage motora sui.
Za efikasno poveanje masenog punjenja svježim zrakom motora sui, na
usisnoj instalaciji montiraju se kompaktni izmjenjivai toplote (tzv.
meuhladnjaci zraka).
Na usisnoj instalaciji nalaze se i preistai zraka za spreavanje ulaska nekih
veih neistoa u motor sui.
Neki drugi pomoni i regulacioni ureaji na usisno-izduvnoj grani koji
pospješuju proces punjenja motora svježom smješom i proces
odstranjivanja izduvnih gaosva.
7.2 Podijela instalacija
Osnovni utjecaj na opštu koncepciju konstrukcije usisne i izduvne instalacije ima
nain rada motora (oto, dizel), broj cilindara, namjena i uslovi smještaja motora itd.
7.2 Podjela instalacija
171
Na osnovu toga mogu se navesti slijedei kriteriji važni za podijelu instalacija:
- Taktnost motora:
a) dvotaktni i
b) etverotaktni motori.
Kod dvotaktnih motora konstrukcija usisne i izduvne instalacije ima vrlo veliki
utjecaj na rad motora i nivo srednjeg efektivnog pritiska u motoru. Konstrukcijom
obiju instalacija treba obezbijediti sinhronizaciju oscilacija talasa pritiska u ravnima
ispred usisnog i iza izduvnog ventila u širokom podruju broja obrtaja. U toku
izmjene radne materije kod ovih motora obje su instalacije jedno vrijeme, preko
cilindra motora, meusobno povezane. Kod etverotaktnih motora sa relativno
malim uglovima prekrivanja ventila to nije toliki problem.
Dimenzioniranje instalacija dvotaktnih motora se u prvoj aproksimaciji, upravo
zbog toga vrši vrlo esto s obzirom na rezonantne frekvence cjelokupnog sistema.
Ovo je naroito važno ako motor u sklopu sa radnom mašinom radi pri n=const.,
ili u uskom podruju oko nominalnog broja obrtaja.
- Podijela s obzirom na nain punjenja:
a) za usisne i
b) za prehranjivane motore.
- Podijela s obzirom na nain pripreme smješe:
a) za spoljnju i
b) za unutarnju pripremu smješe.
- Podijela s obzirom na namjenu motora:
a) za putnika vozila,
b) za kamione, autobuse, traktore, graevinske mašinei sl.
c) za sportske i trkae automobile,
d) za pogon stacionarnih radnih mašina itd.
Za pojedine grupe motora prema namjeni mogu se postavljati posebni zahtjevi za
dinamike karakteristike instalacija na odreenim esto korištenim brzinskim
režimima rada. Za ispunjenje pojedinih specifinih uslova, kao što su siguran rad
motora pri izrazito niskim okolnim temperaturama, sigurnost startovanja motora u
svim atmosferskim uslovima, posebni uslovi za avionske i brodske motore itd.,
usisna instalacija može ukljuivati posebne ureaje ili konstruktivne zahvate sa
ciljem da se zrak npr. predgrijava (ili smješa gorivo-zrak), što se postiže
zagrijavanjem cijevi sa izduvnim gasovima, toplim zrakom, vodom za hlaenje
motore, elektrinim grijaima itd.
Kod prehranjivanih motora se, naprotiv, ulazni zrak kod visokih pritisaka punjenja
prije ulaska u motor hladi, prolazom kroz specijalni kompaktni izmjenjiva toplote.
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
172
7.3 Konstrukcija instalacija
Zahtjev za ujednaenošu Oz i Kv višecilindrinih oto motora sa spoljnjom
pripremom smješe komplicira usisnu instalaciju u poreenju sa usisnom
instalacijom dizel motora. Osim toga, pri konstrukciji usisne instalacije na ovim
motorima treba voditi rauna i o uslovima stvaranja što homogenije smješe.
U usisnu instalaciju ulazi i preista za zrak i karburator, te pri koncepciji
konstrukcije cjelokupne usisne instalacije treba se voditi rauna o njihovim
hidraulikim utjecajima koji su vrlo znaajni na rad motora.
Idealni raspored kanala (cijevi) za razvoenje svježe smješe zahtijevao bi
pojedinane usisne ogranke sa karburatorom za svaki cilindar posebno. To
omoguuje najbolje podešavanje dinamike strujanja svake usisne cijevi i spreava
nepoželjne meusobne utjecaje. Zbog kompliciranosti, smještaja na motoru, a
pogotovo zbog cijene, ovakva koncepcija je za vozila masovne proizvodnje
neprihvatljiva (primjenjuje se za trkaa i sportska kola). Na slici 7.1 shematski
je prikazan raspored ogranaka usisne instalacije za etvorocilindrini motor.
Slika 7.1 a) i b) prikazuju uobiajeni raspored, u sluaju prikljuenja na jedan
karburator. Ova koncepcija daje tipinu neujednaenost raspodijele smješe po
cilindrima koja, pri punom otvoru leptira, iznosi i do 15% ako se uporede
ekvivalentni odnosi jednog para cilindara u odnosu na drugi. Raspored ogranaka
prikazan na slici 7.1 c) i d) odnosi se na sluaj ako postoje dva karburatora. Ovaj
raspored, pogotovo pod d) daje znatno bolju ujednaenost Oz pri punom otvoru
leptira, jer u rasporedu pod c) još uvijek postoji neujednaenost vremenskih
intervala izmeu taktova usisavanja pojedinih cilindara.
karburator
............
a)
b)
c)
d)
Sl. 7.1 Shematski prikaz raznih oblika usisnih instalacija za redne karburatorske oto motore
Takastom linijom je na slici 7.1 c) prikazan je vod za “balansiranje”, koji spaja oba
karburatora i služi za reguliranje dinamikih oscilacija pritiska u prostoru iza
karburatora u oba ogranka pri uobiajenom rasporedu paljenja 1-2-4-3 ili 1-3-4-2.
Na slici 7.2 je prikazan raspored ogranaka usisnih cijevi na šestocilindrinom
rednom motoru sa redoslijedom paljenja 1-5-3-6-2-4, odnosno 1-4-2-6-3-5.
Uobiajne izvedbe sa jednim karburatorom predstavljene su na shemama slika 7.2 a) i
b) i one daju lošu raspodijelu smješe po cilindrima. Ovaj nedostatak se djelomino
ispravlja izvedbom usisne cijevi sa dva karburatora, prikazanom na slici 7.2 c).
Izmeu karburatora i ogranka postavlja se kratki cijevni nastavak, kojim se nastoji
7.3 Konstrukcija instalacija
173
poboljšati ujednaenost raspodijele smješe oba cilindra u sredini. Slike 7.2 d) i e)
pokazuju mogue konstruktivne varijante, ako se koristi karburator sa duplom
komorom plovka, a usisna instalacija se izvodi sa dva kolektora iz kojih idu ogranci
na pojedinane cilindre.
karburator
.....
a)
c)
b)
.....
e)
d)
Sl. 7.2 Shematski prikaz raznih oblika usisnih instalacija šestocilindrinih rednih motora
Zahtjevi za konstrukciju usisne instalacije dizel motora nisu tako rigorozni, mada se
regulacijom dinamike strujanja zraka u presjeku ispred ventila traži mogunost
poveanja stepena punjenja cilindara.
Najviše mogunosti za dinamiko podešavanje usisne instalacije u širem dijapazonu
brzinskih režima pružaju izvedbe sa promjenjivom dužinom i prenikom cijevi kod
usisne instalacije motora. U praktinim uslovima vrlo je teško primijeniti takve
izvedbe jer one su tehnološki komplicirane, skupe, a zauzimaju dosta mjesta, što je
njihova najvea mana. Odlika takvih instalacija jeste da daju relativno visoke
vrijednosti Kv (oko 0,9), a na brzinskoj karakteristici, dinamiki podešene usisne
instalacije imaju naješe izrazit maksimum na odreenom broju obrtaja motora.
Primjer usisne instalacije sa promjenjivom dužinom usisne cijevi dat je na slici 7.3,
hv
1,0
2
1
2
4 1
b)
0,9
a)
0,8
1000 2000 3000 4000 5000 n[o/min.]
3
a)
b)
c)
1 - ventil za prestrujavanje, 2 - zbirni usisni kolektor, 3 - duža cijev za usisavanje, 4 - kraa cijev za
usisavanje
Sl. 7.3 Oscilatorni usisni sistem sa zatvorenim ventilom za prestujavanje a), otvorenim
ventilom za prestrujavanje b) i odgovarajuim stepenom punjenja (Kv) c)
174
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
gdje je konstruktivno izvedena usisna cijev sa dvije karakteristine dužine. Duža
usisna cijev a) i kraa usisna cijev b) strujanjem usisnog zraka ili mješavine zrakgorivo obezbijeuju stepen punjenja prikazan na slilci 7.3 c). Pravilnom kontrolom
otvorenosti ventila (1) može se obezbijediti povoljna karakteristika stepena punjenja
(zadebljana linija, slika 7.3 c)). Ponašanje stepena punjenja je ovakvo zbog
postizanja tzv. rezonantnih uslova oscilovanja pritisaka zraka u usinoj instalaciji u
odreenim uslovima dužine cijevi i broja obrtaja motora.
Koncepcije usisnih instalacija za traktore, graevinske mašine i slino, pa i za
kamione zasniva se na povezivanju vrlo kratkih ogranaka pojedinih cilindara na
zajedniki kolektor, koji je opet preko kratke cijevi vezan preko preistaa zraka sa
atmosferom. Instalacija je kompaktna, masivna, livene izvedbe (silumin), zauzima
relativno vrlo malo mjesta i ne poveava spoljnje gabarite motora, što je naroito
važno za smještaj na vozilu. Jedna mogua varijanta takve konstruktivne koncepcije
usisne instalacije prikazana je na slici 7.4.
U
kolektoru
relativno
velikog
priključak na cilindre
zapreminskog kapaciteta dolazi do
kolektor
smirivanja oscilacija pritiska, tako da
dinamika strujanja nema bitan utjecaj na
punjenje cilindra. Osnovni utjecajni
faktor je hidrauliki otpor.
Preista zraka, koji se nalazi na usisnoj
priključak za prečistač
instalaciji bie objašnjen u posebnom
poglavlju.
Sl. 7.4 Usisna cijev sa kolektorom, za tri
Izduvne instalacije se naješe izvode sa
cilindra
pojedinanim ograncima od cilindara,
koji se zatim spajaju u zajedniku
izduvnu cijev. Kod motora za specijalne namjene ili motora sa 8 i više cilindara,
ogranci se spajaju u dvije i više izduvnih cijevi. Izduvne cijevi su izraene naješe
od livenog gvoža ili od vatrootpornog elika.
Kod motora za vozila novijih konstrukcija, u produžetku izlazne izduvne cijevi se
nalaze posebni ureaji za preišavanje produkata izgaranja. Isto tako na izduvnoj
instalaciji se nalaze prigušivai buke.
Na usisno-izduvnoj instalaciji motora nalazi se sistem natpunjenja sa pripadajuom
regulacionom opremom. Zavisno od koncepcije sistema natpunjenja konstruktivno
se prilagoava i usisno-izduvna grana motora sui.
Sistem natpunjenja bira se prema karakteristikama motora i njegove namjene, od
ega u velikoj mjeri zavisi i dodatna oprema na sistemu.
Naravno, usisno-izduvna instalacija zajedno sa turbokompresorom mora biti vrlo
brižljivo konstruktivno izvedena, da se i kod veih uglova prekrivanja ventila ne bi
izazvali nepovoljni efekti na kvalitet ispiranja i punjenja cilindara, pogotovo kod
nižih brzinskih režima i pri punom optereenju.
U nastavku e se nešto detaljnije objasniti dodatna oprema na usisno-izduvnoj
instalaciji motora.
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
175
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
Zbog važnosti nekih ureaja na usisno-izduvnoj instalaciji, koji su nezaobilazni kod
današnjih motornih vozila, u nastavku e se dati osnovna objašnjenja za:
- ureaje za natpunjenje motora sui,
- ureaje za smanjenje emisije zagaujuih materija u izduvnim gasovima
motora i
- ureaje za smanjenje buke.
7.4.1 Ureaji za natpunjenje motora
Osnovni zadatak ovih ureaja jeste da se na motoru povea maseno punjenje
svježeg zraka, odnosno mješavine gorivo-zrak, uz zadržavanje ekvivalentnog
odnosa
zraka (Oz), dodavanjem goriva u razumnim granicama zbog procesa izgaranja, kako
bi se poveala snaga motora. Ovo, svakako, zahtijeva i odreene rekonstrukcije
motora (ojaanje krivajnog mehanizma, dogradnja sistema hlaenja i podmazivanja
itd.). Osnovna podijela sistema za natpunjenje je:
- sistemi natpunjenja sa spoljnim izvorom energije (obino je to poseban
motor sui, elektromotor itd.),
- sistemi natpunjenja koji korise energiju od motora sui (energiju od radilice
motora, energiju izduvnih gasova).
Prvi sistemi su dosta neekonomini i koriste se samo u specifinim sluajevima.
Druga grupa ureaja za natpunjenje ima masovnu primjenu na motorima, tako da
se danas praktino proizvode samo natpunjeni motori (vrlo mali broj usisnih
motora). U poetku su to bili motori sa natpunjenjem koji koriste energiju za
pokretanje kompresora za nabijanje zraka, od radilice motora. Korišteni su razliiti
kompresori: Roots-ovi kompresori, spiralni kompresori, vijani kompresori itd.
Ovakvi sistemi natpunjenja ispunjavali su osnovni zadatak (poveanje punjenja
motora zrakom i poveanje snage), ali su imali pogoršan stepen efikasnosti motora,
jer se znaanja snaga od radilice motora trošila na pokretanje kompresora.
Današnji sistemi natpunjenja, koji koriste energiju motora sui, rade na principu
dodatnog iskorištavanja energije izguvnih gasova u turbini. Naime u turbini se vrši
dodatna ekspanzija izdunvih gasova, energija se predaje turbini, a ona pokree
kompresor koji nabija svježi zrak u motor. Ovakva kombinacija turbokompresora
na motoru, koja iskorištava dio energije izduvnih gasova, ima i sa tog stanovišta
povean stepen efikasnosti motora sui. Danas se u praksi uglavnom susreu
radijalni kompresori (naziv prema pravcu istjecanja zraka na izlazu iz rotora
kompresora) i radijalne ili aksijalne turbine (naziv dobiven prema pravcu ulaska
izduvnih gasova u turbinu). Izgled jednog turbokompresora sa radijalnim
kompresorom i radijalnom turbinom dat je na slici 7.5, sa oznaenim osnovnim
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
176
elementima a primjer ugradnje turbokompresora na jednom šestocilindrinom
motoru pokazan je na slici 7.6.
9
3
10
1
2
4
8
7
5
11
1 – kuište kompresora,
2 – kolo kompresora,
3 – kuište turbine,
4 – kolo turbine,
5 – kuište ležajeva,
6 – ulazni tok izduvnih gasova u turbinu,
7 – izlaz gasova iz turbine,
8 – ulaz svježeg zraka u trubinu,
9 – izlaz komprimiranog svježeg zraka,
10 – dovod ulja za podmazivanje ležaja,
11 – povratak ulja
6
Sl. 7.5 Izgled turbokompresora (radijalni kompresor i radijalna turbina)
turbina
kompresor
p2, T2, r2
Sl. 7.6 Shema veze turbokompreosora sa šestocilindrinim motorom
Zavisno od naina ugradnje turbine na izduvnoj grani motora, odnosno od
konstrukcije izduvne grane, sistemi natpunjenja sa turbokompresorom mogu se
podijeliti na
- sisteme natpunjenja sa konstantnim pritiskom i
- sisteme impulsnog natpunjenja.
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
177
Sabijanjem zraka u kompresoru dolazi, pored poveanja pritiska, i do poveanja
njegove temperature, kao i gustine zraka, koja se rauna kao
U2
p2
RT2
.
(7.4)
U jednom trenutku uslijed porasta p2 i T2, dolazi do stagnacije ili pada U2, što je
nepovoljno za natpunjenje. Da bi se ovo izbjeglo, poslije kompresora, u usisnoj
instalaciji ugrauje se kompaktni hladnjak zraka, sa malim otporima (mali pad
pritiska 'p2) i znatnim padom temperature T2. Smatra se kad temperatura T2
dostigne vrijednost T2=383 K da je neophodan hladnjak zraka. Ovaj hladnjak
zkraka nosi uobiajeni naziv meuhladnjak. On koristi kao rahladno sredstvo
okolni zrak koji nastrujava oko motora ili fluid za hlaenje motora. Meuhladnjak
zraka danas je praktino prisutan na ogromnom broju natpunjenih motora.
Prirodna karakteristika turbokompresora (karakteristika dobave zraka) u cijelom
radnom podruju motora ne odgovara željenoj karkateristici. Tako npr. na niskim
brojevima obrtaja motora prisutan je nedostatak zraka (nepotpuno izgaranje), a na
visokim brojevima obrtaja motora prisutan je višak zraka (smanjuje efikasnost
motora zbog zagrijavanja nepotrebnog viška zraka). Pored ovih nedostataka
karakteritike turbokompresora, treba imati na umu današnji razvoj motora sui sa
maksimalnim prisustvom elektronskog upravljanja i regulacije svih procesa, gdje se i
karakteristika turbokompresora mora prilagoditi ostalim sistemima. Ovo sve za cilj
ima dobivanje ekonominog i ekološki podobnog motora sui, prihvatljivog za
dinamike karakteristike savremenih cestovnih vozila. Zbog svega ovoga su i
današnji sistemi natpunjenja opremljeni opremom za upravljanje, turbine su sa
promjenjivom geometrijom na ulazu (VTG). Uobiajena funkcionalna shema sistema
motor-turbokompresor sa VTG i meuhlaenjem zraka prikazana je na slici 7.7.
Ovakva kombinacija sistema upravljanja omoguava dobivanje brzinskih
karakteristika motora sui, kao na slici 3.8.
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
178
11
12
9
5
10
3
8
1
4
7
2
6
13
14
15
1 - motor, 2 - turbina sa VTG, 3 - kompresor, 4 - meuhladnjak zraka, 5 - dava temperature zraka
u usisnoj cijevi, 6 - izduv gasova, 7 - vakuum korektor, 8 - magnetni ventil za ogranienje pritiska
punjenja, 9 - mjera protoka zraka, 10 - usis zraka, 11 - motorni upravljaki ureaj sa integriranim
davaem nadmorske visine i pritiska u usisnom vodu, 12 - dijagnostiki interfejs, 13 - spremnik,
14 - nepovratni ventil, 15 - vakuum pumpa
Sl. 7.7 Funkcionalna shema sistema motor-turbokompresor sa VTG i meuhlaenjem zraka,
sa shemom sistema upravljanja
7.4.2
Ureaji za smanjenje emisije toksinih komponenti u izduvnim
gasovima
Potpuno izgaranje ugljikovodoninih goriva u idealnom sluaju bi trebalo za
rezultat imati izduvne gasove koji se sastoje samo od CO2 (ugljendioksid) i H2O
(voda). Meutim, zbog nepotpunosti procesa izgaranja ugljikovodinino gorivo ne
izgori u potpunosti i dolazi do stvaranja niza meuprodukata, tako da se u
izduvnim gasovima javljaju i druge komponente. Zbog štetnog djelovanja pojedinih
komponenti na zdravlje ovjeka i njegovu životnu sredinu, zakonskim odredbama
ograniava se koncentracija pojedinih komponenti u izduvnim gasovima motornih
vozila. Prije svega se to odnosi na CO (ugljenmonoksid), CxHy (neizgorjeli
ugljikovodonici), NOx (azotni oksidi) i vrste estice koje obuhvataju sve materije
koje se u izduvnim gasovima pojavljuju u vrstom obliku (pepeo, a) i tenom
agregatnom stanju (osim vode).
Da bi se smanjila emisija toksinih gasova od motora sui i time bile zadovoljene sve
strožije zakonske odredbe, poduzimaju se razliite mjere za njihovo smanjenje.
Principijelno se može rei da se na smanjenje emisije toksinih gasova može utjecati
na tri mjesta, i to:
ispred motora – izborom pogonskog goriva,
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
179
u motoru – voenjem procesa izgaranja putem upravljanja sistemom ubrizgavanja
goriva, putem recirkulacije izduvnih gasova te ubrizgavanjem vode i
poslije motora – ugradnjom dodatnih ureaja i sistema na izduvnoj grani motora
sui.
Osnovni uslov pri preduzimanju mjera koje e smanjiti emisiju toksinih
komponenti u izduvnim gasovima jeste da se pri tome u znaajnijoj mjeri ne utjee
na njegove eksploatacione karakeristike, kao i da se ne pojave nove toskine
komponente koje prije korištenja predmetnih mjera nisu postojale.
Recirkulacijom, tj. vraanjem jednog dijela izduvnih gasova ponovo u cilindar
motora, postiže se vrlo razliit utjecaj na proces izgaranja, zavisno da li se ono
odvija sa viškom ili manjkom zraka, u vidu prethodno izmiješanog ili difuzijskog
plamena. Jedan od efekata recirkulacije je smanjenje vršne temperature plamena i
smanjenje lokalnog ekvivalentnog odnosa zraka. Oba ova faktora utiu na
mehanizam formiranja NOx, ime dolazi do smanjenja njegove emisije uz samo
neznatno smanjenje snage, uz razuman nivo recirkulacije gasova.
Postoje rješenja, ali ne u nekoj masovnoj primjeni, dodavanje vode u usisni zrak ili
u gorivo (u visokotlani dio sistema), ime se takoer utjee na NOx i estice.
Ureaji koji se postavljaju na izduvni sistem u cilju smanjenja koncentracije emisije
toksinih komponenti u izduvnim gasovima motora sui, openito se nazivaju
katalizatorima. Razlikuju se meusobno prema konstruktivnoj izvedbi, prema
osnovnom principu djelovanja (redukcioni, apsorpcioni i oksidacioni), i prema
namjeni, odnosno za redukciju koje toksine komponente su namijenjeni. Pošto je
kod dizel i oto motora razliita koncentracija pojedinih toksinih komponenti, kao
posljedica razliitog naina formiranja gorive smješe zrak–gorivo i samog voenja
procesa izgaranja, to se katalizatori mogu podijeliti i na katalizatore za oto i dizel
motore.
Bez razlike koja se hemijska reakcija odvija (koja se komponenta redukuje), sama
konstrukcija redukcionih katalizatora može biti razliita. U zavisnosti od materijala i
oblika nosaa katalitikog sloja mogu se razlikovati:
- katalizator sa rastresitim (rasutim) jezgrom,
- monolitni keramiki katalizator i
- katalizatori sa metalnom folijom kao nosaem katalitikog sloja.
Shematski izgled ovih konstukcija prikazan je na slici 7.8.
S obzirom da je najoitija i najprihvatljivija podijela katalizatora prema vrsti motora
za koji su namijenjeni, to e se u nastavku dati pojedinosti vezane za pojedine vrste
katalizatora razvrstane upravo prema njihovoj namjeni, za oto i dizel motore.
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
180
c)
Sl. 7.8 Katalizator sa rasutim jezgrom a), monolitni keramiki katalizator b), katalizator sa
metalnom folijom c)
a) Katalizatori za oto motore
Kritine toksine komponente u emisiji izduvnih gasova oto motora, a ije su
granine vrijedosti koncentracije ujedno zakonski regulirane, su CO, CxHy i NOx.
Zbog svoje jako dobre efikasnosti da istovremeno redukuje sve tri prethodno
pomenute komponente, kod oto motora se naješe koriste tzv. trostazni katalizatori.
Ime su dobili što se u jednom prolazu izduvnih gasova kroz njih, odvijanjem
odgovarajuih hemijskih reakcija, uspješno redukuju sve tri pomenute toksine
komponente. Meutim za efikasan rad trostaznog katalizatora neophodni su i
odreeni preduslovi, odnosno izgaranje se u okviru motora sui treba odvijati pri
ekvivalentnom odnosu zraka z=1. Pri odstupanju od stehimetrijskog ekvivalentnog
odnosa zraka, efikasnost trostaznog katalizatora se smanjuje.
U nastavku se daju osnovni mehanizmi redukcije pojedinih komponenti u
trostaznom katalizatoru u zavisnosti od ekvivalentnog odnosa zraka.
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
181
Redukcija toksinih komponenti pri ekvivalentom odnosu zraka z=1
Katalizatori openito posjeduju osobinu da svojim prisustvom u reakciji ubrazavaju
odreene hemijske reakcije, a da se pri tome sami ne troše. Korištenjem
odgovarajuih katalitikih materijala može se postii da se u prisustvu kiseonika
odvija reakcija oksidacije CO i CxHy i pri relativno niskim temperaturama, i da se u
prisustvu redukcionih komponenata (CO, H2, CxHy) odvijaju i redukcione reakcije
za NOx. Osnovna funkcija trostaznog katalizatora može se opisati sa slijedeim
reakcionim jednainama.
Oksidacija CO i CxHy u CO2 i H2O
CO2
CO + ½ O2
CO2 + H2
CO + H2O
CxHy + (1+y/4) O2
x CO2 + y/2 H2O
Redukcija iz NOx u N2
½ N2 + CO2
NO + CO
½ N2 + H2O
NO + H2
(1+y/4) N2 + x CO2 + y/2 H2O
(2 +y/2) NO + CxHy
Sporedne reakcije
H2O
H2 + ½ O2
2 NH3 + H2O
2NO + 4H2
Posljednja reakcija prikazuje se kao primjer stvaranja nepoželjnog jedinjenja, u
ovom konkretnom sluaju NH3 (amonijak), što se pravilnim izborom katalitikog
materijala u svakom sluaju mora izbjei.
Za izradu katalizatora naješe se koriste Pt (platina), Pd (paladij) i Rh (rodij) kao
katalitiki materijali. Kako bi se postigle visoke stope oksidacije i redukcije ovi
plemeniti metali se dispergiraju po što je mogue veoj površini nosaa (vidi
sliku 7.9). Ovi nosai su od anorganskih materijala sa kompleksnom poroznom
strukturom (npr. Al2O3), i oni se rastvoreni u vodi nanose na keramike ili metalne
konstrukcije (vidi sliku 7.8).
182
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
Sl. 7.9 Principijelna struktura katalizatora
Pošto se u toku vožnje sve komponente trebaju istovremeno redukovati, to se pred
sastav izduvnih gasova postavljaju odreeni zahtjevi, kako bi se redukcija mogla
odvijati prema prethodno opisanim reakcijama. Za oksidaciju CO i CxHy potrebno
je obezbijediti višak kiseonika, dok je za redukciju NOx neophodno prisustvo
redukcionih komponenti. Regulacijom ekvivalentnog odnosa zraka sa lambda
sondom mogue je obezbijediti efikasno odvijanje rekacija oksidacije i redukcije.
Ukoliko lambda sonda izmjeri manjak ili višak kiseonika u izduvnim gasovima, vrši
se regulacija u jednom ili drugom smjeru (poveanje ili smanjenje ekvivalentnog
odnosa zraka putem regulacije ubrizgavanja goriva). Da ne bi došlo do pada
efikasnosti katalizatora u situacijama kada je evidentan manjak kiseonika (smanjena
efikasnost oksidacije CO i CxHy) ili višak kiseonika (smanjena efikasnost redukcije
NOx) u izduvnim gasovima, u katalizatoru se nalazi i mješavina oksida Ce-Zr
(popularno Cer) koja posjeduje osobinu da pri višku kiseonika u izduvnim
gasovima vrši njegovo akumuliranje, te u sluaju manjka kiseonika opet otpušta
kiseonik u katalitiku reakciju. To znai da pravilno funkcioniranje katalizatora
zavisi s jedne strane od katalitikih svojstava plemenitih metala, a s druge strane i
od temperaturne stabilnosti Cer-a u nosau.
Lambda sonda
Kod lambda sondi pravi se razlika izmeu sondi sa odskonom i linearnom
karakteristikom. Sonde sa odskonom karakteristikom omoguavaju regulaciju
ekvivalentnog odnosa zraka oko stehiometrijskog odnosa, z=1. Rad odskone
lambda sonde zasniva se na principu elije napravljene od elektrolita u vrstom
stanju (Nerst princip), slika 7.10. S jedne strane tijelo sonde je od keramike koja ne
propušta gasove, a na ijoj površini su postavljene porozne elketrode od platine.
Gasovi dolaze u dodir sa elektrodama, dok je druga strana u kontaktu sa
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
183
atmosferom. Korišteni keramiki materijal (ZrO2) na temperaturi od oko 300 °C
postaje propusan za jone kisonika. Ukoliko je parcijalni pritisak kiseonika u ova dva
prostora razliit, na graninim površinama se stvara elektrini napon.
6
5
Zrak
4
Napon sonde [mV]
Izduvni gasovi
3
1
1000
Bogata smješa
(manjak zraka)
Siromašna
smješa
(višak zraka)
800
600
400
200
2
0
0,8
0,9
1
1,1
1,2
Ekvivalentni odnos zraka (lz)
b)
a)
1 - keramika, 2 - elektrode, 3 - kontakti, 4 - kontakti na kuištu, 5 - izduvna cijev,
6 - porozni keramiki zaštitni sloj
Sl. 7.10 Principijelna skica lambda sonde a) sa odskonom karakteristikom b) na 600 °C
Lambda sonda sa linearnom karakteristikom zasniva se na Nerst principu uz
korištenje tzv. pumpne elije, koja transportira jone kiseonika (slika 7.11). Izduvni
gasovi se u komori, koja se nalazi u unutrašnjosti sonde, putem dovoenja
odreene elektrine struje (tzv. pumpne struje), podešavaju na vrijednost napona
koji odgovara stanju z=1 (tzv. Nerst napon). Referentna vrijednost zraka podešava
se preko jedne Nerst elije. Pumpna struja služi kao mjerni signal i zavisi od
ekvivalentog odnosa zraka.
IA
Izduvni gasovi
Ip
1,5
Um
0,5
1
Nerst ćelija
Zrak-referentni
UN
Elementi grijača
0
0,8
-0,5
1
1,2 1,4 1,6 1,8
lz
2
2,2 2,4 2,6
-1
HH+
a)
IP [mA]
Pumpna ćelija
-1,5
-2
b)
H - polovi grijaa; UN - Nerst napon; Um - napon pumpne elije;
Ip - jaina struje pumpne elije; IA - jaina izlazne struje
Sl. 7.11 Principijelna skica lambda sonde a) sa linearnom karakteristikom b)
184
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
Funckija trostaznog katalizatora u mnogome zavisi od lambda regulacije. U
zatvorenom regulacionom krugu ekvivalentni odnos zraka mjeri se lambda sondom
koja je postavljena u struju izduvnih gasova, te se dobivena vrijednost uporeuje sa
zadatom (potrebnom) vrijednosti i vrši se odgovarajua korekcija. Kako bi se
obezbijedila optimalna funkcija oksidacije i redukcije, ekvivalentni odnos zraka
mora se kretati u uskim granicama oko stehiometrijske vrijednosti (z=1). Na taj
nain se obezbijeuje punjenje i pražnjenje akumulatora kiesonika (Cer-a) u
katalitikom sloju, tako da se akumulacijom kiseonika obezbijeuje redukcija NOx,
a sa oslobaanjem kiseonika podržavaju se reakcije oksidacije CO i CxHy. Pri
korištenju lambda sonde sa odskonom karakteristikom neminovno je odstupanje
ekvivalentnog odnosa zraka, odnosno postoji regulacija u dvije take.
Pri korištenju lambda sonde sa linearnom karakteristikom neophodna je prinudna
pobuda kako bi se obezbijedilo oscilovanje ekvivalentnog odnosa zraka oko
stehiometrijske vrijednosti (z=1). Neophodno je linearnu karakteritiku lambda
sonde dodatno propustiti kroz tzv. trim regulaciju kako bi se usaglasila sa tanom
vrijednosti z=1. Ovo usaglašavanje obino se izvodi putem lambda sonde sa
odskonom karakteristikom koja se postavlja iza katalizatora. Prednosti primjene
lambda sonde sa linearnom karakeristikom ogledaju se u:
veoj sopstvenoj frekvenci ureaja i manjoj grešci uzorkovanja lambda
sondom,
veoj efikasnosti katalizatora i veoj slobodi pri izboru trenutka promjene
ekvivalentnog odnosa zraka i
mogunosti regulacije sastava smješe u širem dijapazonu, npr. u fazi
zagrijavanja motora.
Da bi se mogla ostvariti redukcija željenih toksinih komponenata u izduvnom gasu,
neophodno je da katalizator dostigne svoju minimalnu radnu temperaturu koja
izonsi 250 °C do 300 °C. Kod pasivnih katalizatorskih sistema katalizator se
zagrijava iskljuivo toplotom sadržanom u izduvnim gasovima. Pošto se kod veine
cestovnih vozila katalizator postavlja ispod poda vozila, prilikom ispitivanja
efikasnosti katalizatora došlo se do zakljuka da se ak do 80% od ukupne emisije
toksinih komponenti emituje u fazi procesa zagrijavanja. Shodno tome,
neophodno je skraivanje vremena potrebno za zagrijavanje katalizatora do njegove
minimalne radne tempearture. Kod pasivnih katalizatorskih sistema u tu svrhu se
optimiziraju: ugao pretpaljenja (smanjenje ugla), broj obrtaja (poveanje), vrijeme
razvoda radne materije, te u nekim sistemima dovoenjem sekundarnog zraka u
izduvni sistem.
Kod aktivnih katalizatorskih sistema, u koji se ubraja jedini u serijskoj proizvodnji
primjenjivani sistem sa ugraenim grijaima (E-kat), u znatnoj mjeri je mogue
smanjiti vrijeme zagrijavanja katalizatora. Potrebna snaga grijaa je oko 2 kW, što
predstavlja znaajnog potrošaa elektrine energije na vozilu, te se na odgovarajui
nain mora i obezbijediti ta energija.
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
185
Optimiranje procesa rada katalizatora ostvaruje se i biranjem položaja ugradnje
samog katalizatora u odnosu na motor sui. Naime, promjenom rastojanja
katalizatora od motora mijenja se i temperatura izduvnih gasova koja u njega
ustrujava. Što je vea udaljenost katalizatora od motora sui, a uz to postavljena
ispod vozila, vrijeme potrebno za dostizanje radne temperature katalizatora se
poveava, slika 7.12. U zavisnosti od mjesta postavljanja katalizatora razlikuju se i
pojedini sistemi (slika 7.13): podni katalizatori, pretkatalizatori i katalizatori blizu
motora.
Kod standardnog podnog katalizatora cjelokupna zapremina katalizatora je
postavljena sa donjeg dijela vozila. Neminovno sniženje temperature izduvnih
gasova predstavlja pogoršanje rubnih uslova za odvijanje katalitikih reakcija, i
eventualno se mogu popraviti toplotnom izolacijom izduvnog sistema, odnosno
aktivnim zagrijavanjem katalizatora putem grijaa.
Sistemi kod kojih se dio zapremine katalizatora postavlja blizu motora još se
nazivaju startni katalizatori ili pretkatalizatori. Blizina motoru sui doprinosi bržem
zagrijavanju do minimalne radne temperature katalizatora.
Sistemi kod kojih se cijela zapremina kataliztora postavlja u neposrednoj blizini
motora predstavlja, sa aspekta pasivnih sistema, najbolje rješenje u pogledu brzine
zagrijavanja katalizatora. Meutim, kod ovakvog koncepta postavljanja katalizatora
mora se voditi rauna da se ostvare takvi uslovi da ne doe do toplotnog
preoptereenja samog katalizatora, što može dovesti do njegovog uništenja.
Temperatura izduvnih
gasova [°C]
600
Blizu motora
500
Srednja udaljenost
400
300
Ispod poda
200
Minimalna radna
temperatura
100
0
0
20
40
60
80
Vrijeme [s]
100
120
140
Sl. 7.12 Promjena temperature gasova na ulazu u katalizator u funkciji vremena zagrijavanja, za
razliite položaje katalizatora
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
186
Katalizator
ispod poda
Pretkatalizator
Glavni
katalizator
Glavni katalizator
blizu motora
Prigušivač buke
Električnim putem
zagrijavani katalizator
a)
b)
Sl. 7.13 Razliita mjesta postavljanja katalizatora a) i kataliztor postavljen u neposrednoj blizini
motora (iza sabirne grane) b)
Redukcija toksinih komponenti pri ekvivaltnom odnosu zraka z>1
Uvoenjem sistema direktnog ubrizgavanja goriva i kod oto motora, otvara se
mogunost osiromašenja smješe goriva do vrijednosti globalnog ekvivaltnog odnosa i
do z~4. Ovakvim nainom organiziranja i provoenja procesa izgaranja otvaraju se
novi izazovi i za sistem preišavanja izduvnih gasova. Naime, periodi rada motora
sui sa izrazitim viškom zraka dovode do toga da trostazni katalizator nije u
mogunosti da akumulira višak kiseonika, i samim tim nije u mogunosti izvršiti
efikasnu redukciju azotnih oksida. S druge strane niže temperture izduvnih gasova
dovode do smanjenja efikasnosti oksidacije neizgorjelih ugljikovodonika CxHy, te
pojavu sitnih vrsti materija, estica, u izduvnim gasovima.
Sa razvojem procesa izgaranja sa izrazitim viškom zraka i kod oto motora,
uporedno su razvijana i tehnika rješenja koja bi bila u mogunosti da efikasno
redukuju toksine komponente u izduvnim gasovima, prije svega NOx. Razvoj
sistema ide u dva prvaca. Prvi, koji omoguava apsorpciju NOx, te kada rubni
uslovi za njihovu redukciju u trostaznom katalizatoru budu povoljni odpuštaju se.
Drugi, razvoj sistema koji bi kontinuirano redukovali emisiju NOx korištenjem
odgovarajuih katalitikih materijala.
U prvom sluaju se radi o tzv. NOx apsorpcionim katalizatorima koji se postavljaju
u sistem zajedno sa trostaznim katalizatorom. Ovi katalizatori su po konstrukciji
slini trostaznim katalizatorima, ali je razlika izražena u korištenom katalitikom
materijalu. Prvestveno su to alkali, zemni alkali koji u spoju sa Ba, Ka i Cs ine
karbonate koji imaju sposobnost apsorpcije NO2. Ova vrsta katalizatora pokazala se
kao jako postojana sa aspekta efikasnoti redukcije NOx, tako je na slici 7.14 to
ilustrirano na konkretnom primjeru jednog NOx apsorpsionog katalizatora.
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
187
120 %
NOX - konverzija
100 %
80 %
60 %
40 %
20 %
NOX
nov
NOX korišten
0%
150 200 250 300 350 400
450 500 550
Temperatura [°C]
Sl. 7.14 Stepen konverzije NOx apsorpcionog katalizatora
Za sluaj rada motora sa viškom zraka, NO2 se u obliku nitrata veže za apsorpcioni
materijal katalizatora. NO koji se takoer nalazi u izduvnim gasovima prethodno se
mora oksidirati u NO2 (slika 7.15). Naredne jednaine opisuju u uproštenom obliku
reakcije koje se odvijaju u katalizatoru
NO + ½ O2
NO
+
BaO + ½ O2
2
2
NO2
Ba(NO3)2 .
Poveanjem koliine apsorbovanog NO2 efikasnot nitratnog spoja se smanjuje.
Zbog toga je neophodno na sistematskoj osnovi prazniti (regenerirati) katalizator.
Pri radu motora sa z<1 nitrati se u odsustvu zraka brzo raspadaju, a prethodno
apsorbovani NO2 se oslobaa. Zbog prisustva CO u izduvnim gasovima dolazi do
redukcije NO2:
N2 + CO2 + 3/2 O2 .
2NO2 + CO
Kod katalizatorskih sistema koji koriste NOx apsorpcione katalizatore vrlo je važna
uloga menadžmenta sistema, pošto je neophodno izvršiti pravovremneu
regeneraciju predmetnog katalizatora. Znai sistem treba prepoznati potrebu za
uvoenjem faze regeneracije, koju e inicirati kratkotrajnim radom motora sui u
podruju bogate smješe (z<1). Na slici 7.16 prikazane su faze akumulacije i
regenracije NOx apsorpcionog katalizatora iz kojih se jasno raspoznaje promjena
efikasnosti katalizatora sa dužinom trajanja faze akumulacije.
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
188
Faza akumulacije lz>1
NO
CO2
O2
NO2
O2
SO3
O2
SO2
Ba
CO Ba(NO3)2 aSO
B
3
Pt+Rh
4
Faza regeneracije lz<1
NO
HC
H2
CO
SO2
H2
HC
CO
SO3
Pt+Rh
N2
H2O
CO2
Ba
3
SOBa(NO3)2 CO
a
B
4
Desulfatizacija
(>650°C)
SO2
Sl. 7.15 Princip rada NOx apsorpcionog katalizatora
Emisija NOX
Prije katalizatora
Poslije katalizatora
(Bogata
smješa)
tf
tm
Ukupna emisija
NOX iza katalizatora
u fazi akumulacije Bogata
smješa
Faza akumulacije
Faza regeneracije
Vrijeme
Faza akumulacije
tm – vrijeme faze akumulacije, tf – vrijeme faze regeneracije
Sl. 7.16 Faze akumulacije i regeneracije NOx apsorpcionog katalizatora
Prisustvo sumpora u gorivu u mnogome može smanjiti efikasnost NOx
apsorpcionog katalizatora. Naime, sumpor ima sline osobine kao i azot, tako da se
sumpor u obliku sulfata može vezati za apsorpcioni materijal umjesto aztonih
oksida. Pošto su sulfati temperaturno stabilniji od nitrata, za ponovno oslobaanje
sumpornih oksida sa apsorpcionog materijala potrebna je vea temperatura
izduvnih gasova koja se pri normalnom radu motora sui ne može ostvariti. U tim
sluajevima se govori o „trovanju“ sumporom, odnosno gubljenju funkcije
katalizatora. Desulfatizacija katalizatora može se ostvariti ukoliko se u
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
189
menadžmentu koji upravlja radom motora predvide odreni, vrlo kratkotrajni, periodi
rada motora sa jako bogatom smješom kojom bi se mogle ostvariti visoke
temperature izudvnih gasova koje bi omoguavale regeneraciju katalizatora. Meutim
svaka takva regenracija nosi sa sobom poveanje potrošnje goriva, te zbog rada na
visokim temperaturama intenzivnije starenje, trošenje katalizatora. Zbog toga je za
upotrebu NOx apsorpsionih katalizatora važan preduslov korištenje goriva sa malom
koncentracijom sumpora (< 50 ppm) ili u idealnom sluaju goriva bez sumpora
(<10 ppm).
NOx apsorpcioni katalizatori mogu se primjenjivati i kod dizel motora.
Današnja vozila sa oto motorima sa direktnim ubrizgavanjem lakog goriva opremaju
se sa trostaznim katalizatorom, koji se postavlja u neposrednoj blizini motora (odmah
iza sabirne grane) i jednog NOx apsorpcionog katalizatora ispod poda vozila. Na taj
nain obezbijeena je efikasna redukcija svih reguliranih toksinih komponenti
izduvnog gasa.
b) Katalizatori za dizel motore
S obzirom na nain ubrizgavanja goriva i voenja procesa izgaranja, ekvivalentni
odnos zraka znatno je iznad vrijdnosti 1. U izduvnim gasovima dizel motora emisija
toksinih kompononti CO i CxHy ne predstavlja znaajniji problem. Ugraivanjem
oksidacionih katalizitatora u izduvni sistem njihova koncentracija se dodatno može
smanjiti i za 80%. Naspram toga emisija vrstih estica i NOx zahtijevaju specijalne
dodatne ureaje koji e omoguiti njihovu redukciju.
Za efikasno odstranjivanje estica iz izduvnih gasova koriste se ureaji koji rade na
principu filtera. Na slici 7.17 shematski je prikazan filter za estice koji je postavljen
na keramiki nosa. Objetivan problem koji se javlja kod ovakvih sistema jeste brzo
nagomilavanje estica na zidovima filtra i neophodnost njegove zamjene odnosno
išenja.
cijevi obložene keramikom
cijevi
a)
porozni keramički zid
b)
Sl. 7.17 Dva konstruktivna rješenja filtera za estice sa keramikom
Kako bi se produžio interval vremena do potrebne intervencije, u okviru filtera se
postavljaju brizgai za gorivo (slika 7.18), a generalno na izudvnoj instalaciji
predviaju se otvori za mogunost dovoenja sekundardnog zraka. To znai da,
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
190
kada pad pritiska u filteru naraste do odreene vrijednosti, kao poseljdica
nakupljanja estica, uvodi se dodatna koliina zraka (sekundarni zrak) i vrši se
ubrizgavanje goriva u filter preko brizgaa. Temperatura izduvnih gasova je
dovoljno visoka da se obezbijedi paljenje ubrizganog goriva. Na taj nain se
poveava temperatura u samom filteru što omoguava izgaranje akumuliranih
vrstih estica. Izgaranjem estica, ustvari, vrši se išenje filtera.
4
1
2
3
5
1 - izduvna grana motora, 2 - filter s keramikim jezgrom, 3 - brizga, 4 - upravljaka elektronska
jedinica, 5 - izvršna jedinica
Sl. 7.18 Shema filtera za estice za dizel motore sa sistemom za išenje
Osnovni problem koji se javlja kod ovih filtera, jeste to da na parcijalnim režimima i
na praznom hodu temperatura izduvnih gasova nije dovoljno visoka da bi se
izvršilo izgaranje nakupljenih estica. Jedno od moguih rješenja za ovaj problem
jeste da se svana dovodi energija potrebna za paljenje estica, putem struje ili
dodatne koliine goriva, ali ovakva rješenja poveavaju cijenu ovih filtera.
Tehniko rješenje za kontinuiranu redukciju NOx u izduvnim gasovima motora sui
predstavlja tzv. SCR katalizator – katalizator sa selektivnim katalitikim reakcijama.
Princip rada sastoji se u tome da se u kontroliranom okruženju u izduvne gasove
dovede katalitiki materijal koji e omoguiti ubrzanje hemijske reakcije. Kao
katalitki materijal – redukciono sredstvo – koristi se mokraevina. Mokraevina
ustvari predstavlja nosei materijal za stvarno redukciono sredstvo, amonijak, koji je
vrlo otrovan u svom istom oblik, te se zbog toga na cestovnom vozilu transportira
u posebnim rezervoarima u vidu mokraevine (najpoznatiji komercijalni naziv za
ovu tenost je Ad Blue). Na slici 7.19 prikazana je shema SCR katalizatora.
7.4 Dodatni ureaji na usisno-izduvnoj instalaciji
3
2
191
1
1 - SCR katalizator, 2 - hidrolizni katalizator, 3 - ventil za doziranje mokraevine
Sl. 7.19 Shema SCR katalizatora za dizel motore sa mokraevinom za smanjenje NOx
7.4.3 Ureaji za smanjenje buke motora
Naelno se smatra da buka koja potjee od usisno-izduvne instalacije motora dolazi
od triju glavnih izvora:
- od izduvavanja,
- usisavanja i
- mehanike buke.
Na izlazu iz izduvne cijevi motora, pulzacije pritiska gasnog stuba se emituju u
atmosferu kao najizraženiji dio buke. Ugradnjom prigušivaa buke na izduvnu cijev,
postiže se da do rezonancije dolazi samo na odreenim frekvencijama viših
harmonika i da takvom amplitudom ukupna buka ne stvara osjeaj nelagodnosti.
Izvori buke koja nastaje kod usisavanja su oscilacije pritiska zraka, odnosno smješe,
kada ona struji kroz preista, karburator, usisnu cijev i oscilacije gasnog stuba u
cilindru motora prilikom punjenja. Isto tako i kod brzog zatvaranja ventila, gasni
stub u usisnoj instalaciji nastavi sa oscilovanjem. Mehanizam nastanka buke
prilikom usisavanja vrlo je kompleksan i zbog toga se taj dio buke vrlo teško
prigušuje na zadovoljavajui nivo.
Dio mehanike buke nastaje isto tako pri sjedanju ventila, klackalica, lananog
prenosa, rada zupanika i slino.
Nastala buka od svakog pojedinog izvora i spektar njezine raspodijele u podruju
frekvencija zavisi od brzinskog režima i optereenja motora. Osnovni zadatak
prigušivaa buke jeste smanjenje opšteg nivoa buke na veliinu koja se može
tolerirati i filtriranje oscilacija odreenih frekvenci i amplituda. Ovaj zadatak
ostvaruje se promjenom karakteristika oscilacija pritiska prije njihovog prenošenja u
atmosferu, naravno sa preduslovom da to ne izaziva remeenje performansi motora.
Smanjenje buke zasniva se na nekoliko opštih fizikih principa:
- prigušenju odreenih pojaseva u spektru,
- promjenom amplituda i frekvenci oscilovanja pojedinih sastavnih
komponenti izvora buke,
7. Izduvna i usisna instalacija motora sui
192
-
razbijanjem, tj. višestrukim odbijanjem zvunih talasa, stvaranje oscilovanja
difuznog karaktera,
prigušenjem – interferencijom talasa pojedinih frekvenci i dr.
Konstruktivne izvedbe prigušivaa buke koji se baziraju na gore pomenutim
principima prikazane su shematski na slici 7.20. Navedenim prigušivaima, buka se
treba smanjiti na niži nivo, koji se može tolerirati.
porozna masa
a) apsorpcijom
b) ekspanzijom izduvnih
gasova
d) sužavanjem presjeka
(isto prolazom kroz
rupice zidova)
c) bočnim rezonatorom
e) interferencijom zvučnih
talasa
Sl. 7.20 Shema prigušivaa buke kod motora
U sluaju prikazanom pod e), izborom odgovarajuih dimenzija vremenski se
podešava odbijanje talasa, tako da na pojedinim mjestima u prigušivau dolazi do
preklapanja pobudnih i reflektiranih talasa, što dovodi do njihove interferencije i
djelominog poništavanja.
Ugradnja prigušivaa buke na usisni ili izduvni sistem, koji su bili prethodno
podešeni tako da gasni stub oscilira pema unaprijed odreenoj dinamici, sigurno
dovodi do odreenih poremeaja. Ovo je posljedica promjene graninih uslova na
poetku ili na kraju cijevne instalacije. Osim toga dolazi i do poveanja strujnih
gubitaka zbog dodatnih aerodinamikih otpora. Prvi utjecaj mijenja dinamiku
oscilovanja, tj. amplitudu i frekvencu na mjestu ispred usisnih i iza izduvnih ventila
ili kanala (kod dvotaktnih motora). Sve to se odražava na smanjenje koeficijenta
punjenja motora (Kv), što se posredno odražava i na ostale efektivne pokazatelje
motora.
Pri razvoju novih i poboljšanju postojeih konstrukcija prigušivaa buke i ureaja za
dekontaminaciju produkata izgaranja, mora se težiti tome da se njihovom
ugradnjom na usisnu ili izduvnu instalaciju bitno ne pogoršaju efektivni pokazatelji
motora, kao što su njegova snaga i specifina potrošnja goriva (ekonominost).
193
8. PREIŠAVANJE ULJA, GORIVA I ZRAKA
Osnovni zadatak preistaa, koji se nalaze u sklopu pojedinih instalacija, jeste da iz
fluida izdvajaju nepoželjne mehanike i hemijske neistoe, a kod ulja i goriva i
produkte oksidacionih promjena (naftanske i mineralne kiseline, smole, asfalt, vodu,
sumpor i dr.). Mehanike neistoe dospijevaju u zrak iz okoline i njegova “istoa”
na ulazu u motor zavisi od vrste puta, odnosno podloge po kojoj se vozilo kree, i
od visine iznad nivoa terena na kojoj se zrak usisava.
U gorivo i mazivo, mehanike neistoe dospijevaju u toku proizvodnje,
uskladištenja, transportiranja, rukovanja i u toku rada motora. vrste estice dolaze
u tene fluide i uslijed mehanikog trošenja materijala. Do hemijskih promjena
goriva i ulja dolazi ve u toku stajanja, a pogotovo pod dejstvom toplote, svjetlosti i
kiseonika iz zraka. Svi ovi utjecaji naroito su pojaani u toku rada motora.
Mehanike neistoe su po svom hemijskom sastavu, fizikim osobinama i
dimenzijama (0,5 do 30 Pm) vrlo razliite. Sitne vrste estice, koje esto dostižu
tvrdou kvarca, pogotovo su opasne jer izazivaju lokalna ošteenja, duboke risove i
eroziju veih površina. Njihov utjecaj na odvijanje pojedinih procesa, na rok
trajanja dijelova, naroito je velik na instalacijama za ubrizgavanje goriva, siscima
rasplinjaa, sklopu klip-cilindar i sl. Na vozilskim motorima, preistai su
konstruirani tako da izdvajaju mehanike neistoe, pa e u daljnjem tekstu biti
prvenstveno govora o tim preistaima. Problem hemijskog preišavanja prisutan
je kod velikih stabilnih i brodskih motora.
8.1 Podjela i konstrukcija preistaa
a) Preistai za ulje
Brzina “prljanja” ulja može se ocijeniti na osnovu niže navedenih prosjenih
vrijednosti. Brzina nagomilavanja nerastvorljivih estica svedena je na km puta i
nominalnu efektivnu snagu motora. Za pojedine motore ove vrijednosti se kreu:
- za oto motore ugraene na osobni automobil oko 0,3 mg/km kW,
- za dizel motore ugraene na autobuse i kamione 0,4 ÷ 0,7 mg/km kW i
- sporohodne dizel motore 0,7 ÷ 1,4 mg/km kW.
Prema nainu odstranjivanja neistoa, preistai se mogu dijeliti na:
8. Preišavanje ulja, goriva i zraka
194
-
mehanike,
apsorpcione,
hidrodinamike,
kombinirane i
magnetne.
Mehaniki preistai odstranjuju iz ulja vrste estice njihovim fizikim zadržavanjem.
Ulje prolazi kroz uske kanale koji su takvih dimenzija da vee estice ne mogu
prolaziti. Prema nainu djelovanja oni se dalje dijele na dubinske i površinske.
Apsorpcioni preistai ne zadržavaju samo mehanike estice, nego apsorbuju
slobodne kiseline, alkalije, vodu u ulju i dr., tj. vrše hemijsko i mehaniko išenje ulja.
Mehaniki preistai obino se sastoje iz tijela u koga je smješten filtrirajui element
i prelivni ventil, koji u sluaju prevelikih otpora preistaa otvara prolaz i direktno
propušta ulje u instalaciju. Filtrirajui element povremeno se vadi radi išenja ili se
zamjenjuje novim.
3
Lamelasti tip mehanikog preistaa
prikazan je na slici 8.1.
4
Filtrirajui element sastoji se iz paketa
5
6
poredanih filtrirajuih i odstojnih
ploica. Širina kanala kroz koje ulje
2
protjee zavisi od debljine odstojnih
ploica i kree se u granicama od 0,03
do 0,15 mm, ime je odreena i
1
veliina estica u ulju koje preista
zadržava. Pravac kretanja ulja prikazan
je strelicama na slici 8.1.
7
U ovu grupu spadaju i preistai sa
elementima izraenim od vlakana,
1 - trn, 2 -prelivni ventil, 3 - ruica za pomjeranje specijalnog impregniranog papira,
lamela pri išenju, 5, 4 - lamela, 6 - strugai,
tekstilnog materijala i filca. Obino se
7 - trn-nosa lamela
takav element zamjenjuje poslije
odreenog broja sati rada motora. Na
Sl. 8.1 Lamelasti tip mehanikog preistaa
motorima za vozila najviše se koriste
za ulje
preistai sa elementima iz filca i
impregniranog filter papira.
Posljednji predstavljaju tipine površinske preistae, jer se odvajanje neistoe vrši
pri prolazu ulja kroz tanku pregradu. Vijek filcanih preistaa je nešto duži od
papirnih, ali je zato kod posljednjih osjetno bolji kvalitet preišavanja. Neke vrste
filtirajuih elemenata koji se ugrauju u preistae ulja za cestovna vozila, prikazani
su na slici 8.2.
Osnovni element hidrodinamikih preistaa je rotor koji se okree sa 5.000 do
10.000 o/min. Djelovanjem centrifugalne sile mehanike estice, koje sa uljem
8.1 Podjela i konstrukcija preistaa
195
dospijevaju u rotor, odbaene su ka
zidovima rotora, te se ovdje
nagomilavaju u vidu vrsto sabijene
mase. Rotor dobija pogon preko
direktne veze sa motorom putem
zupastog prenosa ili djelovanjem
reakcije mlaza ulja koji pod pritiskom
istjee iz mlaznica na rotoru.
a)
b)
c)
Hidrodinamiki
preistai
imaju
a) i b) – površinski preistai sa impregniranim slijedee prednosti:
tekstilom (a) i filter papirom (b), c) - dubinski
1. nije potrebno vršiti zamjenu
preista sa filcom
elemenata,
2. sposobnost preišavanja je nekoliko
Sl. 8.2 Filtrirajui elementi za preistae
puta bolja u odnosu na mehanike
ulja
preistae,
3. svojstva preišavanja u radu
motora vrlo sporo opadaju, jer se
jer se talog nagomilava u rotoru i
4. sposobnost propuštanja preistaa ne zavisi od koliine taloga.
2
b) Preistai za goriva
Osnovni zadatak preistaa za goriva jeste izdvajanje mehanikih neistoa i vode.
Na motorima sa karburatorom dovoljno je izvršiti grubo preišavanje i izdvajanje
estica ije su dimenzije vee od 0,1 mm. Na instalacijama sa ubrizgavanjem goriva,
mora se izvršiti fino preišavanje goriva i izdvajanje estica veliine iznad 1 Pm.
Za grubo preišavanje služe preistai
2
5
4
1
sa sinterovanim keramikim ploama.
Konstrukcija takvog preistaa prikazana
je na slici 8.3. Filter je sastavljen od
metalokeramikih ploa razdvojenih
aluminijskim prstenovima i navuenih na
perforiranu metalnu cijev, koja se sa
gornje strane uvre u nepokretno tijelo
preistaa.
3
Kao kod preistaa za ulje, danas se sve
eše koriste preistai za gorivo sa
1 - keramike ploe, 2 - Al prsten, 3 – metalna filtrirajuim umetkom od impregniranog
cijev, 4 - prelivni ventil, 5 - tijelo preistaa
papira (slika 8.4). Na slici 8.4 oznaen je i
tok goriva.
Sl. 8.3 Preista goriva sa keramikim
Kod instalacija za ubrizgavanje dizel
umetkom
goriva sa visokim pritiscima ubrizgavanja
(kvalitet sklopova sa malim tolerancijama)
8. Preišavanje ulja, goriva i zraka
196
vrlo esto se koristi dvostruki preista za gorivo (grubi+fini). Prikazan je na
slici 8.5. S obzirom na prisustvo vode u gorivu kod preistaa goriva ugrauju se i
odvajai vode. Takav jedan preista goriva prikazan je na slici 8.6.
1
2
Sl. 8.4 Lako izmjenjivi preista goriva sa
uloškom od impregniranog papira
3
1 – nosa sa kuištem, 2 - grubi preista,
3 - fini preista
Sl. 8.5 Dvostruki preista za dizel gorivo
3
4
5
2
6
1
7
8
9
10
1 - kuište, 2 – poklopac sa prikljunim navojem,
3 - zaptivni prsten, 4 - središnji zaptiva,
5 - uložak preistaa, 6 - zaptivni prsten,
7 - oslonaka cijev, 8 - opruga, 9 - prostor za
skupljanje vode, 10 - vijak za ispuštanje vode
Sl. 8.6 Preista dizel goriva sa odvajaem
vode
Nova generacija preistaa goriva kod
dizel mtora, pored osnovne funkcije,
integrira i dodatne module, kao što su:
- predgrija goriva u cilju spreavanja
naslaga i zaepljenja preistaa od
parafinskih
komponenti
u
zimskom periodu,
- hlaenje goriva,
- oprema za mjerenje otpora (pada
pritiska),
sa
odgovarajuim
indikatorom,
- ispuštanje neistoa iz preistaa
itd.
Preistai mogu biti ugraeni u
instalaciju za napajanje gorivom na više
naina:
1. direktno na spremniku za gorivo,
što pogotovo otežava održavanje i
zamjenu filtirajueg elementa, ali
nije potrebno posebno tijelo
preistaa;
2. preista je ugraen na prikljunu
8.1 Podjela i konstrukcija preistaa
197
cijev spremnika za gorivo;
3. preista je smješten ispred pumpe za gorivo, što je naješe sluaj kod
instalacija na dizel-motoru; sklop se sastoji od dvaju preistaa–grubog i finog i
prelivnog ventila;
4. preista se nalazi ispred karburatora, odnosno ispred glavnog siska.
Kod stabilnih motora, koji su stalno u pogonu upotrebljavaju se specijalni preistai
– dvojnici, koji omoguavaju da se jedan preista iskljui iz pogona, kada se
zamjenjuje filtrirajui element.
c) Preistai za zrak
Motori sa unutarnjim izgaranjem u toku svoga rada usisavaju znatnu koliinu zraka
iz okolne atmosfere u kojoj lebde vee koliine sitnih estica prašine.
Koliina prašine u zraku zavisi od uslova u kojima radi motor. Tako npr. sadržaj
prašine u zraku pri kretanju vozila u gradu, odnosno pri kretanju po putevima
prvog reda, može se kretati u granicama 0,00025 do 0,001 g/m3, a pri kretanju po
nenabijenom (seoskom) putu koncentracije su u granicama 0,01 do 0,02 g/m3.
Zbog velike razlike u gustini izmeu vrstih estica i zraka, za njihovo izdvajanje iz
zraka mogu se koristiti i drugi fiziki efekti, koji se nisu mogli upotrijebiti za
izdvajanje vrstih estica iz tenosti. Znai, osim fizikog zadržavanja estica na
prolazu kroz uske kanale, estice se mogu izdvajati iz zraka i inercionim i
gravitacionim efektom. Tako se javljaju inercioni ciklonski preistai, kod kojih se
vrste estice izdvajaju djelovanjem centrifugalne sile, ili isti inercioni preistai,
kada se estice izdvajaju djelovanjem sile inercije pri naglom skretanju, odnosno
promjeni smjera strujanja zraka.
Za fiziko zadržavanje estica koristi se filc, tekstil, papir i drugi materijal. Ovi
umeci mogu biti suhi ili mokri. Kod posljednjih je efekat i kvalitet (izdvajaju se i
manje dimenzije estica) izdvajanja poboljšan.
Na osnovu naprijed reenog, preistai zraka se prema nainu izdvajanja estica
mogu podijeliti na slijedee tipove:
- preistai sa suhim filtrirajuim umetkom,
- preistai sa mokrim filtrirajuim umetkom,
- inercioni i ciklonski preistai,
- preistai sa uljnim kupatilom i
- preistai koji predstavljaju kombinaciju dvaju naprijed navedenih tipova
(npr. inercioni sa filtrirajuim elementom).
Kao primjer na slici 8.7 prikazan je preista sa suhim filtrirajuim elementom
ugraenim u metalno kuište. Element se povremeno mijenja. Radi poveanja
površine, element se izrauje u vidu “harmonike” od tankog filca, tekstila,
sintetikog materijala i impregniranog papira. Posljednji se u novije vrijeme sve
8. Preišavanje ulja, goriva i zraka
198
više i eše koriste, pogotovo za
ugradnju na preistau motora za
putnika vozila.
U tom kontekstu treba napomenuti, da
je usisavanje zraka praeno bukom.
Preistai motora na cestovnim
vozilima se zbog toga snabdijevaju sa
prigušivaima buke, koji se sa
preistaima zraka spajaju u jednu
cjelinu. Pri prigušivanju buke naroitu
ulogu igra materijal elementa. Filcani
Sl. 8.7 Preista za zrak sa suhim umetkom
ulošci su pogotovo dobri prigušivai
od impregniranog papira i metalnim
buke visokih frekvenci, a buka niskih
kuištem. Strelica pokazuje put
kretanja zraka
frekvenci prigušuje se u jednoj ili više
komora u tijelu preistaa.
Ciklonski i inercioni preistai se
upotrebljavaju na dizel motorima za kamione i na traktorima, kada se oekuje da e
motor raditi u atmosferi sa dosta visokom koncentracijom prašine u zraku.
Po svom obliku inercioni preistai su cilindrini, relativno visoki i zbog toga
zahtijevaju dosta mjesta za smještaj na motoru, što se može smatrti kao negativna
osobina ovih preistaa.
Kod preistaa sa uljnim kupatilom (slika 8.8) zrak koji ulazi u preista struji iznad
ulja, odnosi sobom sitne kapljice ulja koje kvase i ispiraju filtrirajui umetak.
8
6
5
4
5
A
2
1
u karburator
neočišćeni zrak
7
a)
9
A
13 12
14
gasovi iz motorske
kućice
10
11
2
10
B
1
12
11
b)
a - kada za ulje starije izvedbe, b - kada za ulje novije izvedbe, A i B su uski prolazi
1 - kada za ulje, 2 - filtrirajui element, 3 - prelazni dio, 4, 5, 6 - zaptivke, 7, 8 - navrtka i stezni
zavrtanj, 9 - dovodna cijev instalacije za ventilaciju motorske kuice, 10 - vodei prsten,
11, 12 - komore kade za ulje, 13 - cijev, 14 - prirubnica za montažu na motor
Sl. 8.8 Preista zraka sa uljnim kupatilom
8.1 Podjela i konstrukcija preistaa
199
Vee estice ispadaju iz struje zraka prilikom njegovog skretanja iznad ulja. Kod
pravilnog održavanja dovoljno je ako se samo povremeno mijenja ulje u preistau.
Pri tome treba strogo paziti da se ulje sipa samo do odreenog nivoa, kako ga zrak
ne bi odnosio u motor.
200
201
9. UREAJI ZA STARTOVANJE MOTORA
9.1 Osnovni zadaci i nain startovanja motora
Ureaj za startovanje motora ima zadatak da pokrene motor i da ga ubrza do onog
broja obrtaja pri kome sigurno dolazi do zapaljenja smješe i stabilnog izgaranja u
toku sukcesivnih ciklusa. Na taj nain su obezbjeeni uslovi da se motor ubrzava
sopstvenom energijom, pri emu sada nastupa trenutak kada se starter (pokreta
motora) treba iskopati.
Motor se može pustiti u rad na nekoliko naina:
1) runo, pomou ruice koja se neposredno spaja sa radilicom motora; ovakav
nain startovanja motora može se primijeniti na motorima malih i srednjih
snaga (danas se praktino vrlo malo koristi);
2) elektrinim pokretaem, koji se snabdijeva energijom od akumulatorske baterije
ili od spoljnjeg elektrinog agregata;
3) hidropokretaem, koji se snabdijeva energijom od posebne hidrauline
instalacije (obino se koristi za startovanje motora u jamskim uslovima);
4) pomonim motorom sa unutarnjim izgaranjem i
5) pomou komprimiranog zraka
a) pneumatskomehanikim pokretaem; potencijalna energija sabijenog zraka
se posredstvom klipa i dvohodog puža prenosi na radilicu; opruga vraa
klip u poetni položaj pri smanjenom pritisku zraka; ovaj nain se može
primijeniti na motorima ija snaga ne prelazi 150 kW;
b) na motorima veih snaga, pogotovo na velikim stabilnim i brodskim
motorima, klipovi se pokreu direktnim djelovanjem sabijenog zraka na
elo klipa.
Kod motora sui koji se koriste za pogon cestovnih vozila naješe se koristi sistem
startovanja sa elektropokretaem.
Pokreta prilikom pokretanja motora treba savladati, pored otpora koji se javlja
prilikom kompresije i otpore trenja koji se sastoji od:
a) otpora trenja motornog mehanizma i trenja u ležajevima klipnjae i radilice,
b) otpora razvodnog mehanizma i svih ostalih pomonih ureaja koji
dobivaju pogon od radilice i
c) inercionog otpora masa koje vrše translatorno i obrtno kretanje.
202
9. Ureaji za startovanje motora
Broj obrtaja, koji treba obezbjediti pokreta da bi se izvršilo sigurno paljenje
motora zavisi od niza faktora: naina paljenja smješe (oto, dizel), konstrukcije
kompresionog prostora i glave cilindra, prenika cilindra itd.
Kod karburatorskih motora brzina okretanja mora kod startovanja obezbjediti
potreban potpritisak u difuzoru karburatora. Obino je za pravilan rad karburatora
potreban broj obrtaja motora 30 ÷ 50 min-1.
Kod dizel motora, broj obrtaja motora prilikom startovanja treba obezbjediti takvo
sabijanje, koje daje dovoljno visoku temperaturu da se ostvari samopaljenje smješe
u uslovima hladnog motora, kada je vrlo intenzivan prenos toplote na hladne
zidove. Kod dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem taj broj obrtaja je
80 ÷ 120 min-1, a kod komornih dizel motora 120 ÷ 200 min-1.
Na osnovu gornjeg izlaganja elektropokreta treba ispuniti slijedee zahtjeve:
1) visoki obrtni moment kod male brzine okretanja rotora, koja ne smije biti
manja od one da bi se ostvarilo startovanje motora;
2) pokreta mora posjedovati minimalni otpor elektrinog kola i imati male
gabaritne dimenzije i masu i
3) pokreta treba obezbjediti siguran pogon koljenastog vratila koji se mora
iskljuiti im se motor startuje i pone samostalno raditi.
Potrebni obrtni moment motora teško je odrediti analitiki pa postoji niz empirijskih
formula koje se koriste za odreivanje potrebnog obrtnog momenta motora. Danas
postoji relativno veliki broj teoretskih i eksperimentalnih podataka o mehanikim
otporima motora i njihove zavisnosti od raznih faktora. Oni se odnose na stacionarne
režime rada motora. O mehanikim otporima pri nestacionarnom režimu u toku
startovanja motora postoji relativno malo podataka, a zavisnosti od pojedinih
utjecajnih faktora date su naješe u vidu empirijskih izraza. Faktori, koji utjeu na
otpore pri pokretanju motora, mogu se svrstati u slijedee osnovne grupe:
1) vrsta i tip motora,
2) konstrukcija i dimenzije motora,
3) fizike osobine ulja za podmazivanje,
4) okolna temperatura,
5) stanje motora i vremenski razmak izmeu pojedinih startovanja motora u rad i
6) potrebna obrtna brzina motora prilikom startovanja.
S obzirom na to da se kod cestovnih
vozila koriste praktino samo
elektropokretai u nastavku e o njima biti najviše govora.
9.2 Elektropokreta
Elektropokreta sastoji se iz dvije glavne grupe
- pogonskog motora i
- mehanizma za kvaenje.
9.2 Elektropokreta
203
Pokreta sam za sebe predstavlja elektromotor istosmjerne struje sa serijskom
pobudom. Djelomini presjek elektropokretaa sa svim elementima dat je na
slici 9.1.
1 - osovina rotora, 2 - granini prsten, 3 - mali zupanik, 4 - spojka, 5 - ukljuna opruga,
6 - ukljuna poluga, 7 - ukljuni relej, 8 - zadržni kalem, 9 - otklonski kalem, 10 - povratna opruga,
11, 12 - kontaktni elementi, 13 - elektrini spoj, 14 - komutator (etkice), 15 - kolektor, 16 - drža
etkice, 17 - rotor, 18 - magneti, 19 - kuište, 20 - planetarni prenosnik
Sl. 9.1 Presjek elektropokretaa (tip R70, Bosch)
Prema konstrukciji elektrinog dijela, pokretai su meusobno dosta slini, ali se
meusobno znatno razlikuju po mehanizmu za kvaenje. Ovaj mehanizam treba
izvršiti spajanje vratila pokretaa sa zamajcem motora za vrijeme zapuštanja i
razdvajanje kada motor poinje samostalno raditi. Razdvajanje se mora obaviti
automatski, kako bi se iskljuila mogunost raspadanja pokretaa. Naime, kada
motor se poinje ubrzavati, poetni broj obrtaja (50 o/min odnosno 120 o/min)
vrlo brzo poraste do nekoliko stotina (min-1), i u tom sluaju motor pogoni
pokreta koji, zbog velikog prenosnog odnosa, može postii nekoliko hiljada
obrtaja u minuti (i preko 10.000 min-1), npr. ako je prenosni odnos zupanika na
zamajcu i zupanika na pokretau i=20, a broj obrtaja motora n=600 min-1, broj
obrtaja pokretaa dostiže vrijednost
n po
ni
600 ˜ 20 12.000 min 1
9. Ureaji za startovanje motora
204
Osim toga mehanizam za kvaenje mora biti takve konstrukcije da se pogon
predaje samo u jednom smjeru, od pokretaa ka motoru.
Prema nainu kako se zupanik na pokretau dovodi u zahvat sa zupanikom na
zamajcu pokretai se dijele na:
a) inercione pokretae,
b) pokretae sa neposrednim ili elektromagnetnim pomjeranjem zupanika sa
spojnicom slobodnog hoda ili lamelnom spojnicom,
c) pokretae sa neposrednim ili elektromagnetnim pomjeranjem rotora zajedno sa
zupanikom i
d) kombinirane.
Inercioni pogonski mehanizam (Bendiks) ukljuuje zupanik pokretaa automatski i
shematski je prikazan na slici 9.2.
6
9
5
7
2
8
3
4
1
1 - zamajac sa zupastim vijencem, 2 - zupanik, 3 - opruga, 4 - ogrlica, 5 - ahura sa trapeznim
navojem, 6 - graninik, 7 - vratilo, 8 - zavrtanj za vezu ogrlica-opruga, 9 - zavrtanj
Sl. 9.2 Inercioni pokreta Bendix
Na kraju vratila se pomou ogrlice (4) koja je vezana segmentnim klinom za vratilo,
uvršuje opruga (3) preko zavrtnja (8). Opruga predstavlja elastinu vezu sa
ahurom (5) preko zavrtnja (9), koja slobodno sjedi na vratilu. Na spoljnu površinu
urezan je trapezni navoj velikog koraka, a na kraju ahure je graninik (6). Po ahuri
se može kretati zupanik (2), koji ima sa jedne strane oboda dodatnu masu kako
bi se moment inercije poveao, odnosno stvorila inerciona sila koja pomjera
zupanik (2) u pravcu ose obrtanja. U trenutku ukljuenja elektrine struje, rotor sa
vratilom (7) se okrene a kretanje se preko opruge predaje slobodnoj ahuri (5).
Uslijed inercije zupanik se sporije okree, zbog ega dolazi do njegovog aksijalnog
pomjeranja po navoju ahure i ukopavanja sa zupanikom na zamajcu (1). Udar se
ublažuje oprugom. Poslije prihvatanja motora, obodna brzina zamajca postane vea
od obrtne brzine zupanika pokretaa i on, zbog okretanja u suprotnom smjeru,
automatski izlazi iz zahvata.
Za inercione pokretae karakteristino je da se prvo ukljui struja i okrene rotor, a
9.2 Elektropokreta
205
zatim slijedi dovoenje zupanika u zahvat. Ovaj proces izvrši se sa znatnim
udarom, što se smatra ozbiljnim nedostatkom, jer izaziva ošteenja zupanika.
Slijedei nedostatak je brzi prekid zahvata i vraanje zupanika u poetni položaj,
što kod teških uslova zapuštanja (zimi) prouzrokuje to da je pogonska veza
prekinuta kada još svi cilindri motora nisu poeli samostalno raditi, te je zbog toga
esto potrebno da se pokretanje izvrši nekoliko puta.
Kod konstrukcije mehanizma za kvaenje, navedene pod b), zupanik se dovodi u
zahvat sa zupanikom na zamajcu motora sa neposrednim pomjeranjem,
mehanikim ili elektromagnetnim putem. Primjer konstrukcije takvog mehanizma
sa mehanikim ukljuivanjem, prikazan je na slici 9.3.
1 - zupasti vijenac zamajca, 2 - mali zupanik, 3 - ahura (kliza), 4 - opruga, 5 - ukljuna poluga,
6 - magnetni prekida (ukljuni relej), 7 - prekida strujnog kola, 8 - rotor, 9 - baterija (akumulator),
10 - ožlijebljena osovina
Sl. 9.3 Elektropokreta sa magnetnim pomjeranjem malog zupanika
Ukljuenjem kontaktnog kljua (7), ukljuni relej (6) pomjera ukljunu polugu (5) i
potiskuje preko klizaa (3) mali zupanik (2). ahura (3) se kree po ožlijebljenom
vratilu (10) pomjerajui zupanik (2) koji, ako ue u zahvat sa zupastim vijencem (1),
ide do kraja, poslije ega se zatvara ukljuni relej i struja aktivira rotor (8)
elektropokretaa. Time se uspostavlja proces startovanje motora sui.
Ukoliko mali zupanik (2) zubom naleti na zub zupastog vijenca, ne može naprijed.
Tada ukljuna poluga (5) stisne oprugu (4) dok relej ne ukljui glavnu struju. Kada
se elektropokreta pone okretati, napregnuta opruga (4) potisne mali zupanik (2),
preko ahure (3) naprijed, ime se zubac zupanika (2) nae u utoru zupastog
vijenca (1). Time se zupanici (1) i (2) užlijebe i dolazi do procesa startovanja
motora sui.
9. Ureaji za startovanje motora
206
U oba sluaja zupanik (2) na kraju pomaka je djelomino uzubljen zupastim
vijencem (1). Kada se elektropokreta obrne, žlijeb na osovini (10) omoguava
dodatno pomjeranje zupanika (2) koji ulazi u potpuni zahvat sa zupastim vijencem.
Kada se motor sui aktivira, okree se brže od elektrinog pokretaa. Motor bi se
tada okretao prebrzo i oštetio bi elektropokreta. Da se to ne bi desilo ahura (3)
predstavlja spojnicu sa valjcima i slobodnim hodom, koja se iskopava iz spoja sa
zupanikom (2), nakon toga povratna opruga (4) vraa polugu (5) iskljuuje
prekida (6) i mali zupanik (2) dolazi u stanje mirovanja iskljuen iz sprege sa
zupastim vijencem (1).
Za aktiviranje magnetnog prekidaa (6) potrebna je slaba struja koja se koristi na
vozilu.
Principijelna shema elektropokretaa pomenutog pod c) data je na slici 9.4.
2
0
3
6
-
4
3
5
+
1
2
0
7
1 - rotor, 2 - magnetni polovi, 3 - ležajevi rotora, 4 - kolektor, 5 - opruga, 6 - pogonski zupanik,
7 -zupasti vijenac sa zamajcem, 0-0 - osa magnetnih polova
Sl. 9.4 Shema elektropokretaa sa aksijalno pomjerljivim rotorom
Ostale konstruktivne izvedbe mehanizama za kvaenje bazirane su na slinim
principima. Uvijek se teži, da se prvo doe do zahvata zupanika i tek kasnije se
zatvara strujni krug, kako bi se sprijeilo ošteenje mehanizma i obezbijedilo
sigurno pokretanje motora.
9.3
Startovanje motora sa sabijenim zrakom
Ovakve instalacije za startovanje motora primjenjuju se skoro iskljuivo kod
lokomotivskih, tenkovskih, brodskih, velikih stacionarnih i zrakoplovnih elisnih
motora. Osnovna prednost ove instalacije jeste mogunost postizanja velikog
momenta za pokretanje motora. Nedostaci su velika težina, neophodnost ugradnje
kompresora i brzo poveanje pritiska u cilindru kod istovremenog punjenja cilindra
sa sabijenim zrakom i gorivom. Isto tako, sabijeni zrak jako hladi dijelove motora i
9.2 Elektropokreta
207
može izazvati pojavu prskotina na klipu i glavi motora, pogotovo ako se esto vrši
pokretanje zagrijanog motora.
Da bi se moglo vršiti pokretanje motora (brodskih i zrakoplovnih), kod kojih je
radilica neposredno spojena sa vratilom elise, potrebno je da trajanje otvaranja
ventila za zrak u toku takta širenja bude duže od ugla preklapanja radnih taktova
cilindara koji se pale jedan za drugim. Ovo je odreeno minimalnim brojem
cilindara, kod koga je mogue pokretanje motora iz bilo kog položaja radilice.
Maksimalno trajanje otvaranja ventila za zrak u toku takta širenja, ogranieno je
trenutkom otvaranja usisnog ventila ili kanala, i ono kod etvorotaktnih motora
iznosi oko 140°, dvotaktnih 120° i motora sa prehranjivanjem 90°.
Praktino ugao otvaranja ventila za sabijeni zrak ima slijedee vrijednosti
- broj cilindra
6
8
- ugao otovorenosti za dvotaktne motore (°KV)
70 ÷ 100 60 ÷ 80 i
- ugao otovorenosti za etvorotaktne motore(°KV) 125 ÷130 110 ÷ 120
Kod “V” motora ovi ventili obino se postavljaju samo na jedna blok.
Kod stacionarnih motora vrlo esto se ventili za zrak ne postavljaju na sve cilindre,
u težnji da se konstrukcija instalacije pojednostavi i smanji potrošnja zraka. Kod
takvih motora neophodno je da se klip cilindra koji ima ventil za zrak nalazi u
položaju koji odgovara uglu okretanja radilice 20 ÷ 30° poslije SMT kod takta
širenja.
208
209
10. SISTEMI ZA PALJENJE SMJEŠE KOD MOTORA
10.1 Uvod
Instalacija za prinudno paljenje smješe ima na oto motorima slijedee osnovne
zadatke
1. da na svim režimima rada motora i predvienim temperaturama okolne
atmosfere, obezbijedi sigurno zapaljenje smješe goriva i zraka u toku
svakog radnog ciklusa;
2. smješa se treba zapaliti na odreenom mjestu u radnom prostoru motora i
u tano definiranom trenutku u toku takta sabijanja, tj. kod odreenog
položaja klipa u odnosu na SMT;
3. kod višecilindrinih motora, zapaljenje se mora izvršiti po cilindrima prema
odreenom redoslijedu i pri jednakim uslovima;
4. instalacija svojim radom ne smije ometati rad drugih elektrinih ureaja na
motoru i u njegovoj bližoj okolini.
Pod zapaljenjem smješe goriva i oksidanta podrazumijeva se iniciranje hemijske
reakcije, koja treba da se u toku vrlo kratkog vremena ubrza do tog stepena, da se
formira vidljivi plamen, koji se prostire kroz prostor. Mehanizam zapaljenja
obuhvata jonizaciju i termiku disocijaciju molekula, pri emu nastaju aktivne
estice (radikali), koje pobuuju lanane hemijske reakcije i oslobaanje toplote
potrebne za ubrzavanje predplamenih reakcija.
Procesi zapaljenja mogu naelno se ostvariti, dovoenjem smješe u dodir sa vruom
površinom, plamenom ili vruim gasom, udarnim (detonacionim) talasima,
kapacitivnom i induktivnom varnicom.
Elektrina varnica dovoljnog napona i energije danas se naješe koristi za paljenje
smješe u motorima sa unutarnjim izgaranjem. Pri stvaranju varnice u vidu užarenog
elektrinog luka, dolazi do jonizacije i termike disocijacije molekula gasa u
neposrednoj okolini elektroda svjeice, jer u toj zoni temperatura vrlo brzo naraste
do visokih vrijednosti.
Pri razmatranju kompleksne problematike zapaljenja smješe, konstrukcije i rada
cjelokupne instalacije i njenih elemenata, od posebnog interesa su sljedea pitanja:
a) uslovi zapaljenja: izbor svjeice odgovarajue konstrukcije i tehnikih
osobina s obzirom na minimalno potrebnu energiju elektrinog luka, njen
položaj i smještaj da bi se obezbijedilo sigurno zapaljenje pri raznim
aerodinamikim i termikim stanjima radne materije u cilindru, stepenu
10. Sistemi za paljenje smješe kod motora
210
sabijanja, sastavu smješe, osobinama goriva i sl.
b) razmještaj i broj svjeica obzirom na zapaljenje, prostiranje plamena i
normalno izgaranje, ciklinu varijaciju zapaljenja i izgaranja (stabilnost
izgaranja i zapaljenja).
c) izbor odgovarajueg ugla zapaljenja (ugla pretpaljenja) i njegova regulacija
obzirom na režim rada motora (obrtna brzina i optereenje), ali i s obzirom
na druge aspekte, kao: ostvarenje maksimalno mogueg rada, minimalne
potrošnje goriva, minimalne emisije toksinih komponenti CO + NO,
CxHy, buke i sl.
d) sigurnost rada, trajnost i pristupanost instalacije na motoru. Izbor
odgovarajueg izvora elektrine energije s obzirom na primjenu motora,
njegovu težinu ili druge specifine zahtjeve.
Da bi se ovi problemi mogli uspješno rješavati, poboljšavati postojee i razvijati
nove instalacije za paljenje smješe, potrebno je prouiti uslove zapaljenja,
konstrukciju i rad instalacije a pogotovo nekih njenih osnovnih elemenata.
10.2 Uslovi zapaljenja gorivne smješe u motoru i parametri instalacije
za paljenje
Da bi došlo do zapaljenja smješe gorivo-zrak moraju biti ostvareni uslovi koji
slijede iz termike i kinetske teorije zapaljenja smješe goriva i oksidanta, tj.
- sastav smješe mora biti u granicama zapaljivosti,
- temperatura smješe mora biti vea od temperature zapaljenja,
- izmeu prenosa toplote iz jezgra plamena (lokalne zone izmeu elektroda
svjeice) i toplote koja se oslobaa u toku pretplamenih reakcija, mora
postojati odnos koji osigurava ubrzavanje hemijske reakcije,
- termikom disocijacijom i jonizacijom, djelovanjem elektrinog luka
svjeice, mora doi do cijepanja ugljikovodoninih molekula i stvaranja
radikala koji iniciraju hemijske reakcije zapaljenja i
- rastojanje elektroda svjeice mora biti takvo da ne doe do gašenja plamena.
Definiranje tehnikih podataka instalacije za paljenje zavisi od zahtijevanih
parametara elektrinog luka, koji obezbjeuju sigurno paljenje smješe na svim
radnim režimima motora, stanju radne materije u cilindru motora i atmosferskim
uslovima.
Parametri koji definiraju tehnike osobine instalacije za paljenje su:
- vrijeme trajanja elektrine varnice,
- potrebna energija elektrinog luka,
- probojni napon i dozvoljeno vrijeme zakašnjenja pražnjenja,
- elektrina zaštita s obzirom na sekundarne pojave i
- sigurnost u radu i trajnost.
10.3 Podjela instalacija za paljenje
211
10.3 Podjela instalacija za paljenje
Danas je u upotrebi vei broj razliitih sistema za paljenje, koji se, iako obavljaju
iste funkcije, meusobno razlikuju po konstruktivnim karakteristikama.
Prema izvoru elektrine energije koja se koristi za stvaranje varnice na svjeici,
razlikuju se dvije vrste instalacija
- baterijsko paljenje, kod koga je izvor energije koja se transformira u varnicu
akumulator (baterija) i
- magnetno paljenje, gdje se energija indukuje u „magnetu“. Ovi sistemi ne
zahtijevaju nikakav dodatni izvor energije. Koriste se tamo gdje je teško
postaviti akumulator (bateriju). To su: motocikli, mali motori za amce,
motori manjih radnih mašina itd.
Baterijski sistemi paljenja, tzv. konvencionalni sistemi, mogu se podijeliti prema
nainu akumuliranja energije, koja se u trenutku paljenja oslobaa u vidu
elektrinog pražnjenja. Tu se ubrajaju
- induktivni sistemi, kod kojih se energija prethodno akumulira posredstvom
namotaja indukcionog kalema (bobine) i
- kapacitivni sistemi, kod kojih se potrebna energija za formiranje varnice
akumulira u elektrinom polju kondenzatora.
Pored ovih podjela, instalcije za paljenje se mogu podijeliti na:
- sisteme sa mehanikim prekidaem (platinska dugmad) kod kojih se impuls
za paljenje izaziva mehanikim putem, razdvajanjem kontakta prekidaa i
- beskontaktne instalacije (sistem bez mehanikog prekidaa), kod kojih se
impuls za paljenje formira elektronskim putem.
Pored ovih podjela, sistemi paljenja se dijele i prema nainu regulacije ugla
pretpaljenja, i to na
- sisteme sa mehanikom regulacijom (centrifugalni regulator, vakumski
regulator) i
- sisteme sa elektronskom regulacijom.
U nastavku e biti dati samo neki primjeri instalacija za paljenje smješe gorivo-zrak
kod oto motora.
10.4
Instalacija za baterijsko induktivno paljenje sa mehanikim
prekidaem
Principijelna instalacija za baterijsko induktivno paljenje, prikazana je na slici 10.1.
Izvor elektrine energije je akumulator, odnosno u radu motora to je elektrini
generator (alternator).
10. Sistemi za paljenje smješe kod motora
212
Na automobilu u elektrinu instalaciju ulaze i drugi agregati, kao elektrogenerator,
pokreta za startovanje motora, osvjetljenje i signalizacija. Principijelna shema
spajanja ovih agregata na vozilu prikazana je na slici 10.2. Elektrogenerator se radi kao
alternator koji proizvodi naizmjeninu struju ili dinamo koji proizvodi jednosmjernu
struju, ime se puni baterija (akumulator). Karakteristike alternatora su mnogo
povoljnije za vozila, pa se zbog toga ovi ureaji masovno koriste kod vozila.
3
9
R1
7
R2
+
4
2
8
6
5
1
10
1 - disk sa bregovima, 2 - sinhroni prekida (platinska dugmad), 3 - autotransformator (bobina),
4 - razvodnik, 5 - svjeice, 6 - akumulator (baterija) sa 6, 12 ili 24 V, 7 - prekida, 8 - kondenzator,
9 - provodnik, 10 - provodnik - masa
Sl. 10.1 Principijelna shema instalacije baterijskog induktivnog paljenja sa mehanikim prekidaem
5
6
3
7
4
2
1
8
11
10
1 – elektrogenerator,
2 - sinhroni prekida,
3 - transformator,
4 - razvodnik,
5 - svjeice,
6 - prekida,
7 - kontrolne sijalice,
8 - akumulator,
9 - pokreta (starter),
10 - magnet za pokretanje
zupanika pri startovanju,
11 - relejni prekida za
ukljuenje ili iskljuenje
akumulatora
9
Sl. 10.2 Shema spajanja elemenata elektrine instalacije na vozilu
10.4 Instalacija za baterijsko induktivno paljenje sa mehanikim prekidaem
213
Funkcije pojedinih elemenata instalacije i rad cjelokupne instalacije za paljenje je
niže ukratko objašnjen, oslanjajui se na elementarnu shemu instalacije na slici 10.1.
Pri zatvaranju kontakata sinhronog prekidaa (2) od akumulatora (6) potjee struja
kroz primarnu zavojnicu (3) autotransformatora gdje se napon transformira npr. od
12 V na 10÷20KV. Energija magnetnog polja koristi se za formiranje elektrine
varnice. Ova energija dostiže svoju maksimalnu vrijednost kada je na raspolaganju
dovoljno vremena da jaina struje dostiže konanu vrijednost. Kod veih brojeva
obrtaja, do prekidanja struje dolazi još u vremenu njenog porasta, i energija
magnetnog polja se time srazmjerno smanjuje. Iz tog razloga se kod baterijskog
paljenja, pri poveanju broja obrtaja smanjuje energija i napon varnice. Analiza rada
svjeice na motoru pokazuje da se
poveanjem brojeva obrtaja (poveava
1
se pritisak i temperatura u trenutku
zapaljenja), smanjuje potrebni probojni
8
2
napon na elektrodama svjeice, tako da
ta pojava bitno ne utjee na zapaljenje
3
smješe.
Izgled diska sa bregovima sa sinhronim
4
prekidaiem prikazan je na slici 10.3,
gdje su oznaeni svi važni elementi. Na
osovini diska sa bregovima (6) nalazi se
7
5
ureaj za regulaciju ugla pretpaljenja.
6
Svakako najosjetljiviji dio na sinhronom
prekidau (slika (10.3) su platinska
dugmad (8) koja se zbog visokog
1 - dovod primarne sturje, 2 - opruga, 3 - eki,
napona deformiraju i vremenom im
4 - pokretna ploa, 5 - nosea ploa, 6 - disk sa
slabi kontakt, pa i sam proces paljenja.
bregovima, 7 - nakovanj, 8 - dugmad
Zbog toga se kod novih konstrukcija
više ne koriste ovakvi prekidai nego se
Sl. 10.3 Osnovni dijelovi sinhronog
koriste sistemi elektronskog regulranja
prekidaa - shematski prikaz
procesa paljenja.
10.5 Instalacija za magnetno induktivno paljenje sa mehanikim
prekidaem
Osnovna shema instalacije magnetnog paljenja prikazana je na slici 10.4. Dvopolni
magnetni rotor okree se u transformatoru sa dva pola, na koga je sa gornje strane
namotan primarni kalem (1) i sekundarni kalem (2). Poetak primarnog kalema
spojen je za transformator, a kraj za sinhroni prekida (3), koji je izolovan od tijela
magneta. Sekundarni kalem (2) je svojim poetkom vezan za primarni kalem, a kraj
se odvodi na razvodnik (4). Promjenjivo magnetno polje u jezgru transformatora
stvara se okretljivim permanentnim magnetom. Paralelno sa kontaktima K1 i K2
10. Sistemi za paljenje smješe kod motora
214
prekidaa prikljuuje se u primarno strujno kolo kondenzator (5). Visoki sekundarni
napon odvodi se preko razvodnika na svjeice (6).
Izvedba induktivnog magnetnog paljenja za jednocilindrini motor prikazana je na
slici 10.5. Vidi se, da u tom sluaju razvodnik otpada. Dvopolni rotor magneta je
1
2
4
K1
3
K2
N
6
S
5
1 – primarni namotaji, 2 – sekundarni namotaji, 3 – sinhroni prekida, 4 – razvodnik,
5 – kondenzator, 6 – svjeice
Sl. 10.4 Shema induktivnog magnetnog paljenja sa mehanikim prekidaem
11
1
2
10
3
9
8
7
uležišten na kuglinim ležajevima.
Lamelirani polovi statora su obino
uliveni u kuište iz lakog metala.
Sinhroni prekida se nalazi na prednjem
dijelu i brijeg prekidaa je vrsto nabijen
na vratilo. Za regulranje ugla
pretpaljenja služi ruica, koja okrene
plou prekidaa zajedno sa prekidaem
oko ose okretanja brijega.
Da bi rotor magneta kod runog ili
nožnog startovanja imao broj obrtaja
koji obezbijeuje dovoljnu jainu
1 - sekundarni namotaji, 2 - primarni namotaji,
3 -jezgro transformatora, 4 -polovi transformatora, varnice na svjeici, magnetu se dodaje
5 - polovi rotora, 6 - magnet, 7 - sinhroni prekida, specijalan ureaj za ubrzavanje koji
dolazi sa prednje strane magneta i
8 - brijeg, 9 - kondenzator, 10 - prekida,
11 - svjeica
obino sa spojnicom magneta ini jednu
cjelinu.
4
5
6
Sl. 10.5 Instalacija za induktivno magnetno
paljenje jednocilindrinog motora
10.6 Shema ostalih karakteristinih sistema prinudnog palenja
215
10.6 Shema ostalih karakteristinih sistema prinudnog paljenja
U nastavku je, samo kao primjer dato još par shema instalacija za prinudno paljenje,
razliitih od prethodnih.
a) Sistem polutranzistorskog paljenja sa mehnaikim prekidaeem
Primjer sheme sistema polutranzistorskog paljenja dat je na slici 10.6. Kod ovog
sistema paljenja sinhroni prekida nije više u klasinom smislu prekida nego je
samo dava impulsa za tranzistor (struja upravljanja oko 1A). Jaka primarna struja
(oko 8A) vodi se kroz tranzistor u primarni namotaj bobine. Stuja upravljanja
tranzistorom pokazana je crtkanim linijama na slici 10.6. Budui da je tranzistorski
sistem osjetljiv na elektrino preoptereenje u njega su ugraeni otpornici (6).
3
4
7
6
5
2
1
8
1 - akumulator, 2 - glavni prekida, 3 - tranzistor, 4 - bobina, 5 - sinhroni prekida,
6 - otpornik, 7 - razvodnik, 8 - svjeice
Sl. 10.6 Shema polutranzistorskog paljenja sa mehanikim prekidaem
Ovo je prvi primjer poboljšanog konvencionalnog sistema baterijskog paljenja sa
mehanikim prekidaem.
b) Kapacitivni sistem paljenja
Osnovna razlika izmeu do sada objašnjenih sistema paljenja induktivnog tipa u
odnosu na kapacitivni je u nainu akumuliranja energije za paljenje. Kod
kapacitivnih sistema paljenja se energija, koja se oslobaa u trenutku paljenja,
akumulira u elektrinom polju kondenzatora. Shematski prikaz jedog kapacitivnog
sistema paljenja dat je na slici 10.7.
Posebno elektronsko kolo (3) za punjenje kondenzatora (4) ima napon punjenja
10. Sistemi za paljenje smješe kod motora
216
4
3
7
5
2
6
1
8
10
9
11
1 - baterija, 2 - prekida, 3 - kolo za punjenje kondenzatora, 4 - kondenzator,
5 - tiristor, 6 - transformator (bobina), 7 - prema razvodniku, 8 - mehaniki prekida,
9 - otklanjanje utjecaja vibracija, 10 - induktivni generator impulsa, 11 - uoblienje
pojaanja
Sl. 10.7 Shema kapacitivnog sistema paljenja
reda veliine 400 V. Sam proces punjenja kondenzatora za naredno paljenje traje
izuzetno kratko, tako da je sistem sposoban za ekstremno veliki broj varnica u
jedinici vremena. U trenutku paljenja kondenzator (4) se prazni kroz primarni
indukcioni kalem posredstvom elektronskog prekidaa sposobnog da prenese
veliko strujno pražnjenje. U tu svrhu koristi se pluprovodniki elemenat poznat kao
tiristor. Tiristor ima istu funkciju kao i tranzistor. Zbog postojanja tiristora u
sistemu ovakvi sistemi se esto nazivaju tiristorski sistem paljenja.
10.7 Ostala oprema kod sistema paljenja
Od ostale opreme kod sistema paljenja, koja nije ranije objašnjena vrlo važnu ulogu
igraju
- ureaj za regulranje ugla pretpaljenja i
- svjeica.
Osnovna zadaa ureaja za regulranje ugla pretpaljenja je podešavanje optimalnog
ugla pretpaljenja na svim radnim režimima motora. Ureaj za podešavanje ugla
pretpaljenja direktno je vezan za sinhroni prekida. Uobiajene konstrukcije ovog
ureaja su:
- mehaniki centrifugalni regulator ugla pretpaljenja,
- vakumski regulator ugla pretpaljenja i
- elektronski regulatori ugla pretpaljenja.
Kod novijih konstrukcija sa tzv. elektronskim paljenjem ugao pretpaljenja se takoer
10.7 Ostala oprema kod sistema paljenja
217
regulira elektronski, koristei kao ulazne podatke osnovne parametre motora (broj
obrtaja, temperature, pritiska itd.). Ureaji za regulaciju ugla pretpaljenja nee se
posebno ovdje objašnjavati.
Ovdje e se samo istai osnovne karakteristike svjeica, koje su vrlo odgovorni
elementi u instalciji za paljenje sa jedne strane, a takoer imaju ogranien vijek
upotrebe sa druge strane (mijenjaju se nakon odreenog perioda upotrebe). Zbog
toga im je važno poznavati osnovne karakteristike.
S obzirom na to da su svjeice izložene znatnim mehanikim i termikim optereenjima,
pred njih se postavljaju slijedei zahtjevi:
- moraju biti otporne na velike
oscilacije temperature i pritiske,
kao i protiv hemijskog utjecaja
gasova i dodataka gorivu i ulju za
podmazivanje,
- moraju posjedovati veliku elektrinu
probojnost i izolacionu spsobost
kod svih radnih temperatura,
- moraju zaptivati radni prostor
motora kod svih pritisaka u
cilindru i
- po svojoj konstrukciji, mjestu i
nainu ugradnje trebaju obezbijediti
odgovarajue odvoenje toplote sa
elektroda,
kako
temperatura
centralne elektrode ne bi bila manja
od 500° C, niti viša od 900° C. Date
temperaturne
granice
trebaju
obezbijediti izgaranje ostatka ulja
koje dospijeva na elektode, ali
istovremeno ne dozvoljavaju pojavu
samoupaljenja smješe uslijed nekog
užarenog mjesta na elektordi.
1 - prikljuak visoko naponskog kabla,
2 - prikljuno stablo, 3 - keramiki izolator,
4 - tijelo svjeice, 5 - zaptivni element, 6 - spoljna
zaptivka, 7 - centralana elektroda, 8 - jezgro
centralne elektrode, 9 - bona elektroda.
a - eono formirani zazor, b - bono formirani
zazor
Sl. 10.8 Konstruktivni izgled svjeice
Konsturktivni izgled svjeice dat je na
slici 10.8 sa dva primjera formiranja
zazora elektoda ( a) - eono formirani
zazor, b) - bono formirani zazor). Ne
ulazei u detalje, važno je istai da
materijal za izradu elektorda mora
zadovoljiti slijedee: dobra elektrina i
toplotna provodljivost te otpornost na
hemijsku agresivnost sredine. Danas se
218
10. Sistemi za paljenje smješe kod motora
centralne elktrode naješe rade kompozitno sa bakarnim jezgrom i omotaem od
legure nikla sa hromom, manganom i silikonom koje imaju visoku hemijsku
otpornost.
S obziromna na to da se svjeice grade za motore sa vrlo razliitim toplotnim
optereenjima, one moraju imati svoje toplotne karakteristike (vrijednost) koje
mogu uspostaviti odreena stacionarna temperaturna stanja za dato toplotono
optereenje motora. Toplotna karakteristika svjeice odreuje se eksperimentalno i
pokazuje, ustvari, osjetljivost svjeice na samopaljenje. Što je vea toplotna
vrijednost svjeice, toliko veem toplotnom optereenju može biti izložena svjeica.
Ovo znai da se svjeice sa veom toplotnom vrijednošu ugrauju kod motora sa
veim specifinim snagama (vea toplotna optereenja). Istovremeno svjeice sa
veom toplotnom vrijednošu se slabije iste, jer se temperatura samoišenja
sporije postiže.
219
11. INSTALACIJA ZA PODMAZIVANJE
Instalacija za podmazivanje ima slijedee osnovne zadatke:
1. obezbjeenje hidrodinamikog podmazivanja taruih površina pokretnih
motorskih dijelova (ležaj-rukavac, klip-karika-cilindarska košuljica …),
2. odvedenje jedanog dijela toplote sa dijelova motora,
3. potpomaganje kod zaptivanja radnog prostora motora i
4. zaštita motorskih dijelova od korozije.
Dovoenjem ulja do kliznih površina ležaja i stvaranjem uslova za formiranje
hidrodinamikog sloja ulja kod svih režima i uslova rada motora, spreava se
zaribavanje dijelova, smanjuju se energetski gubici uslijed trenja i obezbjeuje se
pravilna mikrogeometrija dijelova u toku dužeg vremenskog perioda. Pravilnim
podmazivanjem znatno se produžava vijek rada motora i njegova sigurnost u radu.
Protokom ulja kroz ležajeve, kvašenjem kliznih površina odvodi se veim dijelom
ona toplota koja se stvara trenjem, ali se uljem mogu hladiti i dijelovi motora koji se
prekomjerno zagrijavaju, a ne postoji neka druga mogunost njihovog efikasnog
hlaenja. Tako se, npr. prskanjem ulja na donje površine klipa može efikasno
odvoditi toplota sa ela klipa i podruja kompresionih klipnih prstenova.
Postojanjem uljnog filma na košuljici cilindra, isto tako se poboljšava zaptivanje
radnog prostora i smanjuje se protjecanje gasova u kuicu motora.
U instalaciju za podmazivanje na motorima sa unutarnjim izgaranjem ubrajaju se
svi agregati, instrumenti, cjevovodi, signalizacija i drugi pribori koji obezbjeuju
kontinuirano i sigurno dovoenje dovoljne koliine ulja i maziva ka svim onim
dijelovima koji su izloženi mehanikom trenju. U zavisnosti od tipa motora i
njegove nominalne snage, uslova rada motora i radne mašine na koju je motor
ugraen, odnosno drugih specijalnih zahtjeva, koriste se razne vrste instalacija za
podmazivanje.
Primjer jedne instalacije za podmazivanje motora sui dat je na slici 11.1, sa
najvažnijim elementima.
220
11. Instalacija za podmazivanje
1 - uljna pumpa sa usisnom korpom, 2 - sigurnosni ventil, 3 - donji dio motorske kuice (uljno
korito-karter), 4 - hladnjak ulja, 5 - preista ulja, 6 - graninik pritiska ulja, 7 - regulator ventil,
8 - magistrala ulja za hlaenje klipova (po potrebi), 9 – uljna magistrala za hidraulike regulatore na
ventilima, 10 - bregasto vratilo, 11 - vakum pumpa (kod dizel motora), 12 - turbokompresor (ako
postoji), 13 - bypass ventil ulja, 14 - nepovratni ventil
Sl. 11.1 Shema instalacije za podmazivanje sa najvažnijim elementima
Na shemi se nalaze i dijelovi instalacije koji nisu obavezni kod svih motora, kao što su:
- hladnjak ulja; koristi se kod motora sa veim specifinim snagama motora,
odnosno tamo gdje je neophodno sniženje temperature ulja na nivo
80 ÷ 90 °C na ulazu u motor;
- magistrala ulja sa mlaznicama za hlaenje klipova uljem; koristi se takoer
po potrebi, odnosno za vea specifina optereenja klipova i
- instalacija za podmazivanje turbokompresora kod natpunjenjih motora.
11.1 Podjela instalacija za podmazivanje
221
11.1 Podjela instalacija za podmazivanje
Podjela instalacija za podmazivanje bazira se na nainu kako se ulje dovodi do
glavnih ležajeva radilice i ostalih vitalnih sklopova za podmazivanje. U principu,
postoje slijedee osnovne vrste instalacija.
a) sa dovoenjem ulja do ležajeva i ostalih radnih površina prskanjem ulja,
b) sa prinudnom cirkulacijom ulja,
c) sa kombiniranjem naina podmazivanja navedenog pod a) i b) i
d) podmazivanje dodavanjem ulja gorivu (dvotaktni motori sa ispiranjem
preko motorske kuice).
Prskanje ulja odvija se pomou dijelova krivajnog mehanizma, koji svojim okretanjem
zahvata ulje u karteru i tako ga prska prema sklopovima za podmazivanje. Ovaj nain
podmazivanja se vrlo rijetko primjenjuje. Koristi se samo na motorima male litarske
snage i radne zapremine, kada jednostavnost konstrukcije i režimi eksploatacije
dozvoljavaju primjenu ovakvog naina podmazivanja.
U instalacijama sa prinudnom cirkulacijom ulja pod pritiskom, ostavruje se
kontinualan protok ulja do mjesta gdje je potrebno da se vrši podmazivanje ili
odvoenje toplote. Ovaj vid podmazivanja primjenjuje se na veini motora koji se
ugrauju u cestovna vozila, jer garantuje sigurno podmazivanje kod svih režima
rada motora. S obzirom na specifine uslove rada motora ili radnih mašina na koje
je motor ugraen, instalacije sa prinudnom cirkulacijom mogu se podijeliti na
- instalacije sa suhim koritom i
- instalacije sa mokrim koritom.
Na nekim tipovima dvotaktnih motora sa ispiranjem preko motorske kuice, može
se koristiti natklipno podmazivanje. Gorivu se, u tom sluaju, dodaje ulje u omjeru
1 ÷ 4 % vol., gdje se ova mješavina uvodi prvo, u vidu fino raspršenih kapljica, u
motorsku kuicu, a zatim u radni prostor motora. Ulje se hvata na površine i
obezbjeuje podmazivanje. Nedostatak ovog naina podmazivanja jeste to što u
radni prostor dospijeva relativno znatna koliina ulja, koja tamo djelomino ili
potpuno izgara. Iz ovoga slijedi da je potrošnja ulja dosta velika, a produkti
izgaranja stvaraju karakteristian neprijatan miris (aldehidi) i zagauju okolinu.
Kod savremenih brzohodih motora najviše se primjenjuje podmazivanje sa
prinudnom cirkulacijom ulja. Dovod ulja do ležaja i njegov protok kroz ležaj se
održava automatski, ime se daje mogunost racionalnog i intenzivnog
podmazivanja. Osim toga, ovakva instalacija pouzdana je u radu i omoguena je
sigurna kontrola funkcionalnosti podmazivanja za vrijeme rada motora. U tom cilju
postoji vizuelna ili zvuna signalizacija da se motor, ije podmazivanje nije
obezbijeeno blagovremeno iskljui iz rada.
Razvod ulja, prema raznim mjestima na motoru, poinje od glavne magistrale.
Posebno se dovodi ulje do glavnih ležajeva radilice, odakle se preko kanala u
rukavcima i ramenima radilice dovodi prvo do leteih ležajeva, a zatim kroz kanal
11. Instalacija za podmazivanje
222
klipnjae i do male pesnice, osovinice klipa, klipnih prstenova i košuljice cilindra.
U zavisnosti od toga gdje se nalazi spremnik za ulje, razlikuju se instalacije za
podmazivanje sa suhim i sa mokrim koritom. Na slici 11.2 shematski je prikazana
instalacija sa mokrim koritom.
za razvodni mehanizam
8
6
5
10
9
13
7
12
11
1
2
3
4
1 - usisna korpa,
2 - cijev,
3 - pumpa za ulje (usisno-potisna),
4, 6 – sigurnosni bypass ventil,
5 - fini preista ulja,
7 - hladnjak ulja,
8 - manometar,
9 - glavna magistrala i ogranci,
10 - regulator pritiska u instalaciji,
11 - cijev,
12 - runa pumpa (alternativno),
13 - slavina
Sl. 11.2 Shema osnovnih agregata i toka ulja kod instalacije sa mokrim koritom
Kao spremnik ulja služi donji dio motorske kuice (karter) u koga se ulje slijeva sa
ležajeva ili sa motorske kuice. Otuda se ulje isisava preko usisne korpe (grubi
preista) (1), cijevi (2) i pumpe za ulje (3). Ulje se zatim potiskuje kroz preista za
fino išenje (5), hladnjak (7) i dolazi u glavnu magistralu (9). Otuda se ulje razvodi
po mjestima za podmazivanje na motoru i otjee u korito. Pritisak u glavnoj
magistrali regulira propusni ventil (10), koji pri poveanju pritiska propušta višak
ulja u korito. Za kontrolu pritiska u instalaciji, postavljen je manometar (8).
Na motorima velikih snaga, ulje za podmazivanje se dovodi do ležajeva prije
puštanja motora u rad. Ovo je razlog da se u instalaciju sem ve pomenutih
osnovnih elemenata ugrauje pomona magistrala (11), runa pumpa (12) i
slavina (13) (slika 11.2). Sigurnosni ventili (4) i (6) služe za propuštanje ulja kada se
otpori hladnjaka ili preistaa poveaju iznad odreene granice. Ovo je sigurnosna
mjera, da motor ne bi ostao bez dovoljne koliine ulja.
Na zrakoplovnim klipnim motorima, brodskim motorima, kao i na motorima za
specijalne graevinske mašine, tenkove i slino, koristi se instalacija za
podmazivanje sa suhim koritom. Shema ove instalacije je prikazana na slici 11.3.
Uslijed naginjanja ili kosog položaja radne mašine na koju se motor ugrauje,
postoji mogunost da instalacija, neko vrijeme, ostane bez ulja pa bi u instalaciju
ušao zrak, što bi dovelo do prekida podmazivanja. Kod jako optereenih motora do
prekida podmazivanja može doi uslijed pjenušanja ulja, pa se i na tim motorima
vrlo esto primjenjuje instalacija sa suhim koritom.
11.1 Podjela instalacija za podmazivanje
223
8
7
2
6
1
9
10
10
3
5
4
1 - usisne pumpe za ulje, 2 – hladnjak ulja, 3 - spremnik ulja, 4 - potisna uljna pumpa, 5 – preista
ulja sa prelivnim ventilom, 6 – fini preista ulja, 7 – glavna magistrala, 8, 9 – manometri za
kontrolu pritiska ulja, 10 – mjesto skupljanja ulja
Sl. 11.3 Shema instalacije za podmazivanje sa suhim koritom
Prema shemi na slici 11.3 ulje se iz korita pomou pumpi za ulje (1) crpi i potiskuje
kroz hladnjak (2) u spremnik (3). Da bi se obezbijedilo podmazivanje motora i pri
nagnutom položaju, ulje se dovodi iz spremnika (3), a osim toga postoje dva
skupljaa ulja (10), rasporeena u prednjem i zadnjem dijelu korita motora. Potisna
pumpa (4) potiskuje ulje kroz preista (5) u glavnu magistralu (7).
11.2 Najvažniji sklopovi i elementi instalacije za podmazivanje
Instalacija za podmazivanje sastoji se od niza samostalnih agregata, cjevovoda,
slavina i ventila. Konstrukcija pumpi za ulje, hladnjaka, preistaa i cjevovoda se
zasniva na opštim principima mehanike fluida, mašinskih elemenata, ali i na
posebnim zahtjevima s obzirom na motor, tehnologiju izrade, kompaktnost, masu i
cijenu. Ovdje se daju samo neke naelne napomene, pojedinano o nekim
najvažnijim elementima instalacije.
Pumpe za ulje
U savremenim motorima se kao potisne i usisne pumpe za ulje koriste zupaste
pumpe sa ravnim, kosim i navojnim zubima. One su se pokazale kao vrlo sigurne u
radu, mogu obezbjediti traženi pritisak, a po konstrukciji su relativno proste,
224
11. Instalacija za podmazivanje
kompaktne i jeftine za izradu. Nekoliko pari zupanika može se montirti u jedno
zajedniko kuište, ime se dobiju dvo, tro i višestepene pumpe. Pored klasinih
zupastih pumpi, dosta se koriste i zupaste pumpe sa unutarnjim ozubljenjem.
Izgled zupastih pumpi sa vanjskim i unutarnjim ozubljenjem dat je na slici 11.4 i
slici 11.5.
1 - tijelo pumpe, 2 - voeni zupanik,
3 - vodei zupanik
Sl. 11.4 Zupasta pumpa sa vanjskim
ozubljenjem
1 - tijelo pumpe, 2 -vanjski rotor,
3 - unutarnji rotor
Sl. 11.5 Zupasta pumpa sa unutarnjim
ozubljenjem
U sklop pumpe ulazi prelivni ventil,
koji održava traženi pritisak u
instalaciji, ime se osigurava dovoljna
koliina ulja u instalaciji u sluaju
poveanja zazora izmeu pokretnih
dijelova, uslijed njihovog trošenja.
Izgled prelivnog ventila dat je na
slici 11.6.
Sl. 11.6 Prelivni redukcioni ventil
Pumpe sa pužnim (zavojnim) zupcima
primjenjuju se kod velikih motora
srednje i male brzohodosti, gdje je
naroito važno da se ne javlja kolebanje pritiska u dugakim cjevovodima. Ove
pumpe imaju vrlo esto samostalan pogon (elektromotorom) i sastoje se od
nekoliko pužnih zupanika.
Pumpa za ulje može smjestiti na motoru spolja ili u unutrašnjosti motorske kuice.
Kod instalacija za podmazivanje sa suhim koritom podesnije je da se pumpa smjesti
spolja, jer se lakše može ostvariti dovod ulja do pumpe i odvod ulja u spremnik.
Zupaste pumpe dobivaju pogon od bregastog vratila ili radilice preko zupanika sa
eonim ravnim ili kosim zubima, pužnog prenosa, pogona sa lancem, a kod “V”
motora vrlo esto se pogon ostvaruje sa koninim zupanicima. Prenosnik sa
11.2 Najvažniji sklopovi i elementi instalacije za podmazivanje
225
koninim zupanicima sa spiralnim zubima, karakteristian je za automobilske
motore jer od jednog te istog zupanika dobivaju pogon ureaj za paljenje i pumpa
za ulje.
Na motorima velikih snaga srednje i male brzohodosti, pumpe za ulje se ostavljaju
zajedno sa pumpama za rashladnu tenost, obino sa strane kuice motora, a
dobivaju pogon direktno od radilice. Ovakav raspored omoguava lak i brz prilaz
pumpi. Ulje se skuplja u posebnom spremniku i odvodi se pumpi sa površine, kako
bi se sprijeilo njegovo prljanje. Na usisne korpe stavljaju se preistai za grubo
preišavanje sa brojem rupica 35 do 110 na cm2.
Preistai
Detalji konstrukcije preistaa ulja dati su u poglavlju 12. S obzirom na ugradnju
preistaa u instalaciju za podmazivanje, može se izvršiti slijedea podjela
- preistai u direktnom toku i
- preistai u sporednom toku ulja.
Kada se preista za fino preišavanje direktno ugradi u glavnu magistralu,
cjelokupna koliina ulja prolazi kroz preista. Na ulazu u pumpu mrežasti preista
zadržava samo krupne neistoe. Zbog velikih protonih koliina ulja (oko 200 do
600 l/h), preista bi u cilju smanjenja prekomjernih strujnih otpora trebao biti
velikih dimenzija. Na vozilima, gdje se teži za ugradnjom vrlo kompaktnih
preistaa, obino se pravi kompromis, pa se na raun finoe preišavanja
smanjuje veliina preistaa. Na slici 11.7 prikazan je raspored osnovnih agregata
ugradnje preistaa u direktnom toku. Kao što je ve bilo pomenuto, prelivni
(sigurnosni) ventil obezbjeuje da se pri nenormalnom poveanju otpora preistaa,
zbog npr. neblagovremene zamjene uloška preistaa ili nekih drugih razloga, ne bi
previše smanjila protona koliina ulja kroz ležajeve.
Kod preistaa ugraenih u sporednom toku, slici 11.8 za preišavanje odvaja se
svega 8 ÷ 20% od ukupne koliine ulja. Pumpa potiskuje nepreišeno ulje u
instalaciju za podmazivanje, a prigušnica (3) na ravi odvaja koliinu ulja koje
prolazi kroz preista. Pošto je protok ulja kroz preista manji, kvalitet
preišavanja može buti bolji.
226
1 -grubi preista, 2 - pumpa za ulje,
3 - fini preista, 4 - manometar, 5 - motor,
6 - sigurnosni ventil.
Sl. 11.7 Ugradnja preistaa u direktni tok
ulja
11. Instalacija za podmazivanje
1 - grubi preista, 2 - pumpa za ulje,
3 - prigušni ventil, 4 - fini preista,
5 - manometar, 6 - glavna magistrala,
7 - motor.
Sl. 11.8 Ugradnja preistaa u sporedni tok
ulja
Hladnjaci
Prinudno i dopunsko hlaenje ulja može se ostvariti u hladnjacima ulja. Zbog toga
se na savremenim forsiranim motorima snage iznad 150 kW naješe ugrauju
hladnjaci ulja. Hlaenje ulja može se vršiti tenošu ili zrakom. Ako na motoru
postoji instalacija za hlaenje sa tenošu onda se i hladnjak za ulje ukljuuje u tu
instalaciju. U sluaju da se motor hladi zrakom, onda se na isti nain hladi i ulje.
Uljni hladnjak se, u tom sluaju, naješe naziva radijator. Na nekim specijalnim
motorima primijenjeno je hlaenje ulja sa gorivom, i u tom sluaju hladnjak vrši
funkciju predgrijaa goriva.
Hladnjaci za brzohode motore, pogotovo ako se oni ugrauju na transportna
sredstva (vozila), moraju biti kompaktni, sa velikom rashladnom površinom i
velikom efikasnošu hlaenja, pa prema tome i male mase.
Pri projektovanju kompaktnih preistaa moraju se uzeti u obzir aspekti prelaza
toplote, hidrodinamike strujanja i energetski bilans strujnih gubitaka za savlaivanje
trenja pri strujanju fluida kroz izmjenjiva toplote. Pozicija hladnjaka ulja vidi se na
slici 11.2 i slici 11.3.
S obzirom na to da na kvalitet ulja za podmazivanje u karteru imaju utjecaja i gasovi
produvavanja iz natklipnog prostora, u nastavku e biti objašnjen nain ventilacije
motorske kuice.
11.3 Ventilacija motorske kuice
Iz prostora natklipnog dijela prodiru u motorsku kuicu produkti izgaranja, pare
goriva i negativno utjeu na ulje u karteru. Produkti u prvom redu prouzrokuju
11.3 Ventilacija motorske kuice
227
hemijsko razlaganje ulja, a pare goriva
se u kuici motora kondenzuju i
razreuju ulje. Time se znatno
pogoršavaju viskozitet i mazajue
3
osobine ulja i rok upotrebe ulja se
2
drastino skrauje. Zbog toga je
neophodno da se iz motorske kuice
blagovremeno
i
kontinualno
udaljavaju produkti izgaranja i pare
goriva. Ovo se postiže ventilacijom
motorske kuice.
Na slici 11.9 prikazana je shema
4
ventilacije motorske kuice. Sa jedne
strane se iz atmosfere, preko
specijalnog preistaa zraka (2), usisava
5
svjež zrak, a sa druge strane kuica
motora je spojena sa preistaem za
zrak (1). Isisani produkti se prema
1 - preista zraka, 2 - specijalni preista zraka,
3 - rasplinja (karburator), 4 - gornja motorska ovoj shemi ponovo vraaju u motor.
Na izlazu iz kuice obino se postavlja
kuica, 5 – donja motorska kuica
poseban izdvaja kapljica i para ulja.
Sl. 11.9 Shema sistema ventilacije motorske
Prema najnovijim propisima zabranjuje
kuice
se izbacivanje produkta izgaranja
iz motorske kuice u atmosferu, jer
oni sadrže toksine komponente.
Naravno da se prikljuenjem sistema za ventilaciju motorske kuice na usisnu
instalaciju, poveavaju otpori na usisu što utjee na stepen punjenja.
1
11.4 Specifinosti podmazivanja motora sa zranim hlaenjem
Na motorima sa zranim hlaenjem temperature glave cilindra su uvijek više od
motora hlaenih tenošu. Zbog toga je i dio toplote koji se odvodi na ulje za
podmazivanje nešto vei, a temperature ulja su više. Ako se kao pokazatelj uzme
temperatura ulja u koritu (prosjena izlazna temperatura ulja) onda se i kod
upotrebe HD vrste ulja, temperature od oko 110 °C mogu smatrati kao maksimalno
dopustive. Da li e se u tom sluaju morati vršiti hlaenje ulja, zavisi od ukupnog
toplotnog stanja motora. Prelazom na natpunjene motora se skoro uvijek mora
uvesti hlaenje ulja bez obzira na to da li se radi o motorima hlaenim tenošu ili
zrakom.
Specifini cirkulacioni protok ulja za zrakom hlaene motore iznosi u prosjeku
27 ÷ 35 dm3/kWh za motore sa prinudnim paljenjem smješe, i 35 ÷ 50 dm3/kWh
za motore sa samopaljenjem smješe.
228
229
12. INSTALACIJA ZA HLAENJE
U motorima sa unutarnjim izgaranjem se samo dio, u toku izgaranja, osloboene
toplote pretvara u mehaniku energiju. Znatan dio toplote odvodi se od motora, i to:
a) izduvnim gasovima, prilikom pražnjenja cilindra,
b) prenosom toplote konvekcijom
- najveim dijelom na okolni zrak direktno ili indirektno putem rashladnog
medija,
- manjim dijelom preko ulja za podmazivanje i
c) zraenjem toplote u okolinu.
Instalacija za hlaenje je sistem meusobno funkcionalno povezanih agregata,
cjevovoda, instrumenata, regulacionih i signalnih elemenata, koji trebaju,
konvektnim prenosom toplote na okolni zrak, obezbijediti odgovarajui stabilan
toplotni režim motora u svim uslovima rada (optereenje, broj obrtaja, stanje
okolne atmosfere).
Nepravilan rad instalacije za hlaenje, tj. nedovoljno ili prekomjerno odvoenje
toplote, utjeu na parametre termodinamikog ciklusa, na stvaranje i zapaljenje
smješe goriva i zraka, na brzinu izgaranja, na stepen punjenja, mehaniki stepen
iskorištenja, pa i na emisiju zagaujuuh materija u izduvu.
Navedeni faktori, u prvom redu, utjeu na ekonominost i snagu motora, na opšte i
lokalno-toplotno optereenje motorskih dijelova na njihovo trošenje i vijek trajanja.
Niz ovih faktora može dovesti do trajnog ošteenja pojedinih vitalnih dijelova
motora i potpunog prekida rada.
Na osnovu naprijed navedenog mogu ukratko formirati slijedei osnovni zadaci
instalacije za hlaenje:
- da se motorski dijelovi ravnomjerno i intenzivno hlade, u cilju izbjegavanja
formiranja lokalnih termikih preoptereenja i održavanja pravilnih zazora
izmeu pokretnih dijelova,
- da se temperatura motorskih dijelova održava u granicama koje ne
ugrožavaju mehanike osobine materijala i
- da se hlaenjem obezbjeuje takva temperatura ulja za podmazivanje, koja e
biti pogodna s obzirom na viskozitet i ostale fiziko-hemijske osobine ulja.
U nastavku e se ukazati na neke specifinosti u konstrukciji instalacija za hlaenje
motora sa unutarnjim izgaranjem, koje nastaju kao posljedica zahtjeva za velikom
efikasnošu hlaenja, kompaktnošu instalacija, relativno niskom cijenom i sl.
230
12. Instalacija za hlaenje
Izuzev nekih naelnih napomena nee se ulaziti u detalje teorije prenosa toplote,
termo i hidrodinamikog prorauna izmjenjivaa toplote i drugih elemenata
instalacije.
12.1 Podjela instalacija
S obzirom na rashladno sredstvo na koje se direktno prenosi toplota sa vruih
dijelova motora, instalacije za hlaenje se dijele na
a) instalacije za hlaenje tenošu, koje imaju danas najširu primjenu kod
brzohodih motora za cestovna vozila, za lokomotivske motore srednje
brzohodosti, kao i za sporohodne brodske i stabilne motore; kao tenost za
hlaenje naješe se upotrebljava voda, glikol, antifiriz i druge tenosti (sa
raznim komercijalnim nazivima), koje trebaju imati što višu temperaturu
kljuanja i što nižu temperaturu smrzavanja i
b) instalacije sa zranim hlaenjem, koje se vrlo esto koriste na zrakoplovnim
motorima, ali i na motorima za automobile, kamione, motor-bicikle, a isto
tako i na stabilnim motorima malih snaga.
Prema nainu upotrebe sredstva za hlaenje, instalacije mogu biti:
- protone, ako se rashladno sredstvo poslije upotrebe odbacuje; ove
instalacije se primjenjuju u sluaju, kada sredstvo za hlaenje stoji na
raspolaganju u neogranienoj koliini (kao npr. morska voda za brodske
motore, voda za motore na amcima, zrak kod zranog hlaenja, rijena ili
jezerska voda za stabilne motore u termoenergetskim postrojenjima i sl.);
- instalacije sa cirkulacijom, kada stanovita koliina sredstva za hlaenje
cirkulira u kružnom sistemu. Poslije zagrijavanja u motoru sredstvo za
hlaenje se hladi u hladnjaku (sekundarni sistem: voda – zrak, voda – voda)
i ponovno se vraa u motor.
Prema nainu ostvarenja cirkulacije, instalacije za hlaenje tenošu mogu se
podijeliti na
- instalacije na principu prirodne konvekcije i
- instalacije sa prinudnom cirkulacijom.
Pored ove podjele instalacija za hlaenje tenošu, instalacije sa prinudnom
cirkulacijom dijele se na
- instalacija otvorenog tipa, gdje u instalaciji vlada atmosferski pritisak i
- instalacije zatvorenog tipa, gdje u instalaciji vlada natpritisak regulisan
preko ventila na ekspanzionoj posudi. Na ovaj nain se ostvaruje vea
temperatura kljuanja tenosti za hlaenje.
Najprostiji i najstariji nain hlaenja tenošu je prirodnom konvekcijom tzv.
12.1 Podjela instalacija
231
termosifonsko hlaenje dato na slici 12.1. Za vrijeme rada motora tenost se
zagrijava i kao toplija struji prema gore, ispunjava gornji rezervoar (2)
hladnjaka (4). Uslijed kretanja vozila
tenost se u hladnjaku hladi, pada
nadolje ispunjavajui prostor (3), ime
se obezbjeuje cirkulacija tenosti
prema slici 12.1. Najvea brzina
strujanja tenosti, koja se postiže ovim
sistemom hlaenja, jeste oko 15 cm/s.
Uslijed ovako male brzine strujanja
nije mogue odvesti vee koliine
toplote, te se ovaj sistem primjenjuje
1 - motor, 2 -gornji rezervoar, 3 - donji
kod motora malih snaga koji su
rezervoar, 4 - hladnjak, 5 - pravac kretanja
termiki malo optereeni.
Na brzohodim motorima, pogotovo
Sl. 12.1 Shema termostatskog hlaenja
za cestovna vozila primjenjuju se
instalacije za hlaenje tenošu
cirkulacionog tipa, jer se zahtijeva vrlo efikasno hlaenje i velika kompaktnost
instalacije. Na slici 12.2 shematski je prikazan tok fluida i naelni razmještaj
elemenata instalacije sa prinudnom cirkulacijom tenošu.
1 - motor, 2 - pumpa za tenost, 3 - izmjenjiva toplote (hladnjak), 4 - termostatski ventil,
5 - ventilator, 6 - cjevovod, 7 - zaslon, 8 - regulator, 9 - osjetni element regulatora, 10 - parozrani
ventil (otvoreni sistem)
I - sporedni tok rashladnog fluida, II - glavni tok rashladnog fluida
t - protok rashladne tenosti, V
z - protok zraka,
V
Tt,iz, Tt,ul - temperatura tenosti na izlazu i ulazu u motor,
po, To, p1, T1 - stanje zraka prije i iza hladnjaka
Sl. 12.2 Shema instalacije za hlaenje sa prinudnom cirkulacijom tenosti
232
12. Instalacija za hlaenje
Tenost za hlaenje prinudno cirkulira po sistemu djelovanjem pumpe (2), koja se
ugrauje iza izmjenjivaa toplote (hladna tenost) (3). Sistem za hlaenje sa
prinudnom cirkulacijom, dobio je tako široku primjenu jer ne postoji mogunost
zastoja u radu zbog stvaranja pare, potrebna je manja koliina tenosti i znatno
manje dimenzije i težina svih ureaja.
Osnovni nedostatak vode, kao tenosti za hlaenje, jeste visoka temperatura
smrzavanja i niska temperatura kljuanja. Proble temperature smrzavanja vrlo je
uspješno riješen upotrebom antifriza (mješavine vode i etilen-glikola i sl.), koji se
smrzava na temperaturama ispod -40 °C. Niska temperatura kljuanja ograniava sa
druge strane temperaturni režim hlaenja. Osim toga, pri niskoj temperaturi
kljuanja, poveava se gubitak vode uslijed djelominog isparavanja. Da bi se
smanjio ovaj gubitak vode, savremeni sistemi za hlaenje izoliraju se od okolne
atmosfere pomou specijalnih paro-zranih ventila (10), koji podržavaju u sistemu
neki natpritisak. Od stvaranja previsokih pritisaka, sistem se osigurava
osiguravajuim ventilom. Zrani ventili, naprotiv, spreavaju nastanak potpritiska u
sistemu, što bi se moglo desiti kada motor ostane vru poslije prekida rada te kada
poinje kondenzacija tenosti za hlaenje. Parni i zrani ventili obino se spajaju
konstruktivno u jednu cjelinu.
U sistem instalacije savremenih motora ubrajaju se još drugi elementi prikazani na
slici 12.2. Termostatski ventil (4), u periodu zagrijavanja motora propušta tenost u
pravcu oznaenom na slici sa I. Tek kada se tenost zagrije na odreenu
temperaturu, ona prolazi kroz izmjenjiva toplote (hladnjak) (3). Ovim se skrauje
period zagrijavanja motora. Na slici 12.2 je isto shematski prikazan sistem
z ) kroz izmjenjiva toplote (3)
regulacije. U ovom sluaju regulira se protok zraka ( V
i na taj nain održava u odreenim granicama temperatura na izlazu iz motora, koja
se uslovno uzima kao indikator (9) toplotnog stanja motora. Signal od indikatora
toplotnog stanja (9) ide na regulator (8), koji zakree zaslone (7) i tako regulira
protok zraka, koji pored nagiba zaslona (7) zavisi od brzine obrtanja ventilatora (5) i
brzine kretanja vozila.
Na savremenim motorima danas se vrlo esto primjenjuju zatvoreni sistemi
hlaenja, tj. cirkulacioni krug za tenost nema spoja sa spoljnom atmosferom i fluid
je pod natpritiskom. Zatvoreni sistemi omoguavaju da se izmjena toplote vrši kod
viših temperaturnih razlika, jer je temperatura kljuanja tenosti za hlaenje viša.
Sistem za hlaenje motora tenošu naješe se koristi i za zagrijavanje prostora u
vozilu. Na slici 12.3 data je detaljnija shema sistema za hlaenje motora tenošu i
grijanje unutarnjeg prostora vozila.
12.1 Podjela instalacija
233
1 - hladnjak, 2 - termostat, 3 - dava za temperaturu vode, 4 - odvodna cijev za tenost od
motora, 5 - cijev za prestrujavanje tenosti pored hladnjaka, 6 - cijev za odvod zraka i para,
7 - pumpa za tenost, 8 - razvodna cijev, 9 - slavina za ispust tenosti, 10 - hladnjak ulja,
11 - dovod tenosti do pumpe, 12 - ventilator, 13 - izmjenjiva toplote, 14 - elektromotor sa
ventilatorom za zrak, 15 - usmjeravajui ventil za zrak (preko izmjenjivaa ili zaobilazno),
16 - regulirajui ventil za strujanje zraka u kabinu, 17 - ventil viška zraka
Sl. 12.3 Sistem hlaenja linijskog motora sa prinudnom cirkulacijom i ureajem za
zagrijavanje kabine
Pored do sada prikazanih sistema hlaenja sa prinudnom cirkulacijom tenošu, u
posljednje vrijeme ovi sistemi, pored osnovne funkcije, imaju zadau vršena hlaenja
zraka iza kompresora koji ulazi u motor (tzv. meuhladnjak zraka). Izgled jedne
instalacije za hlaenje sa meuhlaenjem zraka shematski je prikazana na slici 12.4.
1 - motor, 2 - ventilator,
3 – prikljuak rashladnog sredstva,
4 - pumpa, 5 - glavni hladnjak,
6 - hladnjak niže temperature,
7 - ekspanziona posuda (posuda za
izjednaavanje), 8 - termostat,
9 - pumpa, 10 - meuhladnjak,
11 - turbokompresor,
12 - ulaz rashlaenog zraka u motor
Sl. 12.4 Shema instalacije za hlaenje sa prinudnom cirkulacijom tenosti i meuhlaenjem
zraka iza kompresora
234
12. Instalacija za hlaenje
Kod zranog hlaenja toplota odvodi se sa spoljnih zidova glave i košuljice cilindra
direktno, nastrujavanjem zraka. U cilju boljeg prenosa toplote, spoljne površine
hlaenih dijelova motora vještaki se poveavaju orebrenjem. Ipak, može se
smatrati da je odvoenje toplote kod hlaenja zraka u prosjeku za 10 ÷ 18% manje,
nego kod hlaenja tenošu, te su zbog toga ovi dijelovi motora termiki više
optereeni. Da bi se postiglo intenzivno i dovoljno odvoenje toplote, struja zraka
se ne smije odvajati od površine rebara i treba imati dovoljnu brzinu protjecanja
kroz prostor izmeu rebara. U cilju pravilnog usmjeravanja zraka po kanalima
rebara i njegovog što potpunijeg iskorištenja, sa što manjim gubicima na istjecanje,
cilindri se spolja oblažu limenim skretaima (3) i (4) (slika 12.5).
1 - uvodnik zraka,
2 - ventilator (aksijalni ili radijalni),
3 i 4 - limeni skretai, 5 - cilindar,
6 - regulator protoka zraka,
7 - osjetni element,
po, To, p1, T1 – stanje zraka ispred i
iza motora, Tcg – temperatura
cilindarske glave (osjetni element za
regulator)
Sl. 12.5 Shematski prikaz rasporeda elemenata instalacije kod hlaenja zrakom
Na slici 12.5 prikazani su i drugi elementi koji se ubrajaju u instalaciju savremenih
brzohodih motora. Ventilator se može smjestiti ispred ili iza motora. Položaj
ventilatora na motoru namijenjenog za
ugradnju u vozilo u velikoj mjeri zavisi
od smještajnih mogunosti ventilatora,
dovoda zraka do košuljica i glava
cilindara i odvoda toplog zraka, ako se
on npr. koristi za zagrijavanje
unutrašnjosti automobila i sl. Obino se
traži kompromis izmeu svrsishodnosti
ugradnje ventilatora na motor i
podesnog
smještaja
na
vozilu.
Postavljanjem ventilatora ispred motora
(slika 12.6) on djeluje kao potisni
Sl. 12.6 Instalacija za hlaenje sa ventilatorom ventilator, pri ugradnji iza motora kao
smještenim ispred motora
usisni. Drugo rješenje daje, zbog usisnog
12.1 Podjela instalacija
235
dejstva, bolje prilagoavanje zrane struje konturi presjeka kanala izmeu rebara.
Ako se ventilator smjesti iza motora, on siše topli zrak, pa je zbog toga za iste
parametre potrebna vea snaga, jer je gustina zraka manja.
Ventilator može biti aksijalni ili radijalni, što prvenstveno zavisi od potrebnog
napora i konstrukcije motora. Aksijalni ventilatori imaju tu prednost da je njihova
ugradnja znatno jednostavnija. Redni i V motori sa etiri i više cilindara imaju
obino aksijalni ventilator, bokser motori pretežno radijalni ventilator, dok se na
jedno i dvocilindrinim motorima mogu nai oba tipa ventilatora.
12.2 Najvažniji sklopovi sistema za hlaenje
U nastavku e biti date osnovne karakteristike najvažnijih elemenata instalacije za
hlaenje.
Pumpa za rashladnu tenost naješe je
centrifugalnog tipa. Prikazana je na
slici 12.7. Voda kroz cijev (1) ulazi u
sredinu obrtnog kola pumpe (2) koji se
okree velikom brzinom, i rashladna
tenost uslijed centrifugalne sile bježi ka
obodu, gdje se u jednom kanalu u obliku
puža (3) skuplja i odatle pod pritiskom
kroz izlaznu cijev (4) odlazi u motor.
Tijelo pumpe je izraeno od livenog
gvoža ili lakog metala, a kolo pumpe je
obino izraeno od elika. Oko
1 - ulazna cijev za vodu, 2 - kolo pumpe,
vratila (5) mora biti postavljena
3 - tijelo pumpe, 4 - izlazna cijev za rashladnu zaptivka (6) da se ne bi gubila rashladna
tenost, 5 - vratilo pumpe, 6 - plastina zaptivka,
tenost. Obino se na pumpama za
7 - navrtka za regulaciju zaptivke
rashladnu
tenost
iza
zaptivke
postavljaju tzv. kontrolni otvori kroz
Sl. 12.7 Pumpa za vodu (centrifugalana)
koje poinje curiti tenost ukoliko je
zaptivka propustila.
Hladnjak za tenost, prikazan na slici 12.8, služi da se tenost za hlaenje, koja iz
motora dolazi zagrijana, ohladi prije ponovnog vraanja u motor. Toplotu koju je
odvela od motora tenost, prolazei kroz hladnjak, predaje zraku koji struji oko
cjevica hladnjaka. Kod svakog hladnjaka se teži za tim da se toplota odvodi sa što
je mogue vee površine, pa se oko cjevica za vodu postavljaju tanki limovi (4) koji
površinu sa koje se odvodi toplota zrakom mnogostruko poveavaju. Otvor za
punjenje hladnjaka (7) zatvoren je poklopcem koji u sebi naješe sadrži ventil
natpritiska i ventil potpritiska. Ventil natpritiska otvara se tek kada se u sistemu za
12. Instalacija za hlaenje
236
hlaenje stvori natpritisak od 0,2 ÷ 0,3 bar. Kod ovog natpritiska temperatura
rashladne tenosti može porasti na 104 ÷ 108 °C, a da još uvijek ne prokljua. Na
taj nain poboljšava se rashladna sposobnost sistema, što je naroito znaajno kod
visokih optereenja motora. Uz to se ne javljaju ni gubici tenosti uslijed isparavanja.
Pri kondenziranju para tenosti nastaje u hladnjaku potpritisak. Tada se otvara
ventil potpritiska, spreavajui tako da hladnjak bude izložen pritisku spolja.
1 - gornja komora tenosti, 2 - donja komora tenosti, 3 - cjevice za tenost, 4 - rashladna
rebra, 5 - ulaz tople tenosti, 6 - izlaz rashlaene tenosti, 7 - poklopac za ulijevanje tenosti,
8 - posuda za izjednaavanje nivoa
Sl. 12.8 Hladnjak za tenost
Termostat prikazan na slici 12.9 služi da se voda, odnosno motor što prije zagrije
na radnu temperaturu i da tu temperaturu održi tokom eksploatacije. Položaj
termostata u instalaciji za hlaenje prikazan je na slici 12.2 i slici 12.3. Termostat je
postavljen u potisnoj cijevi. Djelovanje termostata bazira se na promjeni dužine
mijeha koji je ispunjen lakoisparivom tenošu. Kad temperatura vode poraste
tenost u mijehu poinje isparavati, i njegova se dužina poveava. Na slici 12.9 data
su dva sluaja otvorenog i zatvorenog termostata. Ventil termostata u zavisnosti od
temperature tenosti u bloku motora propušta tenost prema hladnjaku ili je
propušta prema pumpi pa ponovo u blok motora. U zavisnosti od regulacije
termostata uspostavlja se cirkulacija pumpa – termostat – blok motora – pumpa
(“kratki tok”) ili pumpa – motor – hladnjak – pumpa (“dugi tok”). Pri temperaturi
tenosti nižoj od unaprijed definirane, ventil termostata je zatvoren
(slika 12.9 a1)), i tenost kroz prelivni kanal cirkulira po “kratkom toku” – unutar
12.2 Najvažniji sklopovi sistema za hlaenje
237
motora, ne prolazei kroz hladnjak. Kada je termostat u ovom položaju motor brzo
dostiže radnu temperaturu. Kad je temperatura tenosti porasla lakoispariva
a)
b)
ventil se drma I
omogućava izlaženje
zraka dok se
dolijeva voda
ventil
valoviti
mjeh
a1)
b1)
a) shema motora sa zatvorenim termostatom a1); b) shema motora sa sa otvorenim
termostatom b1)
Sl. 12.9 Rad termostata u sistemu za hlaenje tenosti
tenost u mijehu isparava, mijeh poveava svoju dužinu i ventil termostata
(slika 12.9 b1) se otvara, uspostavljajui djelomino cirkulaciju tenosti i kroz
hladnjak. Kada je ventil potpuno otvoren najvei dio tenosti ide iz motora ka
hladnjaku (“dugi tok”), dok ostali dio tenosti cirkulira po “kratkom toku”. Pored
termostata prikazanog na slici 12.9, u praksi se mnogo više koriste tzv. bimetalni
termostati, gdje bimetalni sklop nakon odreene temperature tenosti otvara ventil
(naješe je to temperatura 70 – 80 °C).
Ventilator. Poznato je da sistem za hlaenje mora zadovoljiti uslov da intenzitet
hlaenja ne smije zavisiti od brzine vožnje kako bi pod svim eksploatacionim
uslovima bilo osigurano optimalno temperaturno stanje motora. Pri punoj snazi
koju motor vozila razvija na usponu, brzina vožnje je mala, ali je toplotno
optereenje motora visoko pa je neophodno da sistem za hlaenje odvede veliku
koliinu toplote od rashladne tenosti. Ovu koliinu toplote mogue je odvesti
samo veoma intenzivnim strujanjem zraka oko cjevica hladnjaka. Prema tome,
intenzitet strujanja zraka koji odvodi toplotu sa hladnjaka mora zavisiti od
optereenja motora a ne od brzine vožnje. Primjena ventilatora sa automatskom
regulacijom koliine zraka – zavisno od temperature motora – omoguava
ispunjenje pomenutog uslova. Naješe je u primjeni regulacija broja obrtaja
ventilatora pomou elektromagnetne spojnice, ije se ukljuivanje vrši pod
238
12. Instalacija za hlaenje
utjecajem toplotnog prekidaa koji je na pogodnom mjestu postavljen u rashladni
medij. Osim elektromagnetne spojnice koristi se hidrodinamiko reguliranje broja
obrtaja ventilatora pomou hidrodinamike spojnice. U posljednje vrijeme, koriste
se iskljuivo ventilatori sa elektromagnetnom spojnicom, zbog toga što ventilatori
sa hidrodinamikom spojnicom prouzrokuju veliku buku.
Takoer, novi razvoj sistema za hlaenje usmjeren je na tzv. mehatronski sistem
hlaenja koji ima pogon svih agregata (pumpa, ventilator) nezavisno od motora.
Osnovni i jedini regulator za rad agregata jeste temperaturno stanje rashladnog
medija, kao i razlika temperature fluida na izlazu i ulazu u motor.
12.3 Poreenje sistema hlaenja tenošu i zrakom
Ako se vrši poreenje instalacija za hlaenje motora sa tenošu i zrakom mogue
je istai prednosti sistema hlaenja tenošu, i to:
1. lakše je startovanje motora pri niskim temperaturama okolnog zraka, zbog
mogunosti lakšeg i bržeg prethodnog zagrijavanja tenosti i manjih zazora
izmeu klipa i cilindra,
2. ravnomjernije i intenzivnije hlaenje motora, zbog ega su temperature i
glave cilindara manje,
3. mogunost spajanja više cilindara u jednu cjelinu (cilindarski blok),
4. jednostavnija kompozicija motora,
5. manja buka motora u radu,
6. kod višecilindrinih motora kod kojih je primijenjeno hlaenje tenošu u
odnosu na isti broj cilindara zrakom hlaenih motora, postiže se smanjenje
dužine motora za oko 25 % zbog manjeg rastojanja izmeu osa cilindara,
7. snaga koja se troši na hlaenje kod hlaenja tenošu je
Ph1t (2 y 9)% Pe , a kod hlaenja zrakom Ph1z (3,5 y 13)% Pe i
8. kod motora sa prinudnim paljenjem manja sklonost ka detonantnom
izgaranju.
Nedostaci hlaenja tenošu u odnosu na hlaenje zrakom su:
1. kompliciran sistem za hlaenje koji traži održavanje,
2. potreba za sredstvom za hlaenje pri razliitim atmosferskim uslovima i
njena kontrola u toku eksploatacije,
3. opasnost od curenja i zamrzavanja,
4. pojava stvaranja kamenca i taloga i
5. pojava korozije i kavitacije.
239
13. SISTEMI PRENOSA SNAGE I TRANSFORMACIJE
OBRTNOG MOMENTA (TRANSMISIJA)
Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta kod motornih vozila
imaju osnovni zadatak da prenesu snagu pogonskog agregata do pogonskih tokova
ili lananika gusjenice, uz odgovarajuu transformaciju obrtnog momenta i ugaone
brzine motora. Cilj je da sistem prenosa u svim uslovima rada vozila obezbijedi
potpuno iskorištenje snage motora.
Osnovni elementi transmisije (sistema prenosa snage) su:
- spojnica (kvailo),
- mjenja,
- kardansko vratilo,
- vodei most sa diferencijalom i poluosovinom.
Poluosovine su vezane za tokove i pneumatike, koji su u kontaktu sa podlogom.
Oslanjanje pneumatika sa vrlo složenom krutošu, na razliite podloge u vožnji,
predstavlja vrlo odgovornu vezu koja najviše utjee na uslove vožnje vozila. Sklop
toak-pneumatik e biti posebno obraen u ovoj knjizi.
Koncepcijski raspored elemenata (podsistema) transmisije je razliit kod razliitih
vozila i zavisi, u osnovi, od:
- položaja motora u odnosu na pogonske tokove i
- broja pogonskih osovina.
Na slici 13.1 dat je raspored elemenata transmisije za vozilo sa motorom naprijed i
pogonskim tokovima pozadi. Ovo je jedna od kombinacija koja se koristi kod
putnikih vozila.
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
240
pravac kretanja
pogonski most
mjenjač stepena
prenosa
IV III
motor
spojnica
(kvačilo)
II I
kardansko vratilo
Sl. 13.1 Transmisija vozila sa motorom naprijed i pogonom pozadi
Složenija transmisija je kod vozila koji imaju vei broj pogonskih osovina. Primjer
takve jedne transmisije dat je na slici 13.2 gdje vozilo ima tri pogonske osovine.
1
8
2
9
13
10
3
12
11
17
10
14
4
6
15
5
16
7
1 - motor; 2 - spojnica; 3 - mjenja, 4, 10, 12, 17 - kardansko vratilo; 5, 8, 16 - glavni prijenosnik;
6, 13, 15 - diferencijal; 7, 9, 14 - pogonsko vratilo toka; 11 - razvodnik pogona
Sl. 13.2 Shema transmisije sa tri pogonske osovine
U nastavku e biti objašnjeni principi rada i glavne karakteristike osnovnih
elemenata (podsklopova) transmisije.
13.1 Spojnica
Spojnica je mehanizam koji služi za spajanje dva mašinska elementa ili agregata.
Osim glavne uloge da prenose obrtni moment od motora ka transmisiji, spojnica
kod motornih vozila izvršava i niz drugih važnih zadataka kao što su odvajanje
motora od transmisije i ponovno spajanje, omoguavanje ravnomjernog polaska
vozila s mjesta, ubrzavanje vozila i omoguavanje promjene stepeni prenosa za
13.1 Spojnica
241
vrijeme kretanja vozila uz minimalne udare zuba sparenih zupanika. Karakter
pojava koje se javljaju kao posljedica promjene stepena prenosa pokazuje da se
udarno optereenje na zube zupanika u mjenjau može smanjiti 30 do 50 puta, ako
se izmeu motora i mjenjaa postavi frikciona spojnica.
Pomou spojnice se ostvaruje ravnomjerno pokretanje vozila s mjesta. Minimalnom
stabilnom broju obrtaja motora nmin odgovara minimalni stabilni broj obrtaja
pogonskih tokova nTmin:
n T min
n min
iT
,
(13.1)
gdje je iT – ukupni prenosni odnos transmisije (prenosni odnos u mjenjau i u
glavnom prenosu). Ravnomjerno ubrzavanje vozila od nT = 0 do nTmin ostvaruje se
na raun klizanja spojnice u tom intervalu.
U sluaju brzog poveanja otpora kretanja, ili pri intenzivnom koenju (pri
ukljuenoj spojnici) dijelovi transmisije su optereeni inercionim momentom koji
može biti nekoliko puta vei od maksimalnog obrtnog momenta motora. Ovakav
inercioni moment se može pojaviti npr. u trenutku blokiranja tokova pri koenju
bez iskljuivanja spojnice. Pri tome se dijelovi motora sa zamajcem (sa momentom
inercije Jm) obru ugaonom brzinom Z, a uslijed koenja su prinueni da se
zaustave za veoma kratko vrijeme t, odnosno pri vrlo velikom usporenju dZ/dt. U
tom sluaju inercioni moment Mj iznosi
Mj
Jm
dZ
.
dt
(13.2)
Kao što je i ranije naglašeno inercioni moment može i nekoliko puta biti vei od
maksimalnog obrtnog momenta motora, te se spojnica konstruira tako da se ovo
preoptereenje eliminira na raun klizanja elemenata spojnice. Poveani inercioni
momenti javljaju se i prilikom kretanja vozila s mjesta, ili prilikom izbora stepena
prenosa u mjenau, ako voza naglo ukljuuje spojnicu.
Dobro konstruirana spojnica mora imati slijedee osobine:
- da potpuno iskljui, odnosno odvoji motor od transmisije, da bi se prilikom
ukljuenja spojnice mogao predati najpovoljniji obrtni moment na vodee
tokove,
- da omogui ravnomjerno ukljuivanje, kako bi moment trenja mogao
postepeno da se poveava,
- da omogui brz odvod toplote, koja se javlja na površinama trenja prilikom
proklizavanja, kako u vrijeme ukljuivanja spojnice, tako i prilikom
preoptereenja,
- da gonjeni dijelovi spojnice imaju što manji moment inercije i
- da omogui automatizaciju procesa ukljuivanja i iskljuivanja.
242
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Prema nainu prenosa obrtnog momenta spojnice se mogu podijeliti na:
- frikcione (spojnice), koje mogu biti:
- suhe frikcione spojnice i
- mokre frikcione spojnice;
- hidraulike (hidrodinamike) spojnice;
- elektromagnetne i
- kombinirane spojnice.
Prema nainu komandovanja ukljuivanjem, odnosno iskljuivanjem spojnice
postoji slijedea podjela
- komandovanje od strane vozaa (korištenjem energije mišia ili pomou
servoureaja koji rade korištenjem sabijenog zraka, potpritiska i
elektromagnetne energije),
- automatsko komandovanje koje može biti u zavisnosti od položaja pedale
akceleratora, u zavisnosti od broja obrtaja i optereenja motora i u
zavisnosti od pomjeranja poluge za promjenu stepeni prenosa.
13.1.1 Suhe frikcione spojnice
Spojnice koje za prenos obrtnog momenta koriste mehaniko trenje, najviše su u
upotrebi na cestovnim vozilima. Do dvadesetih godina prošlog vijeka su u upotrebi
bile konusne spojnice. S pojavom motora veih snaga i brojeva obrtaja, ovaj tip
spojnica morao je biti izbaen, zbog ozbiljnog nedostatka koji se sastojao u naglom
(udarnom) ukljuivanju koje je izazivala sila paralelna konusnim površinama a iji je
smjer bio ka pogonskom dijelu spojnice.
U današnje vrijeme, na vozilima sa stepenastim zupastim mjenjaem primjenjuju
se lamelaste spojnice, i to uglavnom sa jednom lamelom (diskom). Rad lamelaste
spojnice zasnovan je na korištenju sila trenja koje se javljaju meu taruim
površinama. Površine koje vrše prenos obrtnog momenta dijele se na pogonske i
gonjene. Pogonski dijelovi spojnice su vezani za zamajac motora i obru se zajedno
s njim. Gonjeni dijelovi spojnice vezani su za spojniko vratilo mjenjaa. Ako se
pogonski dijelovi spojnice spoje sa gonjenim dijelovima, tada se ostvario prenos
obrtnog momenta od motora ka mjenjau, tj. na spojnino vratilo mjenjaa.
Ravnomjernost ukljuivanja postiže se proklizavanjem površina pogonskih i
gonjenih dijelova spojnice, kada se postepeno približavaju jedni drugima.
Trenje meu površinama pogonskih i gonjenih elemenata spojnice mora biti takvo
da omoguava prenos obrtnog momenta, što uslovljava veliina frikcionih površina
i koeficijent trenja, te prema tome i odgovarajui frikcioni materijal.
Zamajac motora je sa svoje unutrašnje strane glatko obraen i služi kao površina za
nalijeganje središnje ploe sa oblogama (lamele). Lamela je prenosni element
spojnice i ona svojom glavinom tvori pominu spojnicu sa žlijebovima spojnikog
13.1 Spojnica
243
vratila. Spojniko vratilo je sa jedne strane oslonjeno u ležištu koje se nalazi u
kuištu mjenjaa, a sa druge strane u ležištu (kliznom ili kuglinom), koje se nalazi u
zamajcu. Iza lamele se nalazi potisna ploa koja je potiskivana oprugama, koje su
oslonjene sa jedne strane na potisnu plou a sa druge na kuište spojnice.
Pritiskom ovih opruga ostvaruje se pritisak potisne ploe na lamelu, a lamele na
zamajac, te se na taj nain vrši prenos obrtnog momenta. U toku vožnje postoji
stalan pritisak potisne ploe na lamelu, tj. spojnica je stalno ukljuena.
Mehanizam za iskljuivanje spojnice sastoji se od: pedale spojnice, iskljuivaa sa
potisnim ležajem i tri ili etiri dvokrake poluge na kojima se nalaze zavrtnji za
podešavanje zazora izmeu tih poluga i potisnog ležaja.
Na slici 13.3 i slici 13.4 dat je shematski prikaz rada lamelaste spojnice (kvaila). Na
ovim slikama su date uproštene sheme spojnica sa jednom lamelom, kako bi se
mogao bolje razumjeti rad spojnice.
8
5
8
4
7
3
motor
mjenjač
1
1
2
2
6
1 - papuica spojnice (kvaila); 2 - iskljuna
viljuška; 3 - potisni ležaj; 4 - žabica kvaila
(potisna opruga); 5 - zvono kvaila; 6 - potisna
ploa; 7 - disk kvaila; 8 - zamajac
Sl. 13.3
5
4
7
3
Shematski prikaz ukljuene spojnice
6
1 - papuica spojnice (kvaila); 2 - iskljuna
viljuška; 3 - potisni ležaj; 4 - žabica kvaila
(potisna opruga); 5 - zvono kvaila; 6 - potisna
ploa; 7 - disk kvaila; 8 - zamajac
Sl. 13.4 Shematski prikaz procesa
iskljuivanja spojnice
Pritiskom noge na papuicu kvaila (1) preko iskljune viljuške (2) potiskuje se
aksijalni potisni ležaj (3). On dejstvuje na žabice kvaila (4) koje imaju ulogu poluge
uležištene u zvono kvaila (5). Kvailo se obino realizira sa po 3 žabice
rasporeene po obimu. Žabica kvaila je svojim drugim krajem povezana sa
potisnom ploom (6) koju u procesu iskljuivanja kvaila povlai, savlaujui silu u
potisnim oprugama kvaila, i na taj nain se oslobaaju frikcione površine od
optereenja. Puštanjem papuice kvaila aksijalna sila potisnih opruga kvaila
potiskuje potisnu plou (6) pa je transmisija ponovno povezana s pogonskim
agregatom.
244
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Na slici 13.5 prikazan je aksonometrijski pogled na glavne dijelove uobiajene
konstrukcije suhe frikcione spojnice za automobile. Za ovu konstrukciju
primijenjena je tanjirasta opruga (4) kao potisna opruga. U desnom dijelu prikazana
je i varijanta potisne ploe (8) sa spiralnim oprugama.
1 - zamajac, 2 - lamela spojnice, 3 - potisna ploa, 4 - potisna opruga (tanjirasta), 5 - poklopac
spojnice, 6 - potisni ležaj, 7 - iskljuna viljiška, 8 - potisna ploa sa spiralnim oprugama
Sl. 13.5 Glavni dijelovi automobilske spojnice
Lamelaste (frikcione) spojnice su obino takve konstrukcije da su stalno ukljuene,
a iskljuuju se uglavnom pri startovaranju hladnog motora, potpunom zaustavljanju
vozila i kada se vrši promjena stepena prenosa u mjenjau. S obzirom na to da se
zahtijeva, da zahvat spojnice bude što elastiniji (ravnomjerno ukljuivanje), a
lamela je taj element koji treba ostvariti tu elastinost, lamela je u toku razvoja
motornog vozila pretrpila znatne promjene u konstrukciji.
Imajui u vidu važnost lamele na spojnici, u nastavku e biti date njene osnovne
karakteristike.
13.1.1.1. Karakteristike lamela
Izgled lamele spojnice, koji se esto koristi kod putnikih vozila prikazan je na
slici 13.6, gdje se vide u presjeku A-A svi detalji veze. Na slici 13.7 dat je djelomini
presjek lamele gdje se takoer vide detalji noseeg lima (1) , obloga (2) i torzionog
amortizera (3).
13.1 Spojnica
245
A
2
1
3
7
8
7,8
3
2
4
5
6
6
A
Presjek A - A
1 - ploa (nosei limovi), 2 - frikciona obloga, 3 - torzioni amortizer, 4 - glavina, 5 - ploa
torzionog amortizera, 6 - zakovice, 7,8 - vijak i navrtka
Sl. 13.6 Lamela spojnice
Lamela sa glavinom (4) preko klizaa
klizi na mjenjakom vratilu. Preko
potisne ploe se potiskuje do frikcione
površine na zamajcu motora.
Frikciona obloga, kao najvažniji element
na lameli spojnice, koja se preko
zakovica (6) veže sa noseom ploom (1),
radi se od
- organskih frikcionih materijala i
- sinteriranih metalnih frikcionih
materijala, i to sinter bronze (na bazi
bakra) ili sintera na bazi željeza.
Organski frikcioni materijali imaju
koeficijent trenja 0,3 y 0,4, a specifini
1 - nosei lim (ploa), 2 - obloga, 3 - opruge
2
torzionog amortizera, 4 - glavina 5 - ploa pritisak trenja 0,1 y 0,2 N/mm , dok je
kod sinteriranih metalnih frikcionih
torzionog amortizera, 6 – zakovica
materijala koeficijent trenja 0,25 y 0,6, a
Sl. 13.7 Djelomini presjek lamele spojnice specifini pritisak trenja 0,5 y 0,9 N/mm2.
Pored toga što lamela na sebi ima
ugraene torzione amortizere (primjer
slika 13.6, odnosno slika 13.7, pozicije (3) ili neka druga konstrukcija), vrlo važno je
da lamela ima i tzv. aksijalnu elastinost koja joj pomaže da ostvari
246
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
„mekano“ ukljuivanje.
Oblik noseeg lima koji na vanjskom, dijelu gdje se nalazi frikciona obloga, ima
povijene limove (slike 13.8 a) i b) dvije razliite konstrukcije), obezbjeuje aksijalnu
elastinost. Nosei lim ima elemente opružnog lima sa odreenim ugibom, tako da
se ukljuivanjem spojnice omoguava aksijalno pomjeranje frikcionih obloga reda
veliine 0,4 y 1,5 mm, ime se obezbjeuje „mekano“ ukljuivanje spojnice.
a)
b)
Sl. 13.8 Primjeri izvoenja aksijalne elastinosti lamele spojnice
Pored lamela, koje se mijenjaju kompletno, ili im se mijenja samo frikcioni materijal
zbog trošenja, potisni ležajevi se takoer zbog estog ukljuenja – iskljuenja, mogu
pokvariti (loše podmazivanje, habanje žlijebova itd.). Zbog toga se preporuuje
redovna kontrola ovih elemenata na
dvostruka spojnica
frikcionim spojnicama.
zupčasti parovi
U novije vrijeme poinje nešto
masovnije da se primjenjuju tzv.
motor
dvostruke frikcione spojnice, koje
omoguavaju krae vrijeme promjene
stepena prenosa i promjenu stepena
prenosa praktino bez prekida toka
snage. Shema takve jedne spojnice
prikazana je na slici 13.9.
Funkcija ovakvih spojnica je npr. da
jedna frikciona lamela ukljuuje parne
sinhrone spojnice
stepene prenosa, a druga lamela neparne
Sl. 13.9 Dvostruka suha frikciona spojnica sa stepene prenosa. U poetku su se
segmentom sekvencijalnog mjenjaa koristile kod sportskih kola, a danas
13.1 Spojnica
247
se koriste sve eše i kod putninih vozila, posebno kod onih sa robotiziranim
mehanikim mjenjaima.
Današnja cestovna vozila s visokim obrtnim momentima, na visokim brojevima
obrtaja zahtijevaju i relativno velike gabarite frikcionih lamela. Da bi frikciona
spojnica u ovakvim sluajevima zadržala razumne dimenzije, umjesto jednolamelne,
koristi se dvolamelna frikciona spojnica, gdje se obrtni moment prenosi preko dvije
lamele.
Danas je to est sluaj kod teških vozila, gdje se prenose visoki obrtni momenti sa
motora na mjenja.
Konstruktivni izgled kompletne jednolamelne i dvolamelne suhe frikcione spojnice
za teretna vozila prikazan je na slikama 13.10 i 13.11 gdje se vide svi vitalni elementi.
3
4
5
6
7
2
8
9
10
13
14
15
16
17
1
11
12
18
1 - koljenasto vratilo motora,
2 - zamajac motora,
3 - zupasti vijenac startera,
4 - kuište pritisne ploe,
5 - žiani prsten kao spoljašnji naslon
membranske opruge,
6 - membranska opruga,
7 - pritisna ploa sa unutrašnjim naslonom za
membransku oprugu,
8 - lamela spojnice,
9 - sistem opruga glavnom torzionog
amortizera,
10 - torzioni predamortizer protiv buke u
praznom hodu motora,
11 - ureaj za prigušivanje glavnog torzionog
amortizera,
12 - radijalna lisnata opruga ureaja za
prigušivanje,
13 - hidrauliki radni cilindar za iskljuivanje
spojnice,
14 - viljuška za iskljuivanje,
15 - uležištenje viljuške za iskljuivanje,
16 - pogonsko vratilo mjenjaa,
17 - vodea aura za potezni iskljuni ležaj,
18 - potezni iskljuni ležaj
Sl. 13.10 Jednolamelna frikciona spojnica za teška vozila sa motorima obrtnog momenta do
1600 Nm
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
248
7
6
5
8
2
9
1
10
11
4
1 - koljenasto vratilo motora,
2 - zamajac motora,
3 - kuište pritisne ploe sa spoljašnjim
žianim prstenom za naslon membranske
opruge,
4 - meuprsten kuišta,
5 - pritisna ploa sa unutrašnjim naslonom za
membransku oprugu,
6 - meuploa,
7 - ureaj za obezbjeenje srednjeg položaja
meuploe,
8 - membranska opruga,
9 - potezni iskljuni ležaj,
10 - pogonsko vratilo mjenjaa,
11 - vratilo za iskljuivanje sa viljuškom za
iskljuivanje
3
Sl. 13.11 Dvolamelna frikciona spojnica za teška vozila sa motorima obrtnog momenta do
2300 Nm
13.1.1.2 Osnovni parametri suhe lamelaste frikcione spojnice
Prilikom normalnog rada vozila moment spojnice (Ms) mora biti vei od
maksimalnog obrtnog momenta motora (Memax). Moment spojnice je onaj momenat
koga spojnica može prenijeti bez klizanja. Rauna se kao
Ms
QM e max
,
(13.3)
gdje je Q - stepen sigurnosti, uvijek vei od jedinice.
Uvijek se teži da je momenat spojnice (Ms) približno konstantan, a obzirom na
karakter momenta motora Me = f(n), stepen sigurnosti je takoer funkcija broja
obrtaja i ima minimalnu vrijednost pri maksimalnom momentu motora (Memax).
Slikovit prikaz veliina Ms, Memax i Q u funkciji broja obrtaja dat je na slici 13.12.
13.1 Spojnica
n
3,0
2,5
249
Sa druge strane momenat spojnice (Ms)
može se odrediti na osnovu analize rada
lamele, ije su osnovne dimenzije date
na slici 13.13. Jednostavnom analizom
može se doi do zakljuka da je
momenat spojnice
M[Nm]
1000
750
n
2,0
1,5
500
MS
250
Me
1000
-1
n[min ]
3000
2000
Sl. 13.12 Zavisnost obrtnih momenata na
spojnici, kao i stepena sigurnosti
spojnice od broja obrtaja motora
R
d
rsr
r
MS
Me
Sl. 13.13 Shema ukljuene lamelast spojnice sa osnovnim dimenzijama
Ms
PFzrsr
PFz
Rr
2
(13.4)
gdje je:
P - koeficijent trenja izmeu lamele i klizne površine na zamajcu,
z - broj površina trenja i
F - sila pritiska frikcionih površina, rauna se kao
F p R2 r2 S ,
(13.5)
250
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
gdje je p - pritisak izmeu tarnih površina, koji se iskustveno uzima
p = 1,7 y 3,5 bar - za sinterirane lamele
p = 15 y 20 bar - za metalokeramike lamele.
13.1.1.3 Mehanizam komandovanja suhim frikcionim spojnicama
es
fs
Lako rukovanje spojnicom, prije svega, postiže se pravilnim izborom prenosnog
odnosa mehanizma za komandovanje. Sila na pedali kvaila (Fv) prilikom potpunog
iskljuenja kvaila ne smije prei 200 N kod teretnih vozila i autobusa i 150 N kod
putnikih vozila. Najvee vrijednosti punog hoda pedale ne trebaju prei 180 mm
kod teretnih vozila i autobusa, i 150 mm kod putnikih vozila. Puni hod pedale
sastoji se od slobodnog hoda (do poetka pokretanja dvokrakih poluga koje vrše
iskljuivanje spojnice) i radnog hoda (kada uslijed pomjeranja dvokrakih poluga
dolazi do sabijanja pritisnih opruga potisne ploe, odnosno iskljuenja spojnice).
Shema komandovanja spojnicom pomou mehanikog sistema data je na slici 13.4.
Slobodni hod pedale spojnice odreen
d1
je zazorom G (slika (13.13), odnosno G1
sa prenosnim odnosom fs/es (slika 13.14)
izmeu potisnog ležaja i kraja dvokrakih
FV
poluga. Zazor G je neophodan da bi
spojnica mogla raditi i pri trošenju
frikcionih obloga (tada potisna ploa ide
prema lameli, a dvokrake poluge prema
potisnom ležaju).
Radni hod pedale spojnice (kvaila)
zavisi od pomjeranja potisne ploe, koje
se odreuje tako da bi pri potpuno
iskljuenoj spojnici izmeu svakog para
Sl. 13.14 Shema frikcione spojnice iskljuene, površina trenja bio obezbjeen zazor od
sa mehanikim mehanizmom
0,75 y 1 mm.
komandovanja
Na osnovu ustanovljenog pomjeranja
potisne ploe i izabranog zazora G
odreuje se potrebni prenosni odnos mehanizma za komandovanje u zavisnosti od
punog hoda pedale spojnice.
Shema hidraulinog komandovanja spojnicom prikazano je na slici 13.15. Analogno
hidraulinom komandovanju sistema za koenje, upotrebljava se da bi se postiglo
udobnije komandovanje spojnicom (manja sila na pedali), a naroito je pogodno
kada je pedala smještena daleko od spojnice (motor smješten pozadi). Pritisak
tenosti ostvaruje se dejstvom klipa glavnog cilindra (1) (na kome se nalazi i
13.1 Spojnica
251
d
1
MS
Me
3
2
1 – glavni cilindar, 2 – radni cilindar, 3 – hidrauliki vod
Sl. 13.15 Shema frikcione spojnice sa hidraulikim komandovanjem
rezervoar hidrauline tenosti) i kroz cjevovod (3) pritisak tenosti djeluje na klip
radnog cilindra (2) koji preko poluge djeluje na potisni ležaj i na taj nain vrši
iskljuivanje spojnice (kvaila). Kada se otpusti pedala potisni ležaj se pod dejstvom
povratne opruge vraa u prvobitni položaj. Radi jasnoe djelovanja frikcione
spojnice sa hidraulikim komandovanjem na slici 13.16 dat je jedan aksonometrijski
pogled iste.
1 - glavni cilindar, 2 - pomoni cilindar, 3 - hidrauliki vod, 4 - spojnica
Sl. 13.16 Frikciona spojnica sa hidraulikim komandovanjem
13.1.2 Mokre frikcione spojnice
Mokre frikcione spojnice imaju vrlo široku primjenu u vozilima sa automatskim
mjenjaima i ureajima za pogon pomonih sistema. Njihova primjena, kao glavnih
252
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
spojnica u sistemu transmisije konvencionalnih vozila vrlo je ograniena. Razlog za
to je vea cijena i složenije održavanje. Danas se ove spojnice poinju više koristiti
u kombinaciji sa sekvencijalnim mjenjaem kao dvostruke spojnice i kao alternativa
suhim dvostrukim frikcionim spojnicama. Na slici 13.17 data je fotografija
djelomino presjeene jedne lamelaste frikcione mokre spojnice, sa dva seta
uparenih lamela, instaliranih koncentrino jednim iznad drugih (prsten u prstenu),
Sl. 13.17 Mokra frikciona spojnica sa dva seta lamela
koje se aktiviraju dejstvom pritiska hidrauline tenosti, a pomou odgovarajueg
klipa. Ova konstrukcija mokre frikcione spojnice (slika 13.17) ima istu zadau kao
dvostruka suha frikciona spojnica (slika 13.9.).
13.1.3 Hidrodinamike spojnice
Hidraulika (hidrodinamika) spojnica se razlikuje od frikcione po konstrukciji i po
nainu dejstva. Ideja prenosa snage pretvaranjem hidroenergije u mehaniku javila
se kao posljedica složenih zahtjeva. Hidrodinamiki prenosnici ostvaruju prenos
snage, sa pogonskog na voeno vratilo, naizmjeninim ubrzavanjem i
usporavanjem radnog fluida u zatvorenom krugu cirkulacije koga formiraju lopatice
radnih kola. Pri ubrzanom kretanju radnog fluida (ulja) u kanalima pumpnog kola
mehanika energija motora se pretvara u kinetiku energiju ulja. Suprotno se
dogaa u meulopatinim kanalima turbinskog kola. Ulje se usporava – njegova
kinetika energija se ponovo pretvara u mehaniku energiju turbinskog kola.
13.1 Spojnica
253
Karakteristika hidrodinamikih (hidraulikih)
prenosnika su visoke brzine strujanja
radnog fluida pri relativno niskim
pritiscima. Izgled hidrodinamike spojnice
sa djelominim prsjekom dat je na
slici 13.18.
Hidrodinamika spojnica (slika 13.18)
sastoji se iz kola pumpe koje je ugraeno u
kuište spojnice, a koje je spojeno sa
koljenastim vratilom motora i iz kola
turbine koje je vazano za izlazno (gonjeno)
vratilo. Kolo pumpe i kolo turbine imaju
radijalne lopatice, a nalaze se u
zajednikom kuištu koje je do odreenog
nivoa napunjeno uljem. Gonjeno vratilo je
uležišteno u ležajevima.
U radijalnim lopaticama pumpnog kola,
Sl. 13.18 Hidrodinamika spojnica
koje je gonjeno motorom, dolazi do
ubrzavanja radnog fluida (ulja) od unutrašnjeg dijela ka spoljnjem dijelu pumpnog
kola, uslijed dejstva centrifugalne sile, a zatim do usporenja radnog fluida u
turbinskom kolu. Na taj nain se ostvaruje prenošenje energije hidraulikim putem
sa pumpnog kola na turbinsko kolo. Smjer toka fluida obilježen je strelicama (na
slici 13.19), gdje je u kolu pumpe smjer kretanja od 1 ka 2, a u kolu turbine od 3 ka
4. Pošto je kroz kanale pumpe i turbine strujanje tenosti mogue samo ako ima
„klizanja estica“, dolazi do odreenog zaostajanja broja obrtaja turbinskog (nT)
od motora
kolo pumpe (P)
Me MP
P(nP)
Me MP
kućište
nP (
P)
P
2
3
kolo turbine (T)
1
4
T
Mt
t(nt)
Mt
nt (
ka mjenjaču
a)
b)
Sl. 13.19 Shematski prikaz funkcioniranja hidrodinamike spojnice
(a – jednostavnija i b – složenija shema)
t)
254
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
u odnosu na broj obrtaja pumpnog kola (np). Sa razlikom brojeva obrtaja np – nT, u
uskoj vezi je klizanje hidraulike spojnice Gs. Ukoliko je vee klizanje, hidraulika
spojnica prenosi vei obrtni moment motora Me, ali istovremeno ima manji stepen
korisnog dejstva Ks.
Ne ulazei u detaljnu analizu procesa strujanja fluida u hidraulikoj spojnici, u
nastavku e se dati samo osnovni parametri spojnice:
- stepen proklizavanje spojnice (Gs) definira se kao:
Gs
-
Zp Zt
np nt
Zp
np
nt
np
,
(13.6)
prenosni odnos kod hidroprenosnika, za razliku od mehanikih prenosnika,
nije konstantan i rauna se kao:
ih
-
1
nt
np
1 Gs
,
(13.7)
stepen iskorištenja spojnice (Ks) definira se kao
Ks
Mt nt
M pn p
Pt
Pp
,
(13.8)
a za sluaj kvazistatikog režima rada sa razliitim brojevima obrtaja pumpnog i
turbinskog kola (Mt | Mp) može se pisati da je
Ks
nt
np
ih
1 Gs
.
(13.9)
Dobre osobine hidrodinamike spojnice su:
- ne postoji mehanizam za iskljuenje,
- pridonosi polaganom kretanju vozila iz mjesta,
- spreava gašenje motora pri naglom koenju vozila do potpunog
zaustavljanja (u tom sluaju je klizanje 100%),
- prigušuje torzione oscilacije u transmisiji i
- predstavlja elastinu vezu motor-transmisija s obzirom na to da radna kola
pumpe i turbine nisu vrsto spojena.
Loše strane ovih spojnica su:
- vea težina u odnosu na frikcione spojnice,
- za mirnu promjenu stepena prenosa u mjenjau potrebna je i frikciona
13.1 Spojnica
-
255
spojnica jer i pri malim brojevima okretanja pumpno kolo prenosi obrtni
moment na turbinsko kolo,
znatno optereuje sinhrone spojke mjenjaa i
smanjuje efekat koenja motorom.
13.1.4 Elektromagnetne spojnice
Elektromagnetne spojnice spadaju u grupu spojnica sa automatskim upravljanjem,
koje potpuno oslobaaju vozaa fizikog napora. Postavljanjem pogodnih
mehanizama obino se izbacuje pedala kvaila i zbog toga se takva vozila nazivaju
vozila sa dvopedalnim upravljanjem (pedala konice i pedala akceleratora). Primjer
konstrukcije elektromagnetne frikcione spojnice prikazan je na slici 13.20. Opruge
potisne ploe su zamijenjene silama elektromagneta.
izlaz
snage
priključak struje
elektromagnet
lamela
zamajac
ulaz
snage
Sl. 13.20 Elektromagnetna frikciona spojnica
Elektromagnet dobiva energiju od generatora, a ona zavisi od broja obrtaja motora.
Pri praznom hodu motora napon generatora je nedovoljan, te magnetni tok ima
malu veliinu i kao posljedica toga, kvailo se ne ukljuuje. Poveanjem broja
obrtaja motora napon generatora se poveava i spojnica se ukljuuje ravnomjerno.
Prilikom uspostavljanja magnetskog toka izmeu zamajca i kotve, feromagnetini
prašak ispunjava prostor zranog zazora izmeu pogonskog i gornjeg elementa.
Poslije iskljuivanja spojnice feromagnetini prašak može ostati djelomino
namagnetisan i kao posljedica toga, spojnica može prenositi obrtni moment iako je
iskljuena. Da bi se ova pojava izbjegla, kroz namotaje elektromagneta pušta se
suprotan tok struje, nakon ega se prašak razmagnetiše. Na ovaj nain se vrši preko
specijalnih releja i promjena stepeni prenosa. Releji su u vezi sa ruicom mjenjaa.
Elektromagnetne spojnice našle su primjenu uglavnom na malolitražnim putnikim
256
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
automobilima. Zbog njihove ograniene primjene, ovdje se nee detaljnije
objašnjavati.
13.2 Mjenjai
Analizirajui krivu efektivnog obrtnog momenta motora (Me), vidi se da je ona
promjenjiva veliina i da se može izraziti preko snage (Pe) i broja obrtaja motora (n),
odnosno ugaone brzine (Z) kao
Me
Pe
Z
.
(13.10)
Obrtni moment motora se preko transmisije (mjenjaa i glavnog prenosa) prenosi
na pogonske tokove i u zavisnosti od poluprenika toka na njemu se ostvaruje
vuna sila (FT) koja pokree vozilo. Da bi se dobile vune sile na pogonskim
tokovima takve da bi u toku vožnje mogle savladati otpore kretanja koji se
mijenjaju u širokom dijapazonu, potrebno je ostvariti vei broj uveanja obrtnog
momenta koji daje motor. Ove promjene obrtnog momenta ostvaruju se u
mjenjau (broj promjena zavisi od broja stepena prenosa u mjenjau).
Osim gore navedene glavne funkcije mjenjaa, njime se ostvaruje mogunost kretanja
vozila malim brzinama a pri stabilnim brojevima obrtaja motora, kretanje vozila
unazad i razdvajanje motora od pogonskog mosta (mjenja u neutralnom položaju a
spojnica ukljuena), što je neophodno kada vozilo stoji u mjestu a motor radi.
Prema nainu promjene prenosnog odnosa u mjenjau, konstruktivnoj izvedbi
mjenjaa, korištenju prenosnih elemenata (medija) itd., postoji više razliitih
mjenjaa koji se susreu u praksi. Uobiajena podjela mjenjaa prikazana je na
slici 13.21.
STEPENASTI
S NEPOKRETNIM OSAMA VRATILA
ZUPČANI
S POKRETNIM OSAMA VRATILA
FRIKCIONI
HIDRAULIČKI
MJENJAČI
HIDROSTATIČKI
HIDRODINAMIČKI
S ISTOSMJERNOM STRUJOM
ELEKTRIČKI
KOMBINIRANI
KONTINUIRANI
MEHANIČKI
S IZMJENIČNOM STRUJOM
HIDROMEHANIČKI
ELEKTROMEHANIČKI
KOMBINIRANI
Sl. 13.21 Podjela mjenjaa
13.2 Mjenjai
257
esto se u literaturi pominje i podjela mjenjaa prema nainu ukljuivanja odnosno
upravljanja. To su:
- mehaniki (neautomatizirani),
- poluatomatizirani i
- automatizirani mjenjai.
Stepenasti mjenjai, koji daju konaan broj stepeni prenosa, izvode se:
- sa kliznim zupanicima,
- sa stalno uzubljenim zupanicima i
- sa planetarnim prenosom.
Bez obzira na konstrukciju, mjenjai moraju ispuniti slijedee zahtjeve:
a) omoguiti postizanje najboljih vunih karakteristika i karakteristika
potrošnje goriva vozila, pri zadatoj karakteristici motora,
b) lagano komandovanje i
c) bešuman rad pri ukljuivanju bilo kog stepena prenosa.
Prvi od gore nabrojanih zahtjeva ispunjava se pravilnim izborom broja stepeni
prenosa i odnosa meu prenosnim odnosima na razliitim stepenima prenosa.
Poveanje broja stepeni prenosa daje mogunost da motor radi na režimima koji su
najbliži optimalnim, u odnosu na obrtni moment i karakteristiku potrošnje goriva.
Veliki broj stepeni prenosa uslovljava, meutim, komplikovaniju konstrukciju
mjenjaa, poveanje gabarita i težine. Osim toga, poveanjem broja stepeni prenosa,
kod veine mjenjaa se poveava vrijeme u kome dolazi do prekida prenosa
obrtnog momenta na pogonske tokove (prilikom ukljuivanja pojedinih stepeni
prenosa), što može, nerijetko, dovesti do pogoršanja vunih karakteristika, umjesto
oekivanog poboljšanja. Cijena ovih mjenjaa je znatno vea u odnosu na mjenjae
sa manjim brojem stepeni prenosa.
Drugi od zahtjeva u najveem stepenu se ostvaruje primjenom mjenjaa sa stalno
uzubljenim zupanicima gdje se ukljuivanje odreenog para zupanika izvodi
spojnicama sa sinhronima. Planetarni i hidrauliki mjenjai obino imaju
poluautomatsko ili automatsko upravljanje.
Zahtjev bešumnosti rada zavisi, u znatnoj mjeri, od tipa primijenjenih zupanika.
13.2.1 Stepenasti mjenjai
Osnovni elementi koji vrše redukciju broja obrtaja kod stepenastih mjenjaa su
parovi zupanika. Dva spregnuta zupanika ine jednostruki zupasti prenosnik.
Prenosni odnos jednog zupastog para je definiran veliinama prenika ili brojem
zuba oba zupanika u zahvatu. Iz prenosnog odnosa slijedi odnos ulaznog i
izlaznog broja obrtaja zupanika, tj. odnos ulaznog i izlaznog obrtnog momenta.
S obzirom na to da mjenja ima vei broj stepeni prenosa, u nastavku e kratko biti
258
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
objašnjen postupak izbora stepeni mjenjaa.
Posljednji stepen prenosa u mjenjau može se oznaaiti sa im (kod putnikih vozila
na današnjem stupnju razvoja uobiajeno je to peti pa ak i šesti stepen prenosa iVI).
Ovaj prenosni odnos je uglavnom iVI < 1 i on obezbjeuje na izlazu mjenjaa vei
broj obrtaja u odnosu na broj obrtaja motora. Obino se za stepene mjenjaa, iji je
prenosni odnos manji od 1 kaže da su to ekonomini stepeni (postižu nešto manju
potrošnju goriva pri odgovorajuim uslovima brzine vozila i režima rada motora).
Na osnovu posljednjeg stepena prenosa u mjenjau ( i m m ) rauna se maksimalna
brzina vozila kao
v v max
Zmax rd
ioim m
ZT rd
,
(13.11)
gdje je:
Zmax - maksimalna ugaona brzina obrtanja motora,
ZT - ugaona brzina obrtanja toka,
io - prenosni odnos u glavnom prenosu.
U izrazu (13.11) vidi se da maksimalna brzina vozila (vv max), što je posebno
interesantno kod putnikih vozila, zavisi od posljednjeg stepena prenosa (im) i
dinamikog radijusa toka (rd). Tako se da primijetiti kod putnikih vozila stalno
poveanje prenika naplatka sa 12 y 13'' na današnjih 15 y 18'' naješe. Na ovaj
nain ostvaruju se velike maksimalne brzine putnikih vozila (danas je to preko
200 km/h), uz razumnu ekonominost u potrošnji goriva.
Prvi stepen prenosa u mjenjau (iI) definira se na osnovu maksimalne
vrijednosti otpora puta \max = sinDn max + f cosDn max (otpor uspona plus otpor
kotrljanja), gdje je za savladavanje ovog otpora sila na toku
FT max
G\ max
.
(13.12)
Ovakvu silu na toku treba obezbijediti motor svojim maksimalnim obrtnim
momentom (Memax), odnosno
FT max
M e max i o i I KT
rd
.
(13.13)
Izjednaavajui jednaine (13.12) i (13.13), dobiva se prenosni odnos u prvom
stepenu mjenjuaa (iI)
iI
\ max Grd
M e max i o KT
.
(13.14)
13.2 Mjenjai
259
Na osnovu prenosnih odnosa im i iI dobivenih pomou izraza (13.11) i (13.4), uz
pretpostavku da se prenosni odnos u glavnom prenosu definira na osnovu
preporuka za pojedinu klasu vozila i ostalih konstruktivnih mogunosti, mogu se
definirati i prenosni odnosi u ostalim stepenima prenosa mjenjaa. Polazi se od
praktine pretpostavke da, u trenutku ukljuenja narednog stepena prenosa ( i n m 1 ),
brzina vozila ne ostaje ista kao na kraju ubrzanja u prethodnom stepenu prenosa
( i n m ), ve se unekoliko smanjuje. To smanjenje brzine je utoliko više ukoliko su
više brzine pri kojima se vrši ukljuenje narednog stepena prenosa, jer su kod veih
brzina vei otpori zraka i kotrljanja. Znai u stvarnosti postoji odnos
v v n 1 v v n
,
max
(13.15)
pa je i
n1
n
max
i n m 1
in
,
(13.16)
gdje je
n1 – broj obrtaja motora pri promjeni stepena prenosa, a
nmax - broj obrtaja pri maskimalnoj snazi.
Osnovno naelo je da se prilikom promjene stepena prenosa u mjenjau, broj
obrtaja motora (nMemax) nalazi u podruju maksimalnog efektivnog obrtnog
momenta motora (Memax). Ovo znai da, koristei relaciju (13.16), se može napisati
izraz za koeficijent raspodjele susjednih prenosnih odnosa kao
q
inm
i n m 1
n max
n Me max
(13.17)
što znai da je koeficijent raspodjele susjednih prenosnih odnosa manji od
koeficijenta elastinosti motora po broju obrtaja motora.
Prilikom izbora stepeni prenosa treba voditi rauna da vei broj stepeni prenosa
omoguava bolju iskorištenost motora u dijagramu vue. S druge strane, vei broj
stepeni prenosa poveava broj zupanika, težinu cjelokupnog mjenjaa, uzrokuje
vea termika optereenja sinhrona i ešu promjenu stepeni prenosa. Pri
projektovanju stepeni prenosa mjenjaa susreu se dvije metode za raspodjelu
stepeni prenosa i to
a) geometrijska raspodjela stepeni prenosa i
b) progresivna raspodjela stepeni prenosa.
260
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Kod geometrijske raspodjele stepeni prenosa koefcijent raspodjele susjednih
prenosnih odnosa (qg) uvijek ima istu vrijednost. Poznavajui prvi i posljednji
prenosni odnos u mjenjau, tj. ukupni dijapazon prenosnih odnosa, koeficijent
geometrijske raspodjele stepeni prenosa se može odrediti korištenjem slijedeeg
izraza
qg
n 1
iI
imm
,
(13.18)
gdje je:
mm – ukupan broj stepeni prenosa.
Na taj nain se može definirati prenosni odnos ( i n m ) u bilo kom stepenu mjenjaa
na slijedei nain
inm
i m m q gm m n m .
(13.19)
Geometrijska raspodjela stepeni prenosa u mjenjau se naješe koristi kod teretnih
motornih vozila, dok se progresivna raspodjela stepeni prenosa u mjenjau koristi
kod putnikih motornih vozila. Naima, kod putnikih motornih vozila potrebno je
omoguiti savladavanje maksimalnog uspona u prvom stepenu prenosa, velika
ubrzanja u prvom i drugom stepenu prenosa, a zatim težiti ka postizanju veih
brzina u ostalim stepenima prenosa na manjim brojevima obrtaja ime se postiže i
smanjena potrošnja goriva. Iz tog razloga se namee logian zakljuak da se
ostvarivanje ovog cilja može postii samo progresivnom raspodjelom stepeni
prenosa. U praksi se koristi slijedei izraz za odreivanje prenosnih odnosa prema
progresivnoj raspodjeli
inm
i m m c1m m n m c 02,5m m n m 1 ,
(13.20)
gdje su
c1 i c2 - konstante koje se preporuuju od strane proizvoaa vozila i
proizvoaa mjenjaa.
Uobiajene vrijednosti navedenih konstanti su c1 = 1,1 y 1,7 i c2 = 1,0 y 1,2. U
nastavku su, na slici 13.22, data dva primjera raspodjele stepeni prenosa prema
geometrijskoj i progresivnoj raspodjeli za jedan petostepeni mjenja.
13.2 Mjenjai
261
idealna hiperbola
(bez gubitaka)
idealna hiperbola
(bez gubitaka)
I.
sila na točku FT
sila na točku FT
I.
II.
III.
IV.
II.
III.
IV.
nmax
brzina vv
vI/II vII/III vIII/IV
V.
brzina v v
vIV/V
n1
nmin
brzina vv
a) Geometrijska raspodjela stepeni prenosa
broj obrtaja motora n
broj obrtaja motora n
V.
nmax
vI/II
vII/III
vIII/IV
vIV/V
nmin
brzina vv
b) Progresivna raspodjela stepeni prenosa
Sl. 13.22 Primjeri dijagrama vue FT = f(vv) i dijagram odnosa n=f(vv) mjenjaa za sluaj
geometrijske raspodjele stepena prenosa (a) i progresivne raspodjele stepena
prenosa (b) za jedan petostepeni mjenaja
Pored naprijed nabrojenih naelnih principa o izboru broja stepeni prenosa i
raspodjele prenosnih odnosa, u praksi su prisutna odreena odstupanja od ovih
principa. Odstupanja prenosnih odnosa uslovljena su u prvom redu zbog:
- konstruktivnih zahtjeva (broj zuba zupanika, dimenzije zupanika),
- ekonominosti vožnje koja se može ocjenjivati na osnovu tzv. školjkastih
(univerzalnih) karakteristika motora i prenosnih odnosa u mjenjau. Zbog
složenosti materije i namjene ove knjige, ovdje se nee detaljnije ovo
objašnjavati,
- oblika brzinskih karakteristika motora itd.
Jedan od važnih parametara u izboru broja stepeni prenosa kao i dijapazona
prenosnih odnosa u mjenjau su i iskustveni podaci koji se daju u literaturi za
pojedine vrste vozila.
13.2.1.1 Stepenasti mjenjai sa kliznim zupanicima i nepokretnim osama vratila
Stepenasti mjenjai sa kliznim zupanicima su mjenjai kod kojih se promjena
stepeni prenosa vrši aksijalnim pomjeranjem zupanika i uzupavanjem kliznog
zupanika u spreg sa zupanikom pomonog vratila. Ovakvi mjenjai upotrebljavali
su se ranije, a danas su uglavnom izbaeni iz upotrebe zbog veoma teškog
rukovanja prilikom izbora stepeni prenosa. Bešumno sprezanje zupanika mogue
262
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
je samo kada se obodne brzine oba zupanika izjednae. Meutim, da bi se to
postiglo, potrebno je veliko iskustvo vozaa, te se ovo smatra jednim od glavnih
nedostataka ovih mjenjaa. Pošto se ovdje ukljuivanje u spreg zupanika izvodi
aksijalnim pomjeranjem jednoga od njih, zupanici moraju biti izvedeni sa ravnim
(eonim) zupcima, što se, opet, veoma loše odražava na šumnost pri radu mjenjaa.
13.2.1.2 Stepenasti mjenjai sa stalno uzubljenim zupanicima i nepokretnim osama vratila
Karakteristika ove vrste mjenjaa je da su zupanici na glavnom vratilu slobodno
okretni oko njega ali su u stalnom zahvatu sa zupanicima na pomonom vratilu.
Zupanici na pomonom vratilu su vezani za to vratilo i sa njim se zajedno okreu.
Ukljuivanje pojedinih stepeni prenosa kod ovakve konstrukcije mjenjaa ostvaruje
se pomou spojnica koje su žlijebnom vezom vezani za glavno vratilo. Prilikom
pomicanja spojnice po žlijebovima glavnog vratila ka zupaniku koji je slobodno
okretan i koji na sebi ima odgovarajui dio koji ulazi u zahvat sa pominom
spojnicom, ostvaruje se vrsta veza zupanika, koji je slobodno okretan, i glavnog
vratila, te se na taj nain vrši prenos obrtnog momenta. Dobra strana ovih mjenjaa
je ta da se kod njih mogu primijeniti zupanici sa kosim i spiralnim zubima koji su u
odnosu na zupanike sa pravim zubima daleko tiši u radu, a osim toga nema
udarnih optereenja na zube zupanika prilikom ukopavanja stepeni prenosa.
Prvi prelaz od mjenjaa sa kliznim zupanicima ka mjenjau sa stalno uzubljenim
zupanicima je mjenja sa kandžastim spojnicama za sprezanje zupanika, koji se
zadržao sve do danas, naroito na nekim teškim teretnim vozilima.
Princip sprezanja zupanika kandžastom spojnicom prikazan je na slici 13.23.
Spojnica se sastoji od naglavka (5) koji sa obje strane ima kandže. Kada je kandžasti
naglavak u neutralnom položaju zupanik (8) na glavnom vratilu se okree
slobodno i prenos obrtnog momenta se ne vrši. Ako se kandžasti naglavak (5), koji
je žlijebovima spojen za glavno vratilo, aksijalno pomjeri i dovede u spreg sa
kandžama na zupaniku (8), tada zupanik (9), ima preko spojnice, vrstu vezu sa
glavnim vratilom i na taj nain se vrši prenos obrtnog momenta (spojniko –
pomono – glavno vratilo).
Ukljuivanjem kandžastog naglavka (5), sa kandžama (3) zupanika (7) na
spojnikom vratilu, ostvaruje se prenos obrtnog momenta direktno sa spojnikog
na glavno vratilo. Nedostatak mjenjaa sa kliznim zupanicima, tj. potreba za
izjednaenjem obodnih brzina zupanika koji se trebaju uzubiti, samo je djelomino
otklonjen kod mjenjaa sa kandžastom spojnicom. Meutim, i kod ovih mjenjaa je
pomenuti nedostatak prisutan, ali je ublažen, pošto dijelovi kandžaste spojnice koji
dolaze u zahvat imaju iste prenike.
13.2 Mjenjai
263
1
2
4
5
6
3
7
8
1 – komandna poluga (ruica mjenjaa),
2 – osovinice viljuške,
3 – kandže na zupaniku,
4 – viljuška za prekopavanje,
5 – kandžasti naglavak,
6 – nažlijebljena glavina kandžaste spojke,
7 – pogonski zupanik na vratilu spojnice,
8 – slobodno okretni zupanik na glavnom
vratilu,
9 – zupanici na pomonom vratilu
9
Sl. 13.23 Skica kandžaste spojnice
Princip rada kandžaste spojke slikovito je prikazan na slici 13.24 gdje zatamnjeni
dio predstavlja kandžastu spojku sa vratilom. Na slici 13.24 a), b) i c) pokazani su
razliiti položaji zahvata kandžaste spojnice, od potpunog prekida (a)) (iskopane
kandžaste spojnice) do njenog potpunog ukljuenja (c)). Na slici 13.24 d) i e)
pokazani su primjeri ukopavanja pojedinih zupastih parova. Na slici 13.24 d) radi
se o desnom zupastom paru, a na slici 13.24 e), o lijevom zupastom paru.
a) Veza je još prekinuta, jedno
vratilo se okreće, drugo stoji.
b) Zupci kandžastih spojki se približavaju, i u narednom trenutku se zahvate međusobno.
c) Vratila su kandžastom spojkom
čvrsto zahvaćena, okreću se
zajedno.
d) Pomicanjem ručice mjenja č a zup č asta
spojka dolazi u zahvat sa desnim zupčanikom:
uključen je 3. stupanj.
e) Pomicanjem zupčaste spojke u
suprotnom smjeru uključuje se najviši,
izravni stupanj.
Sl. 13.24 Princip rada kandžaste spojnice
Radi jasnoe položaja kandžastih spojnica i poluga u nastavku je data slika jednog
etvorostepenog mjenjaa sa kandžastim spojnicama i polugama za njihovo
ukljuivanje i iskljuivanje (slika 13.25).
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
264
10
8
9
8
7
11
1
2
12
6
4
3
4
5
1 - pogonsko (spojniko) vratilo, 2 - gonjeno vratilo, 3 - meuvratilo, 4 - kandžasta spojnica,
5 - zupanici u stalnom zahvatu, 6 - pokretni zupanik za vožnju nazad, 7 - zupanici koji se
slobodno okreu dok nisu ukopani na kandžastu spojnicu, 8 - prenosne viljuška, 9 - prenosne
poluge, 10 - kuglasti sklop ruice mjenjaa, 11 - ruica mjenjaa, 12 - prenosna viljuška za hod nazad
Sl. 13.25 Izgled etvorostepenog mjenjaa sa polužjem i kandžastim spojnicama
Pomjeranjem ruice mjenjaa (11), kuglasti sklop (10) pomjera jednu od prenosnih
poluga (9), koja preko prenosne viljuške (8) pomjera kandžastu spojnicu (4) prema
nekom od zupanika (7) ime se uspostavlja vrsta veza sa gonjenim vratilom (2).
Tako se preko zupanika u stalnom zahvatu (5) i zupastog para koji je vezan sa
kandžastom spojnicom (4) uspostavlja veza pogonskog vratila (1) sa gonjenim
vratilom (2), preko meuvratila (3), sa odgovarajuim prenosnim odnosom. Ovim
je uspostavljen tok snage, uz odgovarajuu transformaciju broja obrtaja motora (n) i
momenta (Me) motora sa pogonskog vratila (1), na izlazne parametre broja obrtaja
na izlazu iz mjenjaa (nn) i izlazni obrtni momenat (Mn), za konkretan prenosni
odnos u mjenjau ( i n ). Hod nazad obezbjeuje se preko ruice mjenjaa (11),
m
prenosne poluge (9) i viljuške (12), tako što se zupanik (6) upari sa zupastim
parom ime se mjenja smjer okretanja gonjenog vratila (2).
Daljnje usavršavanje konstrukcije mjenjaa sa stalno uzubljenim zupanicima jeste
mjenja kod koga se sprezanje parova zupanika izvodi pomou sinhronizatora,
sinhrone spojnice ili sinhrona (naješe upotrebljavan naziv).
Sa stanovišta konstruktivne izvedbe sinhroni se dijele na
- sinhrone bez blokade ukljuivanja i
- sinhrone sa blokadom ukljuivanja.
13.2 Mjenjai
265
Konstrukcijom sinhrona, koji je kombinacija konusne i zupaste spojnice, ostvarila
se mogunost izjednaavanja obodnih brzina dijelova koji dolaze u spreg, bez
utjecaja vozaa. Izjednaavanje obodnih brzina zupaste spojnice sa ozubljenim
dijelom koji se nalazi na zupaniku vrši konusna spojnica, te se na taj nain
ostvaruje bezudarno sprezanje parova zupanika i samim tim poveava se vijek
trajanja zupanika. Znai da na svakom zupaniku glavnog vratila, koji se spreže
pomou sinhrona, mora postojati nazubljeni vijenac u koji e se uzubiti zupasta
spojnica sinhrona i konusna površina sa kojom e doi u dodir konusna površina na
sinhronu. Na slici 13.26 prikazan je izgled sinhrona dvostranog dejstva (opslužuje
dva stepena prenosa) - bez blokade ukljuenja.
1 - gonjeno vratilo, 2 - kandžasti prsten, 3 - glavina sinhrona, 4 - unutrašnji konus, 5 - kuglica
(osigura) sa oprugom, 6 - vanjski konus, 7 - nazubljeni kandžasti vijenac, 8 - zupanik za spregu
Sl. 13.26 Sinhron dvostrukog dejstva sa konusnim prstenovima
Na žlijebovima gonjenog vratila (1) postavljena je glavina sinhrona (3) koja se po
njemu može aksijalno pomjerati. Pomjeranje se izvodi preko ruice mjenjaa i utora
(žlijeba) na kandžastom prstenu (2). Glavina sinhrona ima spoljne žlijebove po
kojima se može kretati kandžasti prsten (2) nakon savladavanja kuglice sa oprugama (5).
Na unutrašnjoj strani glavine sinhrona nalaze se konusi (4) sa obje strane. Isti
konus, samo vanjski (6), sa kandžastim vijencem (7) izraen je sa zupanikom (8).
Set zupanika (8) sa kandžastim vijencem (7) i vanjskim konusom slobodno se
okree na vratilu (1). Glavina sinhrona (3) sa kandžastim prstenom (2) kree se
zajedno po žlijebovima vratila (1), zahvaljujui osiguraima (5). Ovo pomjeranje vrši
se preko ruice mjenjaa. Kada se uslijed kretanja ovog sklopa, konusna površina (4)
i (6) primaknu stvara se trenje koje pokušava izjednaiti obodnu brzinu konusnih
površina. Kada konusne površine (4) i (6) nalegnu jedna na drugu, izjednaene su
obodne brzine, a sila na ruici mjenjaa savladava osigurae (5) i kandžasti
prsten (2) se pone sam aksijalno kretati, gdje se uzubljuju zubi kandžastog prstena (2)
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
266
sa zubima kandžastog vijenca (7). Time je uspostavljena „vrsta“ veza sinhrone
spojke sa zupanikom (8), ime je uspostavljen kontinuitet u prenosu snage u
mjenjau.
Ako se ovim sinhronom rukuje pažljivo on potpuno vrši svoju funkciju (bezudarno
ukljuivanje stepeni prenosa), meutim, voza može nasilno uzupiti (savladati
osigura) zupastu spojnicu i zupasti vijenac na zupaniku, pa kako još postoji
razlika u brzini obrtaja izmeu glavine sinhrone (3) i kandžastog vijenca (7), dolazi
do eonog struganja i udara pri ostvarenju meusobnog zahvata. Konstruktivni
crtež ureaja za sinhronizaciju (sinhrone spojke) pokazan je na slici 13.27, gdje su
pojedine pozicije oznaene istim redoslijedom kao na slici 13.26.
9
7 6 4 2
5
3
8
1
10
7
1 – vratilo,
2 – kandžasti prsten,
3 – glavina sinhrona,
4 – konusne površine unutrašnje,
5 – kuglica osiguraa,
6 – vanjska konusna površina,
7 – nazubljeni kandžasti vijenac
8, 9 – slobodno obrtni zupanici,
10, 11 – zupanici
11
Sl. 13.27 Presjek sinhrona (sinhrone spojke)
Da bi se u potpunosti iskljuio subjektivni faktor (voza) kod ukljuivanja stepeni
prenosa konstruirani su sinhroni sa ureajem za blokiranje. Ureaj za blokiranje
osigurava bezudarno ukljuivanje stepena prenosa jer sprjeava uzupavanje zupaste
spojnice sa vijencem zupanika sve dok meu njima postoji relativni pomak (dok se
obodne brzine ne izjednae). Pravilan rad sinhrona obezbjeuje se odreenim
odnosom izmeu ugla konusa i ugla površine koja služi za blokiranje, njihovim
radijusima i koeficijentom trenja. Na slici 13.28 data je shema sinhrona sa ureajem za
blokiranje. Osnovni element ovog ureaja, gdje se može vidjeti princip rada, dati su
na slikci 13.28, a na slici 13.29 dat je isti ureaj u jednom aksonometrijskom pogledu.
Princip rada sinhrona sa blokadom ukljuenja, koji danas ima najveu primjenu kod
mjenjaa na putnikim vozilima, može se objasniti preko tri faze ukljuenja (A, B i C
na slici 13.28).
A – Klizna zupasta spojnica (5), preko potiskivaa (2), potiskuje prsten sinhrona (1)
dok se ne ostvari frikcija na konusnim površinama (6) prstena sinhrone (1) i reducirne
zupaste spojnice (3).
B – Prsten sinhrona (1) obre se zajedno sa glavnim vratilom koje je povezano sa
tokovima vozila a reducirna zupasta spojnica (3) obre se drugim brojem obrtaja
zajedno sa zupanikom (7) na kome se nalazi. Razlika broja obrtaja zakree prsten
13.2 Mjenjai
267
sinhrona, a krovasto (konusno) ozubljenje spreava dalje klizanje klizne zupaste
spojnice (5).
C – Broj obrtaja svih dijelova je izjednaen. Klizna spojnica (5) prolazi preko prstena
sinhrona (1) i spaja reducirnu spojnicu (3), odnosno zupanik na kome se ona nalazi
preko glavine (tijela) sinhrona (4) sa vratilom.
6
1
2
1
5 1 3
A
8
3
4
5
3
B
C
7
1 - prsten sinhrone, 2 - potiskiva, 3 - reducirna bona zupaste spojnica, 4 - glavina sinhrona,
5 - kandžasti prsten (klizna zupasta spojnica), 6 - konusne površine, 7, 8 - zupanici za ukopavanje
Sl. 13.28 Crtež sinhrona sa ureajem za blokiranje
1 - prsten sinhrone, 2 - potiskiva, 3 - reducirna bona zupaste spojnica, 4 - glavina sinhrona,
5 - kandžasti prsten (klizna zupasta spojnica), 6 - konusne površine, 7, 8 - zupanici za ukopavanje
Sl. 13.29 Aksijalni pogled sa djelominim presjekom sinhrona i blokadom ukljuenja
U nastavku je dato nekoliko izvedbi stepenastih mjenjaa sa stalno uzubljenim
zupanicima i nepokretnim osama vratila. Takoe su date i sheme ovih mjenjaa
268
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
kako bi im se bolje razumio princip rada.
Na slici 13.30 je dat jedan etvorostepeni sinhroni mjenjaa (djelomini presjek i
pogled pod uglom) sa direktnim ukljuivanjem.
1 - spojniko vratilo,
2 - gonjeno (izlazno) vratilo,
3 - meuvratilo,
4 - zupanik za vožnju nazad,
5 - viljuška za ukljuenje hoda
nazad,
6 - ruica mjenjaa
Sl. 13.30 etvorostepeni sinhroni mjenja sa direktnim ukljuivanjem
etverostepeni mjenja, dat na slici 13.30, prikazan je u vidu sheme na slici 13.31.
Na osnovu ove sheme može se vidjeti princip rada ovog mjenjaa. Zupanici A i B
su vrsto vezani za odgovarajua vratila. Takoer su zupanici 1', 2' i 3' vezani
stalno za meuvratilo. Zupanici 1, 2 i 3, koji su uzubljeni sa zupanicima 1', 2' i 3'
nisu
1
2
A
4
3
S1
S2
mjenjačko
glavno vratilo
motor
izlaz
prenosno
(spojničko)
vratilo
4’’
2’
B
1’
4’
međuvratilo
3’
Sl. 13.31 Shema etvorostepenog mjenjaa sa slike 13.30
13.2 Mjenjai
269
vezani za mjenjako vratilo, nego se slobodno okreu oko njega. Zupanici 4, 4' i 4''
su vezani za odgovarajua vratila i sa njima se okreu. Zupanik 4'' je i klizni
zupanik po svom vratilu. On se pomjera pomou viljuške (5) (slika 13.30),
ukljuuje sa zupanicima 4 i 4', mijenja smjer obrtanja mjenjakog vratila i ustvari
predstavlja hod nazad.
Na mjenjakom vratilu se nalaze i sinhrone spojke (sinhroni) S1 i S2, koje su vezane
za mjenjako vratilo i sa njim se okreu. Ove spojke, komadovanjem preko ruice
mjenjaa, ukljuuju pojedine zupanike na mjenjakom ili spojnikom vratilu i tako
ostvaruju odreeni prenosni odnos. U nastavku e se objasniti pojedini stepeni
prenosa:
- prazan hod; spojke S1 i S2 iskljuene;
svi zupanici se okreu; na izlaznom vratilu nema obrtnog momenta;
- I stepen prenosa; spojka S1 ukljuena sa zupanikom (1);
prenosni odnos u prvom stepenu (iI) i odgovarajui broj obrtaja mjenjakog
vratila (nI) raunaju se kao
z B z1
; nI
z A z'1
iI
n
iI
(13.21)
gdje je
z – broj zubaca pojedinih zupanika;
n – broj obrtaja spojnikog vratila (motora);
- II stepen prenosa; spojka S1 ukljuena sa zupanikom (2);
prenosni odnos mjenjaa (iII) i izlazni broj obrtaja (nII) su
i II
zB z2
; n II
z A z' 2
n
i II
;
(13.22)
- III stepen prenosa; spojnica S2 ukljuena sa zupanikom (3);
prenosni odnos mjenjaa (iIII) i izlazni broj obrtaja (nIII) su
i III
z B z3
; n III
z A z' 3
n
i III
;
(13.23)
- IV stepen; direktni stepen;
spojnica S2 ukljuena sa zupanikom (A); prenosni odnos (iIV) i izlazni broj
obrtaja ( nIV) su
i IV
1; n IV
n ;
(13.24)
270
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
- hod nazad; tu se ukljuuje meuzupanik 4'' koji vrši promjenu smjera obrtanja.
Prenosni odnos (ihn) i odgovarajui broj obrtaja (nhn) mjenjakog vratila se raunaju
kao
i hn
zB z4
; n hn
z A z' 4
n
i hn
.
(13.25)
Pored slika etvorostepenog mjenjaa (slika 13.30 i 13.31) u nastavku su date slike
petostepenog (slika 13.32) i šestostepenog mjenjaa (slika 13.34) sa odgovarajuim
shemama (slika 13.33 i slika 13.35), bez posebnih objašnjenja.
V
IV
III
II
R
I
I, II, III, IV, V – stepeni prenosa mjenjaa, R – hod nazad
Sl. 13.32 Petostepeni mjenja (jednostrani) sa glavnim prenosom i diferencijalom
13.2 Mjenjai
271
V IV
S3
III II
I
S2
S1
S1, S2, S3 –sinhrone spojke
Sl. 13.33 Shema mjenjaa sa slike 13.32
I, II, III, IV, V i VI – stepeni prenosa, R – hod unazad
Sl. 13.34 Šestostepeni mjenja (jednostrani) sa glavnim prenosom i diferencijalom
272
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
IV
S3
III
VI
S2
II
V
I
S1
S1, S2, S3 –sinhrone spojke
Sl. 13.35 Shema mjenjaa sa slike 13.34
U zavisnosti od namjene vozila bira se i nain sprezanja zupanika.
Najrasprostranjeniji tip mjenjaa na teškim vozilima je sa kombiniranim sprezanjem
zupanika, kod koga se niži stepeni prenosa (I i II) sprežu pomou kandžastih ili
zupastih spojnica, a viši stepeni prenosa pomou sinhrona. Kod putnikih vozila
srednje i više klase naješe se susreu potpuno sinhronizirani svi stepeni prenosa.
Potpuna sinhronizacija mjenjaa poveava njegov gabarit i cijenu.
Da bi vozila zadovoljila specijalnim zahtjevima koji se pred njih postavljaju,
naroito prilikom prevoza velikih tereta, ostvarene su konstrukcije mjenjaa koje
mogu ostvariti 12 i više raznih stepena prenosa. Ovo se ostvaruje pomou
dodatnog para zupanika, kojim se svi stepeni mogu još jednom reducirati. To su
mjenjai sa reduktorom ili demultiplikatorom. Dodatni par zupanika spreže se
obino kandžastom spojnicom. Važno je napomenuti da prilikom ukljuivanja
dodatnog para zupanika moraju biti iskljueni zupanici stalnog zahvata na
spojnikom i pomonom vratilu, ako se radi o mjenjau koji ima tri vratila.
Zupanik stalnog zahvata na pomonom vratilu takoer se ukljuuje ili iskljuuje
kandžastom spojnicom. Za razliku od mjenjaa sa reduktorom, radi postizanja vee
brzine kretanja upotrebljava se mjenja sa multiplikatorom kod koga se dodaje
poseban par zupanika sa kojim se postiže prenosni odnos manji od jedinice.
Kopanje ovog stepena prenosa takoer se vrši kandžastom spojnicom na
pomonom vratilu. Kod specijalnih vozila, od kojih se traže dobre osobine u
ravniarskim i u brdskim terenima, mogu se sresti mjenjai sa reduktorom i
multiplikatorom.
Takav jedan mjenja prikazan je na slici 13.36 sa 16 stepeni prenosa ukupno.
13.2 Mjenjai
273
R – izbor podruja prenosa, D – direktna veza
Sl. 13.36 16-stepeni mehaniki mjenja sa reduktorom i multiplikatorom tip ZF 16 S 109
13.2.1.3 Stepenasti mjenjai sa pokretnim osama vratila - planetarni mjenjai
Uz klasine mjenjae sa zupanicima, danas se esto primjenjuju mjenjai sa
planetarnim prenosom ili epiciklini mjenjai, obino u kombinaciji sa
hidrodinamikom spojnicom ili hidrodinamikim transformatorom (hidrodinamikim mjenjaem). Planetarni mjenjai se obino izvode sa dvije do etiri
brzine. Prednosti ovih mjenjaa nad klasinim su mirniji rad i vea izdržljivost, zbog
veeg broja zuba u zahvatu, što je omogueno zupanikom unutarnjeg zahvata,
lagano ukljuivanje i iskljuivanje stepeni prenosa koje je omogueno jednostavnim
koenjem jednog od elemenata planetarnog sistema. Nedostaci planetarnih
mjenjaa su složena i skupa izrada. Shema osnovnog planetarnog prenosnika
prikazana je na slici 13.37.
274
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
5
2
3
2
4
III
I
6
3
1
1
7
II
1 - sunani zupanik, 2 - zupasti vijenac sa unutrašnjim ozubljenjem, 3 - sateliti (naješe dva ili tri),
4 - nosa satelita, 5, 6 i 7 - konice na vratilima I, II i III
Sl. 13.37 Planetarni prenosnik
itav niz kombinacija prenosnih odnosa može se postii korištenjem pojedinih
elemenata i vezivanjem za motor drugih elemenata, odnosno koenjem pojedinih
vratila (I, II i III).
Kao primjere, u nastavku e se pokazati samo dvije kombinacije prenosni odnosa
kod planetarnog prenosnika (mjenjaa) datog na slici 13.37.
a) Koi se zupasti vijenac sa unutarnjim ozubljenjem (2), odnosno vratilo
III. Pogon se dobiva preko vratila I i zupanika (1). Voeni elemenat je
vratilo II sa nosaem satelita (4). Ova kombinacija daje prenosni odnos
iI
n1
n4
z1 z 2
z1
.
(13.26)
b) Koi se zupanik (1), odnosno vratilo I, konicom (7). Pogon se dobiva
preko zupastog vjenca (2), odnosno vratila III. Voeni elemenat je nosa
satelita (4), odnosno vratilo II. Ova kombinacija daje prenosni odnos:
i II
n2
n4
z1 z 2
z2
(13.27)
itd.
U praksi nije se uspjelo izvesti sve mogue kombinacije korištenja osobina
planetarnog prenosa, zbog poteškoa u konstruktivnom izvoenju pogona ili
koenja svih elemenata, što je vezano za izvoenje niza šupljih vratila koja bi ulazila
jedna u druga i izvoenje konica za svaki od elemenata.
13.2 Mjenjai
275
Zato se kod vozila naješe upotrebljavaju planetarni prenosnici sa nekoliko redova
prostih planetarnih sistema kod kojih je omogueno koenje samo spoljnjeg
zupanika sa unutrašnjih ozubljenjem (2). Kao konice naješe se upotrebljavaju
trakaste konice.
Ovdje se nee ulaziti u detalje oko konstrukcije stepenastih mjenjaa sa pokretnim
osama vratila (planetarni mjenjai). Njihova objašnjenja i pojedine sheme bie dati u
sklopu prikazivanja kombiniranih hidromehanikih mjenjaa, gdje su planetarni
mjenjai dosta zastupljeni.
13.2.2 Kontinuirani prenosnici
Kontinuirani prenosnici omoguavaju neprekidnu izmjenu vrijednosti prenosnog
odnosa transmisije i neprekidnu predaju obrtnog momenta na pogonske tokove, u
formi koja odgovara idealnoj vunoj karakteristici (hiperboli). Promjena obrtnog
momenta ostvaruje se u zavisnosti od otpora puta, automatski ili putem dejstva
specijalnih mehanizama za regulaciju prenosnika. Prema tome, kontinuirani
prenosnici služe za:
a) kontinuiranu automatsku izmjenu prenosnih odnosa,
b) izmjenu prenosnih odnosa po zakonu koji omoguava najbolje vune i
dinamike karakteristike vozila pri datoj karakteristici motora i
c) ostvarivanje visokog stepena korisnog dejstva u širokom dijapazonu
promjene eksploatacionih režima.
Upotrebom kontinuiranih prenosnika dobiva se veoma ravnomjerno kretanje
vozila, pošto se obrtni moment neprekidno dovodi na pogonske tokove, a sa
druge strane smanjuje se mogunost preoptereenja pojedinih dijelova transmisije,
što direktno utjee na njihov vijek trajanja. Ako se kontinuirani prenosnici uporede
sa stepenastim, može se zakljuiti da su kontinuirani prenosnici složeniji po
konstrukciji i imaju vee mehanike gubitke.
Upotreba ovakvih prenosnika (mjenjaa) je rjea u odnosu na stepenaste mjenjae
ija je konstrukcija mnogo jednostavnija a samim tim i izrada jeftinija.
Po konstrukciji kontinuirani prenosnici mogu se podijeliti na:
- mehanike kontinuirane prenosnike,
- hidraulike prenosnike i
- elektrine prenosnike.
13.2.2.1 Mehaniki kontinuirani prenosnici
Relativno visok koeficijent korisnog dejstva i širok dijapazon kontinualne promjene
broja obrtaja, uslovljava veliki broj raznih konstrukcija. Ispitivanja su pokazala da
postoji velika mogunost primjene mehanikih kontinuiranih prenosnika u
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
276
transmisiji vozila.
Mehaniki kontinuirani prenosnici mogu se podijeliti u dvije grupe
a) prenosnici sa elastinom vezom i
b) prenosnici sa neposrednim kontaktom (sa više frikcionih lamela i sa
posebno oblikovanim frikcionim tijelima).
Prenosnik sa elastinom vezom sastoji se od pogonskog dijela sa tegovima i
gonjenog dijela sa oprugama. Oba dijela imaju podjeljene klinaste remenice, od
kojih je jedan dio stabilan a drugi aksijalno pomjerljiv na vratilu, tako da se razmak
izmeu remenica može mijenjati. Na slici 13.38 shematski je prikazan frikcioni
prenosnik sa elstinom vezom a) i aksonometrijskim pogledom c) na jedan takav
prenosnik. Pogonsko vratilo obre se brojem obrtaja n1. Za pokretni disk
pogonskog vratila vezan je centrifugalni regulator, koji u zavisnosti od broja obrtaja
vrši pomjeranje pokretnog diska (z1). Kod gonjenog pokretnog diska zazor se
obezbjeuje oprugom koja vrši pomjeranje diska (z2).
z1
r1
z1
n1
r 1max
l
pogonski dio
r2
r 2min
gonjeni dio
n2
z2
a)
b)
c)
Sl. 13.38 Frikcioni prenosnik (mjenja) a) sa osnovnim elementima i prostornom shemom c)
i detaljem promjene poluprenika r1 i r2 b)
Pošto rastojanje izmeu osa pogonskog i gornjeg dijela (l) ostaje u svim uslovima
isto, to se odnos poluprenika r1 i r2 uzajamno podešava tako da je odnos r1/r2
promjenjiva vrijednost izmeu dvije krajnje take. Na slici 13.38 b) prikazani su
krajnji položaji pogonskog diska. Prenosni odnos ovog prenosnika rauna se na
osnovu izraza
i
r2
r1
(13.28)
13.2 Mjenjai
277
gdje su r1 i r2 – trenutne vrijednosti poluprenika remenice na kojima se nalazi
remen kaiš, a odreeni su neutralnim linijama poprenog presjeka kaiša.
Minimalne i maksimalne vrijednosti prenosnog odnosa odreene su izrazima
i min
r2 min
r1 max
i
i max
r2 max
r1 min
.
(13.29)
U nastavku su data, na slikama 13.39 i 13.40 dva primjera primjene mehanikih
kontinualnih prenosnika. Princip rada se nee posebno objašnjavati.
1 - konusni prenosnik, 2, 3 - klinaste remenice, 4 - remen kaiš, 5 - centrifugalni utezi, 6 - podtlani
cilindar, 7 - dodatni nepromijenjeni stepen prenosa
Sl. 13.39 Mehaniki kontinuirani mjenja Variomatic (vozila firme DAF)
Sl. 13.40 Konusni frikcioni prenosnik na mjenjau Multitronic (vozilo Audi)
Frikcioni prenosnici sa neposrednim kontaktom sastoje se od dvije torusno sferne
278
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
prirubnice (pogonske i gonjenje) (slika 13.41) izmeu kojih se nalaze dva do tri
diska. Promjena prenosnog odnosa vrši se promjenom položaja osa diskova. Sa
ovakvim prenosnikom može se ostvariti prenosni odnos i do 10. Na slici 13.42 dat
je primjer mjenjaa sa frikcionim toroidnim prenosnicima (tip Torotrac, za vozila
Nisan).
Sl. 13.41 Toroidni frikcioni prenosnici sa neposrednim kontaktom
Sl. 13.42 Mjenja Torotrac (vozila Nisan)
13.2.2.2 Hidrauliki kontinuirani prenosnici
Prema principu radnog procesa hidrauliki prenosnici se dijele na
- hidrodinamike i
- hidrostatike.
13.2 Mjenjai
279
a) Hidrodinamiki prenosnici
Kod hidrodinamikih prenosnika najvei znaaj ima brzina kretanja tenosti (ulja)
unutar prenosnika, pošto se prenos (kod hidrodinamike spojnice) ili transformacija
obrtnog momenta (kod hidrodinamikog mjenjaa – hidrotransformatora) obavlja
na raun transformacije potencijalne i kinetike energije tenosti.
Znai, hidrodinamiki prenosnik koji ima svojstvo da automatski i kontinuirano
mijenja dovedeni obrtni moment u odreenom dijapazonu naziva se
hidrodinamiki mjenja ili hidrotransformator.
Hidrotransformator je shematski prikazan na slici 13.43 a). Sastoji se iz tri kola sa
lopaticama i to kola pumpe (P), kola turbine (T) i sprovodnog aparata (SA), koji
obrazuju zatvoreni krug cirkulacije tenosti. Lopatice radnih kola nisu kao kod
hidrodinamike spojnice ravne nego su zakrivljene ali tako da omoguavaju
minimalne gubitke energije pri protoku tenosti sa jednih lopatica na druge. Na
slici 13.43 b) data je uproštena izvedba hidrodinamikog pretvaraa sa osnovnim
elementima, gdje se lopatice sprovodnog aparata zakreu sa regulatorom (7). Na
slici 13.43 c) dato je kolo pumpe (1) sa smjerom okretanja, tokom fluida u
pojedinim kolima i moguim smjerom zakretanja sprovodnog aparata (reaktora) (3).
6
P
T
SA
5
7
wt
w=w P
8
4
3
2(T) 3(SA) 1(P)
a)
b)
1
2
c)
1 - kolo pumpe (P), 2 - kolo turbine (T), 3 - sprovodni aparat (SA), 4 - kuište sprovodnog aparata,
5 - kuište pumpe, 6 - kuište turbine, 7 - regulator sprovodnog aparata, 8 - vratilo turbine
Sl. 13.43 Shema hidrodinamikog transformatora a), sa izvedbom b) i tokom fluida i smjerom
kretanja dijelova c)
Za poveanje obrtnog momenta, dovedenog od motora mjenjau neophodno je na
njegovoj turbini ostvariti dopunski moment. Ovo se ostvaruje kolom sprovodnog
aparata koje poveava brzinu strujanja fluida na ulazu u pumpu. Efekat poveanja
obrtnog momenta kroz sprovodni aparat ostvaruje se jer lopatice sprovodnog
280
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
aparata imaju suprotnu zakrivljenost od lopatica turbine, tako da se pri prolazu
tenosti stvara reaktivno dejstvo. U sprovodnom aparatu esticama tenosti
ponovo se vraa izgubljena kinetika energija u turbini, odnosno ponovo se
poveava moment koliine kretanja fluida. Sprovodni aparat se pomou regulatora i
odgovarajue spojnice podešava prema zahtjevima vožnje vozila. U odreenim
konstantnim uslovima vožnje sprovodni aparat je fiksiran (miruje).
Radi boljeg uvida u izgled i konstrukciju hidrodinamikog transformatora, na
slici 13.44 dat je djelomini presjek istog sa oznaenim najvažnijim detaljima.
Sprovodni aparat je nepokretan i vezan je za kuište transformatora. Postoje i
rješenja gdje se sprovodni aparat veže za pumpu i u tom sluaju hidrodinamiki
transformator prelazi u hidrodinamiku spojnicu.
Sl. 13.44 Hidrodinamiki kontinualni prenosnik
S obzirom na to da je hidrodinamiki pretvara zatvoren sistem za njega važi
ravnotežna jednaina momenata
M P M t M SA
0 ,
(13.30)
.
(13.31)
odnosno,
M t
M P M SA
13.2 Mjenjai
281
Za sluaj da je MSA = 0 (hidrodinamika spojnica), važi jednaina
M t
MP
.
(13.32)
Jedan od najvažnijih parametara hidrodinamikog transformatora je koeficijenat
transformacije obrtnog momenta i definira se kao
k
Mt
MP
.
(13.33)
Najveu vrijednost ima kada se turbinsko kolo još ne okree (nT = 0). Pored
ove veliine važno mjesto zauzima stepen korisnosti hidrodinamikog
transformatora ( KHDTOM ), koji se definira kao
KHDTOM
Pt
PP
Mtnt
M Pn P
k 1 Gs ,
ki h
(13.34)
gdje je
ih = nt/nP – prenosni odnos hidrotransformator – motora, a Gs – klizanje.
Veliina klizanja hidrotransformatora (Gs) definira se kao
Gs
nP nt
nP
.
(13.35)
Koeficijent (stepen) prozirnosti S definira se kao
S
M P ( ZT 0 )
MP( MP MT )
M P max
M P min
,
(13.36)
gdje se veliine maksimalnog i minimalnog momenta na pumpi (MPmax i MPmin) vide
na slici 13.45.
Na slici 13.45 date su promjene momenta pumpe i turbine u funkciji broja obrtaja
turbine.
Transformacija obrtnog momenta u hidrotransformatoru ocjenjuje se na osnovu
njegove vanjske karakteristike koja pokazuje promjenu momenta na voenom
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
282
vratilu (Mt) i vodeem vratilu (Mp)
hidrotransformatora u zavisnosti od
broja obrtaja voenog vratila što je
prikazano na slici 13.46, za konstantan
Mt
broj obrtaja kola pumpe.
Pored momenata, na slici 13.46 prikazani
su i drugi karakteristini parametri
hidrodinamikog transformatora, kao
M p max
M p min
što su stepen transformacije obrtnog
momenta (k) i stepen korisnosti
nt
hidrodinamikog transformatora (KHDTOM).
Sl. 13.45 Karakteristika promjene momenata
Na istoj slici prikazan je i stepen
na vratilu pumpe (Mp) i turbine (MT) korisnosti hidrodinamike spojnice (K )
s
(sluaj kada se sprovodni aparat
hidrodinamikog
transformatora
režim rada
M h režim rada
slobodno okree).
spojnice
k
pretvarača
U taci A (slika 13.46) koeficijent
hs
hHDTOM
transformacije momenta je k = 1. Lijevo
MT
od take A važi jednakost (13.31).
hHDTOM
Turbina prima moment od struje
tenosti kada pumpa i sprovodni aparat
k
A MP
koe struju tenosti. Tu je k>1 i MSA>0.
Desno od take A hidrodinamiki
pretvara prelazi na režim hidrodinamike
n t h n tA
o
nt
spojnice. Sprovodni aparat se pretvara u
konicu i daje negativnu vrijednost
Sl. 13.46 Vanjska karakteristika
reaktivnog momenta, tj. Mt MP MSA .
hidrotransformatora (np = const.)
Veliina koeficijenta korisnog dejstva
KHDTOM mjenja se po zakonu kvadratne
parabole sa maksimumom u taki ntK.
U periodu kada je k > 1, tj. od poetka obrtanja turbine do broja obrtaja ntA, stepen
korisnosti hidrodinamikog transformatora (KHDTOM) je vei od stepena korisnog
dejstva hidraulike spojnice (Ks). Iza take A, KHDTOM brzo opada kao posljedica
gubitaka u sprovodnom aparatu, i postaje manji od Ks. Zbog toga se rad
hidropretvaraa koristi do take A, nakon ega hidrodinamiki transformator
prelazi na hidrodinamiku spojnicu.
MP
k=1
MSA
Mt , Mp
b) Hidrostatiki prenosnici
Hidrostatiki prenosnici rade na principu promjene pritisaka, odnosno potencijalne
energije. U opštem sluaju sistem se sastoji od nekoliko agregata (hidropumpe i
hidromotora), cjevovoda za tenost pod visokim i niskim pritiskom, rezervoara,
mehanizma za regulaciju režima rada i nekih dopunskih pribora.
13.2 Mjenjai
283
Ovi prenosnici imaju odreene prednosti:
a) mogunost bestepene promjene prenosnog odnosa u širokom dijapazonu
eksploatacionih režima i ravnomjernosti predaje obrtnog momenta
pogonskim tokovima,
b) upotrebom ovih prenosnika mogu se izbjei dopunski prenosnici sa
zupanicima, s obzirom na visok stepen redukcije obrtnog momenta i
mogunosti prenosa snage preko sistema hidroprovodnika. U ovom sluaju
se govori o hidrostatikoj transmisiji i
c) identinost konstrukcije hidropumpe i hidromotora.
Principijelna shema hidrostatikog prenosnika može se prikazati kao na slici 13.47,
gdje se vide najvažniji agregati i elementi sistema. Na slici nisu prikazani svi
pomoni ureaji neophodni za rad
T
hidrostatikog prenosnika (rezervoar
HM
ulja, regulacioni i nepovratni ventili,
napojna pumpa, preistai ulja, vodovi
niskog i visokog pritiska, povratni
M
HP
KB
vodovi itd.).
Sistemi hidrostatikih prenosnika mogu
se podijeliti prema vrsti regulacije:
HM
- hidrostatiki pretvara sa regulacijom
T
hidropumpe,
- hidrostatiki pretvara sa regulacijom
M - motor sui, HP - hidropumpa, KB -komandni
hidromotora i
blok, HM - hidromotor, T - toak vozila
- hidrostatiki pretvara sa
kombiniranom regulacijom
Sl. 13.47 Principijelna shema hidrostatikog
prenosnika
hidropumpe i hidromotora.
Hidropumpe koje se koriste kod hidrostatikih pretvaraa su naješe:
- klipne,
- zupaste,
- zavojne ili
- krilne.
Hidromotori koji se koriste kod hidrostatikih pretvaraa su uobiajeno klipni, i to
- radijalni ili
- aksijalni.
Primjer seta savremene hidrostatike transmisije, u kombinaciji sa mehanikim
mjenjaem u toku, prikazan je na slici 13.48.
Ovaj sistem transformacije obrtnog momenta i broja obrtaja, iako ima odline
karakteristike, vrlo rijetko se koristi kod manjih putnih vozila (izuzetak ini Honda
284
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
sa hidrostatikim CVT prenosnikom za mala vozila). Široka primjena ovih
prenosnika je kod poljoprivrednih, graevinskih, šumskih i slinih mašina. Takoer
se masovno koriste kod gusjeninih vozila. Postoji više varijanti postavljanja
hidrostatske transmisije na vozilo, zavisno od vrste vozila, odnosno radne mašine.
Na slici 13.49 je prikazano par varijati ugradnje hidrostatike transmisije na vozilu.
M
P HM
a)
HM
M
HM
VP
P
NP
HM
b)
HM
1 - hidropumpa, 2 - vodovi ulja, 3 - hidromotor,
4 - mehaniki mjenja, 5 - glavina toka
M - motor sui, P - hidraulika pumpa (hidropumpa),
HM - hidromotor, VP - vod visokog pritiska,
NP - vod niskog pritiska.
Sl. 13.48 Savremena hidrostatika transmisija
Sl. 13.49 Varijante ugradnje hidrostatike
transmisije na vozilu
Prva varijanta (slika 13.49 a)) prikazuje hidrostatiki prenosnik koji ima funkciju
mjenjaa. Hidrostatiki prenosnik sastoji se od hidropumpe i hidromotora.
Postavljen je uz motor kao jedna blok. Obrtni moment se prenosi preko
kardanskog vratila na glavni prenos a zatim na poluosovine.
Druga varijanta (slika 13.49 b)) sastoji se od jedne hidropumpe, a broj hidromotora
zavisi od broja pogonskih tokova. Ovdje hidrostatiki prenosnik igra ulogu
transmisije. Prikazan je sluaj pogona na sva etiri toka.
Osnovni nedostatak hidrostatikih prenosnika je nizak stepen korisnog dejstva.
13.2.2.3 Elektrini kontinuirani prenosnici
Rad elektrinih prenosnika bazira se na varijaciji obrtnog momenta generatora koji
dobiva pogon od motora sui. Veoma važna svojstva elektrinih prenosnika su:
unutrašnji automatizam bestepenog reguliranja vrijednosti obrtnog momenta,
veoma su pogodni za ugradnju, imaju mogunost za jednostavan prenos snage,
ravnomjernu promjenu obrtnog momenta, lagano upravljanje i mogunosti koenja
vozila korištenjem elektrine energije. Najširu primjenu od svih elektrinih
13.2 Mjenjai
285
prenosnika imaju prenosnici koji dejstvuju pri konstantnoj jaini elektrine struje
(generator – vuni elektromotor).
Nain prenosa obrtnog momenta na pogonske tokove prikazan je na slici 13.50.
Na slici 13.50 prikazan je elektrini prenosnik kod koga su vuni motori (EM)
postavljeni direktno uz pogonske tokove.
Automatizam promjene obrtnog momenta odvija se na slijedei nain: pri promjeni
spoljnih otpora kretanja mijenja se i obrtni moment na vratilu elektromotora,
uslijed ega se mijenja i jaina struje kojom generator napaja vuni motor.
Elektromotori su jednosmjerne struje (uobiajeno) i naizmjenine struje, a generatori
takoer
jednosmjerne
struje
i
naizmjenine
struje
(uobiajeno).
PT
EM
esto se u praksi uz odreene vrste
mjenjaa veže pojam „automatski“ mjenja.
M
GES
KB
Ovdje se istie da svi mjenjai kod kojih
se po automatizmu mjenja prenosni
EM
PT
odnos sa promjenom broja obrtaja
motora (n) su automatizirani, odnosno
M - motor sui, GES - generator za proizvodnju automatski mjenjai. Tu se ubrajaju svi
istosmjerne ili naizmjenine struje, KB - komandni
tzv. kontinuirani mjenjai:
blok, EM - elektromotor, PT - pogonski toak
- frikcioni,
- hidrodinamiki,
Sl. 13.50 Shema elektrinog kontinuiranog
- hidrostatiki i
prenosnika
- elektrini.
Ovo ne iskljuuje da se i drugi mjenjai tzv. stepenasti mehaniki mjenjai i
kombinirani mjenjai (hidromehaniki, elektromehaniki) mogu automatizirati.
Uobiajeno je da su kombinirani (hidromehaniki i elektromehaniki) mjenjai
automatizirani, a u posljednje vrijeme se i mehaniki mjenjai (sve vrste)
automatiziraju (esto nose naziv „robotizirani“ mjenjai).
Algoritam po kom se neki mjenja automatizira zavisi od vrste vozila, uslova vožnje i
samog mjenjaa. Uobiajeno se algoritmi upravljanja izražavaju preko testerastih
dijagrama n = f(v), gdje je v – brzina vozila. Ovdje se nee ulaziti u detaljnija
objašnjenja uslova automatizacije mjenjaa.
13.2.2.4 Kombinirani mjenjai
a) Hidromehaniki mjenjai
U savremenim vozilima, posebno autobusima u specifinim uslovima vožnje
(gradski saobraaj), sve više se ugrauju kombinirani tzv. hidromehaniki mjenjai.
Njihova prednost se najbolje vidi na slici 13.51, gdje je dat dijagram vune sile
jednog kombiniranog hidromehanikog mjenjaa (kriva - 1) sa dva stepena
286
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
mehanikog mjenjaa u odnosu na klasian trostepeni mehaniki mjenja
(kriva – 2). Ovdje se vidi da su mehaniki gubici poveani kod hidromehanikog
mjenjaa u odnosu na klasini mehaniki stepenasti mjenja, ali je transformacija
obrtnog momenta, odnosno vune sile na
FT
povoljnija
kod
toku
(FT)
1
hidromehanikog mjenjaa na malim
brzinama.
2
U nastavku su dati neki praktini primjeri
izvedbe kombiniranih mjenjaa sa
odgovarajuim shemama. Tako je na
slici 13.52 dat presjek ZF-ovog transmatic,
16-stepenog poluautomatskog mjenjaa
koji se sastoji od hidrodinamikog
pretvaraa, lamelaste spojnice, stepenastog
v
mehanikog mjenjaa sa nepokretnim
osama
vratila,
reduktorom,
Sl. 13.51 Uporedni dijagram vune sile na
multiplikatorom
i
planetarnim
toku (FT) za dva mjenjaa
prenosnikom na izlaznom vratilu.
R – izbor podruja prenosa, D – direktna veza
Sl. 13.52 ZF - transfmatic 16-stepeni poluautomatski mjenja
Na slici 13.53 data je adekvatna shema mjenjaa sa slike 13.52, gdje se najbolje vidi
princip rada i kompozicija mjenjaa.
13.2 Mjenjai
287
S3
S2
S1
S1, S2, S3 –sinhrone spojke
Sl. 13.53 Shema ZF - transmatic 16-stepenog poluautomatskog mjenjaa
Drugi primjer je jedan potpuno automatizirani (automatski) mjenja sa 6-stepeni
prenosa, tip ZF6 HP600, prikazan na slici 13.54.
Sl. 13.54 ZF6 HP600 6-stepeni automatski (automatizirani) mjenja
Adekvatna shema ovog mjenjaa, sa svim varijantama stepeni prenosa, prikazana je
na slici 13.55.
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
288
DS
Neutralni
položaj
B C D
T
I. stepen
prenosa
IV. stepen
prenosa
P
R
E F
A
V. stepen
prenosa
II. stepen
prenosa
VI. stepen
prenosa
III. stepen
prenosa
HN hod
nazad
DS – direktna spojnica za premošavanje pretvaraa; A, B, C – mokre frikcione spojnice,
D, E, F – mokre frikcione konice
Sl. 13.55 Shema ZF6 HP600 6 - stepenog automatskog mjenjaa sa pojedinim stepenima prenosa
Ne ulazei u detaljnija objašnjenja prethodno prikazanih prenosnika na
slikama 13.52 i 13.54, može se konstatirati, da se oni sastoje od: hidrodinamikog
pretvaraa, mehanikog stepenastog mjenjaa sa nepominim osama i planetarnog
prenosnika, ili samo od veeg broja setova planetarnih prenosnika, kao na
slici 13.54. Pored osnovnih cjelina, tu su i setovi konica i spojnica, koje su
uobiajeno mokre frikcione i služe za koenje pojedinih setova, odnosno
prespajanje setova zbog postizanja odgovarajueg stepena prenosa.
Kod kombiniranih hidrodinamikih mjenjaa, koji su uglavnom automatizirani,
veoma je važan izbor programa promjene stepena prenosa mjenjaa. Program se
bira prema vrsti vozila i uslovima u kojima vozilo naješe radi. Na slikama 13.56;
13.57; 13.58 dati su primjeri programa za izbor promjene stepena prenosa mjenjaa
za tri razliita režima vožnje, mjenja Voith DIVA D863, kako za promjenu iz
manjeg u vei stepen, tako i obrnuto.
13.2 Mjenjai
289
1.
100
2.
3.
2.
3.
80
60
60
40
40
20
0
10
20
30
40 50
60 70
80 90 100
n [%]
n [%]
80
0
1.
100
20
0
0
10
20
30
40 50
60
vv [%]
70
80
90 100
v [%]
Potrošnja goriva 40 l/100 km
Ubrzanje vozila 15 s na 40 km/h
Potrošnja goriva 38 l/100 km
Ubrzanje vozila 15,6 s na 40 km/h
Sl. 13.56 Program normalne vožnje kod
automatskog mjenjaa Voith
DIVA D863
Sl. 13.57 Program štedljive vožnje kod
automatskog mjenjaa Voith
DIVA D863
1.
100
2.
3.
80
60
n [%]
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
v v [%]
Potrošnja goriva 36 l/100 km
Ubrzanje vozila 16 s na 40 km/h
Sl. 13.58 Program vrlo štedljive vožnje kod automatskog mjenjaa Voit DIVA D863
U nastavku su dati primjeri nekoliko automatskih hidromehanikih mjenjaa, bez
objašnjenja (slike 13.59; 13.60 i 13.61).
290
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Sl. 13.59 Presjek automatskog 5-stepenog mjenjaa MB 5WA580
Sl. 13.60 Presjek automatskog 6-stepenog mjenjaa Renk HSRM 226.22
13.2 Mjenjai
291
Sl. 13.61 Savremeni automatski mjenja Allison B500R
b) Elektromehaniki mjenjai
Koriste se radi poboljšanja osobina elektrinih mjenjaa. Paralelni spoj elektrinog i
mehanikog mjenjaa poveava stepen korisnosti u odnosu na klasini elektrini
mjenja, te poveava broj obrtaja. Elektrini mjenja se koristi pri pokretanju i
ubrzanju vozila sa mjesta, kao i za savladavanje velikih vanjskih otpora u toku
kretanja vozila. U drugim uslovima kretanja elektrini mjenja se iskljuuje i za
kretanje se koristi samo mehaniki mjenja.
Isti razlozi su i za korištenje kombiniranog hidrostatikog-mehanikog mjenjaa
kao i kod elektromehanikog mjenjaa.
13.3 Zglobni (kardanski) prenosnici
Zglobni prenosnici služe za prenos obrtnog momenta izmeu agregata ije su ose
nekoaksijalne bilo zbog konstruktivnih razloga ili zbog uslova rada agregata.
Osim za prenos obrtnog momenta ka vodeem mostu, kardanski prenosnici se
takoer primjenjuju pri prenosu obrtnog momenta na pogonske tokove, za pogon
pomonih agregata vozila (ureaj za samoistovar, ekrk) itd.
Kardanski prenosnici moraju ispuniti slijedee zahtjeve:
a) da nemaju poprenih oscilacija i bacanja vratila u svim moguim
dijapazonima brojeva obrtaja,
b) da omoguavaju ravnomjernost obrtanja vratila i
c) da imaju visok stepen korisnog dejstva i pri velikim vrijednostima ugla
meu vratilima koja povezuju.
292
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Ako kardanski prenosnici vežu agregate vozila smještene na ramu vozila, ugao vratila
obino ne prelazi 2y3° i zavisi od stepena tanosti postavljanja agregata i deformacije
rama. Ako kardanska vratila vežu mjenja sa pogonskim mostom taj ugao kod vozila
može biti 15y20°, a kod specijalnih vozila do 30° i više stepeni. Naroito velik ugao
meu vratilima koja vežu kardanski prenosnici je kod poluosovina prilikom pogona
na prednji most, i on može dostii vrijednost 30y40° pri maksimalnom uglu okretanja
tokova prilikom ulaska vozila u oštru krivinu.
Na slici 13.62 shematski je prikazan položaj kardanskog vratila (2) prilikom prenosa
obrtnog momenta od mjenjaa (1) na pogonski most (3). Pošto je pogonski most
elastino vezan za ram (5) preko gibnja (4), u toku kretanja vozila dolazi do
pomjeranja pogonskog mosta po kružnom luku pa kardansko vratilo mora imati
mogunost kompenzacije promjenjive dužine.
a
5
4
1
2
3
1 - mjenj, 2 - kardasnki prenosnik, 3 - vodei most, 4 - gibanj, 5 - ram (šasija)
Sl. 13.62 Shema kardanskog prenosnika
Kardanska vratila se prave od tankostjenih elinih cijevi kao što se vidi na
slici 13.63. Da bi se omoguilo prilagoavanje kardanskog vratila promjenjivoj
dužini koja se javlja u toku eksploatacije, vratilo se izvodi iz dva dijela, koja su
meusobno aksijalno pomjerljiva duž žljebova.
b
Sl. 13.63 Kardansko vratilo sa kardanskim zglobovima
Aksonometrijski izgled kardanskog vratila dat je na slici 13.64.
Kardansko vratilo, kao cjelina mora biti izbalansirano, kako statiki tako i dinamiki,
da bi se izbjegle vibracije vratila u pogonu i ostvario miran i bešuman rad vratila.
13.3 Zglobni (kardanski) prenosnici
293
Stepen korisnog dejstva kardanskih prenosnika
kree se od 0,95 do 0,99.
Zglobni prenosnici mogu se podijeliti po više
kriterija, od koji navodimo najvažnije:
a) Podjela po krutosti zglobova:
- zglobni prenosnici sa krutim zglobovima i
- zglobni prenosnici sa elastinim zglobovima.
Sl. 13.64 Kardansko vratilo sa
kardanskim zglobovima
b) Podjela po kompoziciji uzdužnih rastojanja:
- zglobni prenosnici sa teleskopima i
- zglobni prenosnici bez teleskopa.
c) Podjela po broju zglobova:
- sa jednim zglobom,
- sa dva zgloba,
- sa dva zgloba i jednim vratilom i
- sa više zglobova i vratila.
d) Podjela po nainu prenošenja ugaone brzine:
- zglobove nejednake ugaone brzine (asinhrone); zglobovi nejednake ugaone
brzine prilikom promjene ugla meu vratilima karakteriziraju se periodinom
neravnomjernošu ugaonih brzina vodeeg i voenog vratila; zglobovi nejednake
ugaone brzine mogu se izvoditi i kao elastini i kao zglobni.
- zglobove jednake ugaone brzine (sinhrone) koji se karakteriziraju jednakim
ugaonim brzinama vodeeg i voenog vratila pri bilo kakvoj promjeni ugla.
Kardanska vratila sa sinhronim zglobovima primjenjuju se kod pogona tokova
na prednjem mostu (prednji pogon). Zglobovi jednakih ugaonih brzina izvode se
kao zglobni.
U nastavku e se dati kratki osvrt na asinhrone i sinhrone zglobne prenosnike, kao i
na zglobne prenosnike sa elastinim zglobovima.
13.3.1 Zglobovi nejednakih ugaonih brzina (asinhroni zglobovi)
Naješe upotrebljavan zglob nejednake ugaone brzine je krstasti zglob koji je
prikazan na slici 13.65 sa svim glavnim elementima.
Uslijed nejednakih ugaonih brzina vodeeg i voenog vratila dolazi do dodatnih
naprezanja koja se prenose na glavni prenos u vodeem mostu i doprinose
njegovom bržem habanju.
294
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Shema krstastog zgloba data je na
slici 13.66 a) i b), gdje je objašnjeno
kretanje krsta kardana, tzv. otvorenog
kardana razliite ugaone brzine.
Na slici 13.66 a) prikazan je položaj
zgloba koji prenosi obrtni moment pod
uglom D. Taka P na vertikalnoj viljušci
opisuje krug poluprenika r u vertikalnoj
ravni i vezana je za vratilo 1.
Odgovarajua taka na horizontalnoj
viljušci vezana za voeno vratilo (2)
takoer opisuje krug poluprenika
r1 r cosD ali u ravni nagnutoj
Sl. 13.65 Asinhroni krstasti zglob
pod uglom D u odnosu na vertikalnu ravan.
I P
II
1
r
a)
r1
w1
II
I
2
I
II
a
w2
P1
1
r1
b)
r
w1
II
I
a
2
w2
Sl. 13.66 Shema krstastog zgloba u dva karakteristina položaja
Taka P vrši kružno kretanje u ravni I-I. Odgovarajua taka na vratilu (2) vrši
kružno kretanje u ravni II-II. Presjek ravni I-I i II-II je osa oko koje se njiše krst
kardana u granicama ugla D.
Broj obrtaja vratila (1) i (2) su isti ali su ugaone brzine Z1 i Z2 razliite tokom
jednog obrtaja vratila (2). Iz uslova da se brzina kretanja take P izrazi preko
ugaonih brzina Z1 i Z2 (slika 13.66 a)) važi
vp
Z1r
Z2 r cos D ,
(13.37)
13.3 Zglobni (kardanski) prenosnici
295
odnosno
Z1
Z2 cos D .
(13.38)
Ako se pak brzina take P1 izrazi preko ugaonih brzina Z1 i Z2 (sa slike 13.66 b),
važi
v p1
Z1 r cos D
Z2 r ,
(13.39)
.
(13.40)
odnosno,
1
Z2
cos D
Z1
Iz jednaine (13.38) i (13.40) slijedi da se ugaona brzina Z2 kree u granicama:
Z1 cos D d Z2 d
Z1
cos D
(13.41)
za konstantnu vrijednost ugaone brzine Z1.
Ovo znai da i za sluaj Z1 = const., ugaona brzina Z2 varira u rasponu prema
jednaini (13.41), odnosno da je u procesu rada kardanskog vratila prisutno ugaono
ubrzanje ( dZ2 / dt ) i u sluaju Z1 = const.
Ubrzanje izaziva dinamiko optereenje u vidu inercionog momenta, koji se može
izraziti kao
Mi
I
dZ2
dt
(13.42)
gdje je I – moment inercije masa rotiranja vratila (2) (slika 13.66). Zbog ovoga se
naješe, za sluaj kardanskog vratila sa zglobovima nejednakih ugaonih brzina,
koristi kombinacija vratila kao na slici 13.67, gdje se ulazna i izlazna osa vratila
nalazi u istoj ravni. U tom sluaju dinamiko optereenje prima samo vratilo (1)
296
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
a1
1
2
3
a2
1 - vratilo, 2,3 - krstasti zglob
Sl. 13.67 Kombinacija kardanskih vratila koja omoguavaju istu vrijednost ulazne i izlazne
ugaone brzine
slika 13.67. Ovo optereenje se može minimizirati sa dimenzijama i masama vratila (1).
Raspored kardanskih vratila zavisi od broja vodeih mostova i pomonih agregata.
Na slici 13.68 dat je shematski raspored kardana za sluaj pogona na zadnjim
tokovima (slika 13.68 a)), pogona na sva etiri toka (slika 13.68 b)) i pogona na
šest tokova (slika 13.68 c)).
mjenjač
motor
kardan
spojnica
a)
b)
mjenjač
razvodnik
pogona
kardan
kardan
c)
Sl. 13.68 Raspored kardanskih vratila za tri razliita sluaja pogona vozila
13.3 Zglobni (kardanski) prenosnici
297
13.3.2 Zglobovi jednakih ugaonih brzina (sinhroni zglobovi)
Ako se spoje dva zgloba nejednakih ugaonih brzina, tako da izmeu njih bude ugao
koji ostvaruje pogonsko i gonjeno vratilo, onda e oni prenositi ravnomjerno
ugaone brzine sa jednog na drugo vratilo. Ovakvi sklopovi esto se zovu i
homokinetiki zglobovi. Naješe se nalaze na vratilima pogonskih i upravljakih
tokova vozila jer osiguravaju kontinuiran prenos obrtnog momenta pri bilo kom
uglu zakretanja. Na slici 13.69 prikazano je nekoliko razliitih konstrukcija
homokinetikih zglobova.
Sl. 13.69 Razliiti homokinetiki zglobovi
Na slici 13.69 a) prikazan je homokinetiki zglob složen od spajanja dva obina
kardanska zgloba. Zglobove nosi ploa homokinetskog zgloba i ti su zglobovi u
odnosu na noseu plou postavljeni simetrino. Neravnomjernost koju unosi prvi
kardanski zglob otklanja drugi kardanski zglob. Uvjet je da uglovi zakretanja jednog
i drugog zgloba budu meusobno uvijek jednaki. To se postiže zglobno vezanim
osovinicama. Konstrukcija tih kardanskih zglobova identina je konstrukciji
kardanskih zglobova obraenih u okviru kardanskih vratila.
Kardanski zglobovi na slikama 13.69 b) i c) su sa posebno oblikovanim umecima i
kliznim elementima. Koriste se na vozilima vee prohodnosti. Uslov za njihov
pravilan rad je dobro podmazivanje. Zbog toga su klizni elementi zaštieni
(naješe gumenim manžetnama) kako u mast za podmazivanje nebi prodirala
prašina i prljavština iz okoline. Ovi zglobovi imaju nešto manji stepen korisnosti
zbog prisustva trenja, u odnosu na krstasti zglob slika 13.69 a). Na slikama 13.69 d)
i e) date su fotografije dva homokinetika zgloba tipa Rzeppa i Tripod.
298
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
13.3.3 Elastini zglobni prenosnici
Elastini zglobovi konstruktivno su rješeni naješe sa kombiniranim gumeno
elinim ahurama (slika 13.70 a). Zglobovi sa gumeno-elinim ahurama, iji broj
zavisi od veliine obrtnog momenta koji se prenosi, omoguavaju rad pod uglom
meu vratilima do 12°. U posljednje vrijeme se sve rjee upotrebljavaju u
automobilskoj industriji. Takoer se susreu i elastini zglobovi sa gumenim ili
kožnim elementom u sredini (slika 13.70 b)) spojenim sa kracima na krajevima
vratila obostrano. Zglob se ne podmazuje, daje dobru torzionu elastinost i
smanjena dinamika naprezanja pri naglom ukljuivanju prenosnika.
gumeni elemenat
trokraki
elementi
veze sa
vratilima i
trokrakim
elementima
gumeni
elemenat
a)
b)
Sl. 13.70 Crteži elastinih zglobova
13.4 Pogonski (vodei) most
Pogonski most služi za prenos snage (obrtnog momenta i odgovarajue ugaone
brzine), od mjenjaa preko kardanskog vratila (zavisno od konstrukcije) na
pogonske tokove. Osim toga, pogonski most mora primiti vertikalne, uzdužne i
poprene sile koje se javljaju izmeu kolovoza i rama ili karoserije vozila. Pogonski
most može biti prednji (osim pogona ima i funkciju mosta sa kojim se upravlja) ili
zadnji, pa se u zavisnosti od toga konstruira i nain prenosa snage na pogonske
tokove.
Pogonski most mora ispuniti slijedee zahtjeve:
a) obezbijediti translatorno kretanje vozila i potrebnu maksimalnu brzinu
vozila u najveem stepenu prenosa,
b) vršiti promjenu parametara snage u nepromijenjenom (stalnom) odnosu,
c) promijeniti ravan obrtanja vratila (izuzev u sluaju vozila sa motorom
postavljenim popreno u odnosu na uzdužnu osu vozila) u odnosu na osu
obrtanja motora,
13.4 Pogonski (vodei) most
299
d) prenositi obrtni moment na lijevi i desni toak pri njihovim razliitim
ugaonim brzinama,
e) da preko svog kuišta (ukoliko ga ima) omogui prenos sila (aktivnih i
rekativnih) izmeu rama ili karoserije vozila i pogonskih tokova (preko
sistema za ovješenje),
f) da ima što manju težinu i
g) da ima što manje dimenzije, radi postizanja odgovarajueg klirensa
(rastojanja najniže take vozila od kolovoza).
U pogonskom mostu smješteni su mehanizmi transmisije koji služe za prenos
obrtnog momenta na pogonske tokove, i to:
- glavni prenos,
- diferencijal i
- poluvratila.
Za sluaj pogona vozila na više mostova, u sistemu prenosa sanage od mjenjaa do
pogonskog mosta, nalaze se i razvodnici snage za pojedine pogonske mostove. Oni
e se posebno obraditi.
Pogonski most obino predstavlja gredu koja u sebi sadrži: glavni prenos,
diferencijal i poluvratila. Kod zavisnog ovješenja tokova, vodei most je kruta
greda koja povezuje tokove (slika 13.71 a)). U tom sluaju glavni prenos i
diferencijal obino se postavljaju u kuište pogonskog mosta. Rjee se glavni
prenos i diferencijal postavljaju na ram (ili karoseriju) vozila, dok kruta greda
veže tokove (slika 13.71 b)) (poluzavisno vješanje). Pri nezavisnom vješanju
tokova sa klateim poluvratilima, kuište pogonskog mosta se pravi razdvojeno
(slika 13.71 c)). Ako je nezavisno ovješenje izvedeno sistemom poluga, vodei most
tada praktino nije samostalan agregat.
a)
b)
c)
Sl. 13.71 Razliiti naini vezivanja pogonskog mosta
U zavisnosti od koncepcije gradnje, na motornom vozilu može biti jedan ili više
pogonskih mostova a mogu biti smješteni na zadnjem, na zadnjem i na prednjem
dijelu vozila i samo, na prednjem dijelu vozila.
300
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Koeficijent korisnog dejstva glavnog prenosa odreuje se na osnovu gubitaka
uslijed trenja meu zupcima zupanika, uslijed bukanja maziva i trenja u ležajevima.
Kod jednostepenih glavnih prenosa sa konusnim zupanicima koeficijent korisnog
dejstva iznosi Ko = 0,96, a kod duple redukcije Ko = 0,92.
Obrtni moment koji glavni prenos prenosi na poluvratila se rauna kao
Mo
M e Ksp i n m Km Kk i o Ko
(13.43)
gdje su:
Mo – obrtni moment na poluvratilima glavnog prenosa,
Me – efektivni obrtni moment motora,
i n m – prenosni odnos u mjenjau u n-tom stepenu prenosa,
Km – stepen korisnog dejstva u mjenjau za n-ti stepen prenosa,
Kk – stepen korisnog dejstva kardanskog prenosnika,
io – prenosni odnos u glavnom prenosu,
Ko – stepen korisnog dejstva glavnog prenosa i
Ksp – stepen korisnog dejstva spojnice.
Prenosni odnosi u pogonskom mostu kod jednostruke redukcije (glavni prijenos) se
kreu u granicama io = 3 y 7, a kod dvostruke redukcije (glavni prijenos + redukcija
u toku) ili (dva glavna prenosa) io = 5 y12.
13.4.1 Glavni prenos
Zadatak glavnog prenosa je da prenosi snagu od izlaznog vratila mjenjaa, odnosno
zglobnog prenosnika do diferencijalnog prenosnika uz poveanje obrtnog momenta
i smanjenje ugaone brzine, te uz mogunost promjene ravni obrtanja.
Konstrukcija glavnog prenosnika treba zadovoljiti slijedee posebne uslove:
a) obezbijediti neophodan (projektovani) prenosni odnos u vodeem mostu (io)
sa najmanjim moguim gabaritom kako bi se ostvario maksimalan klirens,
b) miran rad (mala buka) i
c) obezbijediti što veu vrijednost stepena korisnog dejstva.
Postoje razliite vrste glavnih prenosnika. U odnosu na konstrukciju mogu se
podijeliti na
- zupaste i
- pužne.
Zupasti glavni prenos se sastoji naješe od para konusnih zupanika (konusni i
tanjirasti) (slika 13.72 a)) ili od para cilindrinih zupanika (slika 13.72 b)).
13.4 Pogonski (vodei) most
301
Konusno-tanjirasti zupasti glavni prijenos koristi se kod vozila gdje je ravan
obrtanja motora postavljena popreno u odnosu na ravan obrtanja pogonskih
tokova. Kod glavnog prenosa koji je izveden od para cilindrinih zupanika je ista
ravan okretanja motora i pogonskih tokova.
Konusnosno-tanjirasti zupasti parovi rade se sa spiralnim zubima (slika 13.73 a)) i
hipoidnim zubima (slika 13.73 b)). Kod spiralnih zuba ose zupanika se sjeku u
jednoj taki, a kod hipoidnih se mimoilaze (veliina minoilaženja A, slika 13.73).
glavni
prenos
A
glavni
prenos
diferencijal
a)
diferencijal
b)
Sl. 13.72 Skica glavnog prenosa sa konusnotanjirastim zupanicima (a) i sa
cilindrinim zupanicima (b)
a)
b)
Sl. 13.73 Konusno-tanjirasti glavni prenos sa
spiralnim (a) i hipoidnim zubima (b)
Rješenje sa hipoidnim zubima ima prednost zbog mogunosti spuštanja težišta
vozila, ostvarenja veeg prenosnog odnosa, prenosa veih obrtnih momenata,
smanjenja buke itd.
Pužni glavni prenos izvodi se pomou
1
1
pužnog prenosnika sa pužem (1) i
pužnim tokom (2) (slika 13.74).
2
2 Glavni prenos u odnosu na broj
redukcija može biti jednostepeni
(slika 13.72 i slika 13.74) ili dvostepeni
(dupla redukcija) (slika 13.75). Kod
3
glavnog prenosa sa duplom redukcijom
obrtni moment od kardanskog vratila
1 - puž, 2 - pužni toak, 3 - diferencijal
prenosi se preko para konusnih
zupanika (1) i (2) i para cilindrinih
Sl. 13.74 Glavni prenos sa pužnim
zupanika (3) i (4) ili planetarnog
prenosnikom
prenosa u samom toku (pozicije 5, 6, i
7). Dupla redukcija, kao na slici 13.75 a)
naziva se centralna. Osim ovakvog
naina izvoenja, dupla redukcija može biti izvedena kao razdvojena (slika 13.75 b)
i c)). Prvi dio glavnog prenosa obino se nalazi u sredini vodeeg mosta, dok se
drugi dio glavnog prenosa može nalaziti ili na poluosovini (slika 13.75 b)) ili u
samom toku (slika 13.75 c)). Ako se drugi dio redukcije izvodi u toku obino se
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
302
tada primjenjuje planetarni sistem zupanika.
3
1
2
8
1
2
3
4
b)
5
6
1
2
8
7
a)
4
8
c)
1, 2 - konusno-tanjirasti zupasti par, 3, 4 - par cilindrinih zupanika, 5 – zupasti vijenac sa
unutrašnjim ozubljenjem, 6 - centralni zupanik, 7 - sateliti, 8 - diferencijal
Sl. 13.75 Glavni prenos sa duplom redukcijom (razliite izvedbe)
Radi boljeg razumijevanja u nastavku se daje nekoliko konstruktivnih rješenja
glavnog prenosa sa svim detaljima. Na slici 13.76 dat je primjer glavnog prenosa sa
diferencijalom u kuištu pogonske osovine, jednostruka redukcija sa parom
konusno-tanjirastih zupanika.
13.4 Pogonski (vodei) most
303
Sl. 13.76 Konusno-tanjirasti glavni prenosnik sa diferencijalom u kuištu pogonske osovine
Na slici 13.77 dat je glavni prenos pomou pužnog prenosnika, jednostruka
redukcija, a na slici 13.78 glavni prenos (dvostruka redukcija), sa jednim parom
7
3
5
4
6
6
2
5
1
2
3
3
4
1
1 - puž, 2 - planetarni zupanik, 3 - kuište diferencijala, 4 - pužni toak, 5 - satelit,
6 - poluosovina, 7 - konusni kotrljajni ležaj
Sl. 13.77 Glavni prenos sa pužnim prenosnikom i diferencijalom
304
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
konusno-tanjirastih zupanika i drugim parom cilindrinih zupanika. Na slici 13.79
data je dupla redukcija glavnog prenosa, razdvojenog tipa kao na slici 13.75 b).
Sl. 13.78 Glavni prenosnik sa diferencijalom, dvostruka (dupla) redukcija
13.4 Pogonski (vodei) most
305
Sl. 13.79 Glavni prenosnik sa diferencijalom, dupla redukcija, razdvojena
13.4.2 Diferencijal
Diferencijal (diferencijalni prenosnik) u pogonskom mostu služi za prenošenje
obrtnog momenta na lijevi i desni
pogonski
toak
pri
njihovim
v2
meusobno
razliitim
ugaonim
brzinama. Do ove razlike dolazi pri
kretanju vozila u krivini, zatim pri
D
kretanju po neravnom putu i u sluaju
razliitih
poluprenika
tokova
(nejednak pritisak u pneumaticima).
Razlika u ugaonim brzinama dolazi
v1
uslijed toga što tokovi u istom
r2
vremenskom periodu moraju da imaju
r1
razliite obimne brzine (jer prelaze
razliite puteve za isto vrijeme). Primjer
razliitih brzina tokova vozila u krivini
dat je na slici 13.80, gdje je v2 > v1,
odnosno brojevi obrtaja tokova (lijevog
0
i desnog) su u odnosu n T2 ! n T1 .
Sl. 13.80 Uslovi kretanja vozila u krivini Prilikom kretanja vozila kroz krivinu
306
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
(slika 13.80), toak koji prelazi manji put pruža vei otpor okretanju, jer ga koi
podloga. U tom sluaju zupanik te poluosovine se koi, te se preko kuišta i
satelita poveava broj obrtaja poluosovine toka koji prelazi duži put. Koliko se
smanji broj obrtaja jednog toka, toliko se povea broj obrtaja drugog toka. Pri
kretanju vozila u pravcu, sateliti se ne obru oko svoje ose nego tada igraju ulogu
klinova meu bonim zupanicima poluosovina. Prilikom koenja jednog od
bonih zupanika poluosovine uslijed poveanog otpora kotrljanja, prolaska vozila
kroz krivinu itd., sateliti poinju da se okreu oko svoje osovine, te na taj nain
poveavaju broj obrtaja druge poluosovine. Ova osobina diferencijala u nekim
sluajevima otežava kretanje vozila na klizavom putu. Prilikom propadanja jednog
pogonskog toka u blato ili pijesak, taj toak ima veoma mali otpor kotrljanja
nasuprot toku koji se nalazi na vrstoj podlozi. U tom sluaju toak koji se nalazi
na vrstoj podlozi prestaje se obrtati, dok toak koji je na dijelu podloge koja pruža
mali otpor, preko diferencijala dobiva veliki broj obrtaja i vozilo ostaje nepokretno.
Princip rada diferencijala najlakše se može shvatiti pomou slike 13.81 i slike 13.82
gdje su date sheme diferencijala sa glavnim prenosom i dijagram brzina planetarnih
zupanika i satelita.
nk
7
7
vk
1
3
n1
n t z n2
nt z
6
6
41
42
5
2
1 - konusni zupanik, 2 - tanjirasti zupanik, 3 - kuište diferecijala, 41, 42 - planetarni zupanici,
5 - sateliti, 6 - poluosovine tokova, 7 - tokovi
Sl. 13.81 Shema diferencijala sa glavnim prenosom
Na slici 13.81 je glavni prenos ostvaren preko konusno-tanjirastog zupastog para
(1, 2). U kuištu diferencijala (3) nalaze se planetarni zupanici (41) i (42) na
ožlijebljenom vratilu poluosovina tokova (6) i sateliti (5) uležišteni u kuištu
diferencijala (3). Broj obrtaja koji se prenosi preko kardana na zupanik (1) je nk,
13.4 Pogonski (vodei) most
307
a broj obrtaja tanjirastog zupanika (2)
je ntz i dobije se na osnovu prenosnog
odnosa io i broja obrtaja nk. Zajedno sa
zupanikom (2) okree se i kuište (3)
istim brojem obrtaja. U kuište su
ugraene osovine satelita (5) i one se
okreu zajedno sa kuištem oko ose
obrtanja tokova. Okretanje satelita (5)
oko ose tokova izaziva okretanje i
planetarnih zupanika (41) i (42) sa
brojevima obrtaja n1 i n2. Ako su otpori
na tokovima lijeve i desne strane isti,
onda je i broj obrtaja n1 { n2.
Detaljnija analiza kretanja planetarnih
zupanika (41) i (42) kao i satelita (5)
može se objasniti preko slike 13.82.
Brzina kretanja ose satelita je vo i
definirana je brojem obrtaja tanjirastog
zupanika
glavnog
prenosa
i
dimenzijama diferencijala.
satelit
5
42
41
v1 = 0
x
x
planetar
v1‘
-a
v1
vo
v2
r
+a
v2‘
v2 = 2vo
Sl. 13.82 Dijagram brzina planetarnih
zupanika
Ovdje treba razlikovati dva sluaja vožnje
- vožnja u pravcu,
- vožnja u krivini.
Kod kretanja u pravcu rad diferencijala je nepotreban. Ovdje je obodna brzina
planetara (lijevog i desnog) ista i jednaka je brzini osovinice satelita, tj.
v1
v2
vo
(13.44)
odnosno,
v1 v 2
n1 n 2
2v o
2n o
½
¾ .
¿
(13.45)
Ako su pak otpori puta razliiti, vozilo u krivini itd., onda je n1 z n2. Ali i dalje
ostaju jednakosti
n1 n 2
v '1 v ' 2
2n o
2v o
½
¾
¿
(13.46)
308
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Ovo znai koliko se smanjuje obimna brzina planetara (41) v’1 (za iznos “a” na
slici 13.82) toliko se poveava obimna brzina drugog planetara (42) v’2. U krajnjem
ishodu jedna od brzina može biti v1 = 0, a brzina v2 = 2vo, odnosno planetar (41)
miruje, a planetar (42) se okree duplo brže od ose satelita.
Sa konstruktivnog stajališta, diferencijal se može izvesti sa:
- koninim zupanicima (slika 13.81),
- cilindrinim planetarnim zupanicima,
- pužnim planetarnim prenosnikom,
- kulisnim mehanizmom i
- raznim tipovima spojnica (lamelaste, aksijalne, jednosmjerne itd.).
Da bi se malo bolje upoznao princip rada u nastavku e biti dato nekoliko
konstruktivnih izvedbi klasinih diferencijala.
Tako je na slici 13.83 prikazan aksonometrijski pogled, sa djelominim presjekom,
diferencijala ija shema odgovara slici 13.81. Na slici je prikazana viljuška kardana (1)
koja prenosi snagu preko konusno (2) - tanjirastog (3) zupastog sklopa. Sa
tanjirastim zupanikom (3), okreu se sateliti (5), uležišteni sa osovinom (6) u
nosau ili kuištu. Prenose obrtanje na planetarne zupanike (4) i na poluosovine
tokova (7).
1 - viljuška kardana, 2 - konini zupanik glavnog prenosa, 3 - tranjirasti zupanik glavnog prenosa,
4 - konini planetarni zupanici, 5 - satelit, 6 - osovina satelita, 7 - poluosovine tokova, 8 - kuište
pogonskog nosta
Sl. 13.83 Djelomini presjek glavnog prenosnika i diferencijala sa koninim zupanicima
13.4 Pogonski (vodei) most
309
Izgled diferencijala sa pužnim prenosom dat je na slici 13.84 u izvedbi sa
samoblokiranjem diferencijala (tip TORSEN).
1 - tanjirasti zupanik od glavnog prenosa, 2 - kuište diferencijala, 3 - pužni toak, 4 - boni
zupanici, 5 - puž, 6 - poluosovina
Sl. 13.84 Izgled diferencijala sa pužnim prenosom (samoblokirajui, Torsen)
Ve ranije je pomenuto da, za sluaj da jedan toak bude na jako klizavoj podlozi,
dolazi do blokade vozila, jer se drugi toak, koji je na suhoj podlozi, ne može
okretati. Zbog toga se esto u diferencijalima susreu razliite blokade. Sa
stanovišta stepena blokade ovih diferencijala tu se ubrajaju:
- diferencijali sa 100% blokadom (mehanike blokade),
- diferencijali sa ogranienom blokadom (automatska blokada),
- diferencijali sa aktivno (elektronski) kontroliranom blokadom (programirana
kontrola blokade diferencijale).
Ve je na slici 13.84 prikazan diferencijal sa automatskom blokadom. Ovdje se nee
ulaziti u detalje oko funckioniranja blokade diferencijala. Drugi primjer
samoblokirajueg diferencijala sa dvije konine konice prikazan je na slici 13.85
kao crtež a) i kao fotografija b). Ugraeni paket zavojnih opruga daje konstantnu
poetnu silu trenja. Ona se poveava djelovanjem radijalnih sila izmeu koninih
zupanika, što obezbjeuje potrebnu ovisnost samoblokade od veliine pogonskog
momenta.
310
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
Sl. 13.85 Izgled samoblokirajueg diferencijala (a – crtež, b – fotografija)
13.4.3 Pogon na više mostova (razvodnik pogona)
Kod vozila koja su izraena sa pogonom na više mostova, da bi se omoguio
prenos obrtnog momenta na pogonske tokove dodaje se još jedan agregat –
razvodnik pogona. Uloga razvodnika pogona jeste vršenje raspodjele obrtnog
momenta na pogonske mostove. Primjer smještaja razvodnika na vozilu sa
prednjim i zadnjim pogonom dat je na slici 13.86 gdje je raspodjela obrtnih
momenata naprijed (Mp) i nazad (Mz), odnosno na prednju i na zadnju pogonsku
osovinu.
(diferencijal)
razvodnik pogona
motor
mjenjač
Mp
np
Mz
nz
Sl. 13.86 Položaj razvodnika pogona
rd
13.4 Pogonski (vodei) most
311
Sa slike 13.86 vidi se da je uloga razvodnika snage za konkretan primjer da izvrši
preraspodjelu snage, odnosno obrtnog momenta za savladavanje otpora na
tokovima zbog razliitih težina vozila koja otpadaju na prednju i zadnju stranu.
Pomenuti razvodnici pogona predstavljaju praktino jednu vrstu diferencijala sa
stalnim odnosom razvoenja snage.
Primjer kretanja vozila u krivini, koje ima pogon na sva etiri toka, i razvodnik (D3)
trebaju obezbijediti odgovarajuu raspodjelu broja obrtaja, što se vidi na slici 13.87.
v1‘
v1
D1
‘
n1
n1
r ‘1
r1
np
D3
v2
v‘2
nz
r 2‘
r2
o
n2
D2
n 2‘
Ulogu razvodnika snage obezbjeuje diferencijal D3.
Sl. 13.87 Shema vozila sa pogonom na etiri toka u krivini
Konstrukciono, razvodnik pogona može biti riješen sa blokiranom ili
diferencijalnom raspodjelom. Vozila koja imaju više pogonskih mostova
namijenjena su obino za teške uslove eksploatacije, te se esto u razvodniku
pogona dodaje jedan par zupanika koji vrši redukciju broja obrtaja kako bi se
dobile što vee vune sile na pogonskim tokovima (slino mjenjau sa
reduktorom).
Izvedbe razvodnika pogona, zavisno od namjene vozila i njegove koncepcije, su
vrlo razliite. Tako razvodnici pogona mogu biti asimetrini diferencijali iji su
primjeri pokazani na slici 13.88.
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
312
nK
nK
6
7
7
3
3
8
5
n1
n2
4 1
2
3
n1 4
M1
1
5
2
n2
M2
8
1, 2 - planetarni zupanici, 3 - satelit, 4 - izlaz prema prednjem pogonu, 5 - izlaz prema zadnjem
pogonu, 6, 7 - konusno-tanjirasti zupasti par glavnog prenosa, 8 – kuište diferencijala
Sl. 13.88 Shema dva asimetrina diferencijala (razvodnika)
Konstruktivne izvedbe dva razliita razvodnika pogona prikazane su na
slikama 13.89 i 13.90. Na slici 13.89 se vide planetarni diferencijal i mokre lamelaste
Sl. 13.89 Razvodnik pogona W124 4MATIC VG30 (vozila MB)
13.4 Pogonski (vodei) most
313
frikcione spojnice koje vrše blokadu prenosa momenta na prednju ili zadnju
osovinu, tako da vozilo postaje sa pogonom samo na jednoj osovini. Na slici 13.90
prikazan je razvodnik pogona sa lananim prenosom. I kod ovog razvodnika
(slika 13.90) nalazi se visko spojnica pomou koje se blokira razvod prema jednom
pogonskom mostu. Tako vozilo sa ovakvim razvodom ima mogunost pogona
samo sa jednim pogonskim mostom.
1 - planetarni zupasti diferencijal, 2 - lanac, 3 - visko spojnica (mokre frikcione spojnice),
4 - izlaz na prednji pogon, 5 - izlaz na zadnji pogon
Sl. 13. 90 Razvodnik pogona (BMW 325iX)
13.4.4
Poluvratila (poluosovine)
Pogon vodeih tokova od glavnog prenosa zavisi od toga da li su ti tokovi
upravljaki ili su samo pogonski. Ako se pogonskim tokovima i upravlja onda se
pogon od glavnog prenosa dovodi do pogonskih tokova pomou zglobnih
prenosnika jednakih ugaonih brzina. Ako se pogonskim tokovima ne upravlja
onda pogon toka zavisi od tipa vodeeg (pogonskog) mosta. Znai, prenos
obrtnog momenta od glavnog prenosa sa diferencijalom do pogonskih tokova vrši
se preko pogonskih poluvratila.
Prenos obrtnog momenta na pogonske tokove od glavnog prenosa mora ispuniti
slijedee zahtjeve:
a) ostvariti pouzdan prenos od glavnog prenosa pri bilo kom moguem
položaju pogonskog toka, koji je diktiran sistemom ovješenja i
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
314
b) ostvariti prenos obrtnog momenta bez oscilovanja vrijednosti ugaone
brzine, bilo da se radi o zadnjim ili prednjim pogonskim tokovima.
Pogonska poluvratila (est naziv u literaturi – poluosovine) pogonskog mosta sa
zavisnim oslanjanjem (ovješenjem) (slika 13.91) dijele se na tri vrste:
polurastereena, tri etvrtine rastereena i potpuno rastereena. Pod pojmom
rastereenosti u nazivu pojedinih vrsta pogonskih poluvratila podrazumijeva se
rastereenost od naprezanja poluvratila na savijanje.
Polurastereena i trietvrtine rastereena poluvratila primjenjuju se na motornim
vozilima nižih nosivosti i sopstvene težine. Potpuno rastereena poluvratila
primjenjuju se na motornim vozilima veih nosivosti i vee sopstvene težine.
Trietvrtine rastereena poluvratila se danas rjee koriste.
rd
rd
zT
xT
zT
yT
zT
a)
xT
zT
yT
b)
rd
zT
xT
zT
yT
c)
a) polurastee poluvratilo, b) trietvrtine rastereeno poluvratilo, c) rastereeno poluvratilo,
Xt, Yt, Zt - sile koje se javljaju na spoju pneumatik - tlo
Sl. 13. 91 Pogonska vratila pogonskog mosta sa zavisnim oslanjanjem
Na slici 13.91 a) prikazano je polurastereeno poluvratilo koje se svojim spoljnjim
krajem (do toka) oslanja na kotrljajui ležaj koji se nalazi u kuištu pogonskog
mosta. Ovo poluvratilo napregnuto je na uvijanje (pri prenosu obrtnog momenta) i
savijanje izazvano momentima od sve tri komponente sila koje se javljaju na spoju
pneumatik – tlo. Trietvrtine rastereeno poluvratilo prikazano je na slici 13.91 b).
Ono je svojim spoljnjim krajem oslonjeno na ležaj koji je postavljen izmeu
glavine toka i kuišta pogonskog mosta. Ovo poluvratilo je napregnuto na
uvijanje i djelomino na savijanje. Savijanje zavisi od odnosa krutosti poluvratila i
13.4 Pogonski (vodei) most
315
ležaja. Potpuno rastereeno poluvratilo prikazano je na slici 13.91 c) i kod njega
postoji samo optereenje na uvijanje. Ovo važi samo pod uslovom da je kuište
pogonskog mosta „apsolutno“ kruto u odnosu na savijanje.
Sve vrste poluvratila unutrašnjim krajem ulaze u kuište diferencijala i ožlijebljenom
vezom se spajaju sa bonim konusnim zupanicima diferencijala (planetarni
zupanici).
Kod pogonskog mosta sa zavisnim ovješenjem, poluvratila i glavni prenos sa
diferencijalom smješteni su u kuište koje je obino izraeno od sivog liva. Na
slikama 13.92 i 13.93 pokazana su dva primjera konstrukcije krugog kuišta
pogonskog mosta sa tzv. zavisnim ovješenjem poluvratila.
Sl. 13. 92 Kuište pogonskog mosta (jednodjelno) kao kruga greda
Sl. 13. 93 Kuište pogonskog mosta (sastavljeno iz dijelo) kao kruga greda
Izgled jednog krutog pogonskog mosta sa zavisnim ovješanjem sa svim dijelovima
(glavni prenos, diferencijal, poluvratilo i veza sa tokovima) dat je na slici 13.94.
316
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
1 - konusni zupanik glavnog prenosa, 2 - konini kotrljajni ležajevi, , 3 - valjkasti kotrljajni
ležajevi, 4 - kuište
Sl. 13. 94 Izgled jednog krutog pogonskog mosta
Na slici 13.94 su po dva toka na jednom poluvratilu, na zajednikom nosau.
Pogonski most sa zavisnim ovješenjem vratila, pod uslovom da je on istovremeno i
upravljaki most, ima nešto drugaiju konstrukciju. Prikazan je na slici 13.95.
Sl. 13. 95 Pogon na prednji upravljaki most (zavisno ovješenje) pomou poluvratila sa
zglobovima jednakih ugaonih brzina
13.4 Pogonski (vodei) most
317
Ovdje je kruti pogonski most (sistem zavisnog ovješenja). Glavni prenos ima dva
para zupanika (konusno-tanjirasti i cilindrini). Diferencijal se nalazi vezan na
cilindrini zupanik. Planetarni zupanici diferencijala su žljebovima vezani za
poluvratilo. Na drugim krajevima poluvratila, preko sinhronih zglobova vezana je
glavina upravljakih tokova.
Kod nezavisnog ovješenja primjenjuje se pogonski most sa klateim poluvratilima
kako na zadnjem tako i na prednjem pogonskom mostu. Na slici 13.96 prikazan je
zadnji pogonski most sa klateim poluvratilima kod nezavisnog ovješenja.
Sl. 13. 96 Zadnji pogonski most sa klateim poluvratilima kod nezavisnog ovješenja
Poluvratila su zglobno vezana na izlazu iz kuišta glavnog prenosa tako da se
prilikom kretanja vozila kreu po luku iji je zamišljeni centar u presjeku osa
poluvratila. Na slici 13.97 prikazan je pogonski most koji je istovremeno i
Sl. 13. 97 Prednji pogonski i upravljaki most sa klateim poluvratilom kod nezavisnog ovješenja
318
13. Sistemi prenosa snage i transformacije obrtnog momenta (transmisija)
upravljaki (prednji pogonski most) sa klateim poluvratilima na kojima su
primjenjene zglobne veze sa zglobnim prenosnicima jednakih ugaonih brzina
(sinhroni zglobovi).
319
14. TOKOVI MOTORNIH VOZILA
Tokovi prenose težinu vozila, omoguavaju kretanje vozila i upravljanje u
željenom pravcu. Oni predstavljaju
elastine elemente koji vežu podlogu
i karoseriju. Po svom položaju i funkciji
predstavljaju i dijelove sistema transmisije,
sistema upravljanja, sistema koenja i
sistema elastinog oslanjanja. Izgled
jednog toka prikazan je na slici 14.1.
Sastoji se od kotura i pneumatika
(gume).
Kotur toka sastoji se od naplatka i
veznih elemenata naplatka i glavine
toka. Izgled kotura najbolje se vidi na
slici 14.2, gdje je prikazana veza kotura
Sl. 14.1 Toak motornog vozila
sa glavinom toka. Na slici 14.3 dat je
izgled sklopa kotura sa glavinom toka
za sluaj upravljakog toka.
3
2
10
7
6
1
9
11
8
4
5
1 - glavina,
2 - obru koka,
3 - naplatak,
4 - rukavac,
5 - kuište mosta,
6 - krunasta matica,
7 - klin,
8 - doboš konice,
9 - centrirna površina,
10 – navrtka s koninom površinom,
11 - kromirani poklopac
Sl. 14.2 Sklop kotura sa glavinom za sluaj pogonskog toka
14. Tokovi motornih vozila
320
Sl. 14.3 Skop kotura sa glavinom za sluaj upravljakog toka
Na slici 14.4. dat je izgled jednog kotura za putniko vozila.
Sl. 14.4 Aluminijski kotur putnikog vozila
Koturovi se rade od metala (elik,
Al-legure) presovanjem ili livenjem.
Naplatak, koji predstavlja obodni prsten
kotura, predstavlja elemenat na koji se
montira pneumatik. Po obliku naplatak
je obino oluasti ili ravni. Razlikuju se
naplatci prema vrsti vozila. Tako je kod
putnikih vozila naplatak jednodjelni, a
kod teretnih vozila višedjelni. Na
slikama 14.5 i 14.6 prikazani su koturovi
za putniko i teretno vozilo. Na
slici 14.5 je dat kotur sa oluastim
naplatkom za putnika vozila, dok je na
slici 14.6 dat kotur sa ravnim trodjelnim
naplatkom za teretna vozila. Višedjelni
naplatci omoguavaju lakšu montažu i
demontažu pneumatika. Oblici naplatka
i dimenzije koturova su standardizirani.
321
Sl. 14.5 Kotur toka sa oluastim naplatkom
putnikog vozila
Sl. 14.6 Kotur toka za trodjelnim ravnim
naplatkom za teretna vozila
B
D
C
C
B
U zavisnosti od maksimalne brzine kojom se kreu vozila mogu se upotrijebiti pune
gume (do 25 km/h), a za sva ostala vozila standard predvia iskljuivo pneumatike
- gume napunjene zrakom.
Kao i koturovi i pneumatici su standardizirani, a dimenzije (slika 14.7) se obino
daju u colovima, nekad u milimetrima, a nekad kombinirani u colovima za jednu
dimenziju i u milimetrima za drugu dimenziju.
A
Sl. 14.7 Dimenzije pneumatika
Primjeri dimenzija pneumatika su
1. Pneumatik obilježen samo u colovima
5.20 x 12’’ – sa 5.20 oznaena je dimenzija balona gume u colovima (A), a sa
dimenzijom 12’’ dat je prenik naplatka (B).
2. Pneumatik obilježen dimenzijama
5.00 x 355 – sa 5.00 oznaena je dimenzijama balona gume u colovima (A), a sa
dimenzijom 355 dat je prenik naplatka u milimetrima (B).
3. Pneumatik obilježen dimenzijama
14. Tokovi motornih vozila
322
165 x 380, date sve dimenzije u milimetrima gdje je 165 – prenik balona (A), a
380 prenik naplatka (B).
4. Preumatik obilježen dimenzijama
R 15 x 185/60 je radijalna guma (R) prenik naplatka B = 15”, prenik (širina)
D
balona A = 185 mm i 60 predstavlja procentualni odnos 100 .
A
Približno vanjski prenik pneumatika neoptereenog toka odreuje se na osnovu
obrasca:
C B 2D
(14.1)
Pored osnovnih oznaka, naprijed objašnjenih, na pneumaticima se nalazi i niz
drugih dodatnih oznaka, kao npr.
- vrijeme primjene (ljetno, zima),
- maksimalna brzina,
- maksimalna nosivost itd.,
što se u sklopu ovog teksta nee posebno objašnjavati. Ove oznake daje svaki
proizvoa pneumatika.
Danas je vrlo intenzivan razvoj pneumatika kod vozila, kako nagaznog sloja,
elastinih bonih strana pneumatika, tako i strukture materijala od koga se rade
pneumatici. Kod putnikih vozila se uglavnom susreu pneumatici bez unutrašnje
gume, ija je struktura vidljiva na slici 14.8 a), a kod teretnih vozila uglavnom
postoji unutrašnja guma, iji se oblik vidi na slici 14.8 b).
a)
4
5
6
5
3
6
2
2
3
4
b)
7
1
7 1
8
a)
toak putnikog automobila bez
unutrašnje gume:
1 - naplatak, 2 - žiani obru, jezgro,
3 - platneni uložak, karkasa, 4 - meusloj,
5 - gazei sloj, protektor; 6 - gumeni
zaptivni sloj, 7 - ventil, 8 - obru toka
b)
toak teretnog vozila sa unutrašnjom
gumom:
1 - trodjelni naplatak, 2 - žiani obru, jezgro,
3 - platneni uložak, karkasa, 4 - meusloj,
5 - gazei sloj, protektor, 6 - unutrašnja guma;
7 - ventil
Sl. 14.8 Toak vozila (detalj pneumatik-naplatak)
Pneumatici, prema arhitekturi gradnje, dijele se na dvije osnovne grupe dijagonalni i
323
radijalni pneumatici. Osnova za tu klasifikaciju je položaj niti platna unutar
pneumatika slika 14.9. Kod dijagonalnih pneumatika niti platna postavljene su
dijagonalno, tj. ovijaju se oko torusa pod uglom a40° i predstavljaju normalne
diagonalne gume. Sluaj gdje je ugao D | 30° su dijagonalno utegnute ili S gume.
Slijedee niti postavljaju se okomito na prvi sloj (kord), tree okomito na drugi sloj
itd. Izmeu pojedinih slojeva (kordova) postoji sloj gume tako da se kordovi
meusobno ne dodiruju. Svi kordovi zajedno ine kostur (karkas) pneumatika. Kod
dijagonalnih pneumatika karkas je dosta krut što pneumatiku daje manju elastinost
a veu mogunost da se zbog bonih sila gubi kontakt na jednom dijelu gazeeg
sloja (protektora) pneumatika. Kod radijalnih pneumatika niti korda su postavljene
u pravcu radijusa. Optereenje nosi manji broj niti što ovoj gumi daje dobru
elstinost. Razlika u arhitekturi radijalne i dijagonalne gume najbolje se vidi na
slici 14.10.
a) Dijagonalni pneumatik
1. gazei sloj – protektor,
2. bok gume,
3. karkasa,
4. žini obru-jezgra
b) Radijalni pneumatik
1. gazei sloj,
2. karkasa,
3. pojasevi,
4. žini obru-jezgro
Sl. 14.9 Dijagonalni i radijalni pneumatici
a) dijagonalni pneumatik
b) radijalni pneumatik
Sl. 14.10 Arhitektura dijagonalnog i radijalnog pneumatika
14. Tokovi motornih vozila
324
Profil vanjskog sloja pneumatika (gazeeg) zavisi od uslova eksploatacije, te postoje
ljetni i zimski pneumatici. U novijem razvoju vanjskog profila pneumatika sve vea
pažnja se posveuje profiliranju kanala po obodu pneumatika, u cilju smanjenja
otpora, posebno pri vožnji po putu sa slojem vode.
Primjer šara protektora ljetnog i zimskog pneumatika putnikog vozila vidi se na
slici 14.11.
a)
b)
Sl. 14.11 Šema protektora ljetnog (a) i zimskog (b) pneumatika putnikog vozila
Prema pritisku koji vlada u unutrašnjosti pneumatika oni se mogu podijeliti na
- pneumatike niskog pritiska (1 y 2,5 bar), koji se upotrebljavaju za putnika
vozila i vozila manjih težina,
- pneumatike visokog pritiska (2,5 y 8 bar), koji se upotrebljavaju za
autobuse i teška teretna vozila.
325
15. SISTEM OSLANJANJA (OVJEŠENJA)
Pod sistemom oslanjanja podrazumijevaju se mehanizmi i elementi koji imaju
zadatak da sve reaktivne sile i momente, koji se pojavljuju izmeu tokove i tla u
raznim uslovima kretanja, prenesu na ram ili karoseriju uz što je mogue vee
ublažavanje udarnih optereenja, kao i obezbjeenje potrebne stabilnosti vozila,
posebno pri kretanju u krivinama.
Sistem oslanjanja u opštem sluaju predstavlja jedan vrlo složen sistem koji se
sastoji iz etiri posebna sistema ili mehanizma, i to:
- elastini oslonci (elastini elementi),
- mehanizam za voenje tokova (elementi za voenje),
- elementi za prigušenje oscilacija i
- stabilizatori.
Elastini oslonci (elastini elementi) u suštini imaju zadatak da prenesu na ram ili
karoseriju vertikalne reaktivne sile. Ustvari, njihov suštinski zadatak je da pri
prenošenju ovih vertikalnih sila obezbijede njihovo što vee ublažavanje, odnosno
da se ostvari što vee smanjivanje veliina udarnih optereenja.
Mehanizam za voenje tokova (elementi za voenje) ima zadatak da obezbijedi što
povoljnije njihovo relativno pomjeranje u odnosu na okvir ili karoseriju vozila.
Elementi za voenje moraju, takoer, obezbijediti i prenošenje horizontalnih reaktivnih
sila i reaktivnih momenata sa samog toka na ram, odnosno karoseriju vozila.
Elementi za prigušivanje imaju osnovni zadatak da prigušuju oscilacije elastinih
oslonaca, odnosno sistema ovješenja i vozila u cjelini, kao i smanjivanje udarnih
optereenja.
Na cestovnim vozilama, pored prethodno definiranih mehanizama i elemenata
sistema oslanjanja, ponekad se sreu i posebni elementi koji imaju za cilj
obezbjeenje što vee stabilnosti vozila, pri njegovom kretanju u krivini. Ovi
elementi se zovu stabilizatori.
Kod odreenog broja sistema ovješenja jedan elastini element može ispuniti
funkciju i elementa za voenje i elementa za prigušenje oscilovanja. Tako, npr. kod
velikog broja teretnih vozila uzdužni lisnati gibnjevi, pored svoje funkcije elastinog
elementa, odreuju kinematiku tokova, primaju sve vidove optereenja i prigušuju
oscilovanje uslijed trenja izmeu listova gibnja.
Kod odreenog broja rješenja sistema ovješenja sva etiri podsistema su izvedena
odvojeno: elastini elementi u vidu opruga, elementi za voenje u vidu poluga,
oslonaca i zglobova, elementi za prigušenje oscilovanja u vidu amortizera i
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
326
stabilizatori u vidu mehanikih stabilizatora, hidraulikih stabilizatora itd.
Osnovni zahtjevi koje treba zadovoljiti sistem oslanjanja su:
a) optimalne veliine sopstvenih frekvencija oscilovanja odreenih u
zavisnosti od statikog ugiba,
b) dovoljan dinamiki hod koji iskljuuje udare o graninike,
c) potrebne kinematske karakteristike tokova, a u cilju smanjenja habanja
pneumatika, stabilizacije upravljakih tokova i poboljšanje karakteristika
ponašanja vozila pri kretanju,
d) optimalne veliine prigušivanja oscilovanja nadgradnje i tokova,
e) pouzdan prenos od tokova na karoseriju, odnosno ram vozila sila i
momenata u sva tri pravca i
f) pogodnost konstrukcije vozila i razmještaja sistema ili mehanizama
elastinog oslanjanja.
15.1 Oscilatorni model sistema elastinog vješanja motornog vozila
Sistem elastinog oslanjanja motornog vozila je onaj mehanizam koji ostvaruje
elastinu vezu izmeu osnovne konstrukcije motornog vozila kao ovješene mase, i
osovine sa tokovima kao neovješene mase.
Zbog vanjskih utjecaja, uslova eksploatacije koji dolaze od karaktera podloge puta i
režima vožnje motornog vozila, dolazi do pojave vanjskog poremeaja
ravnomjernog kretanja osnovne konstrukcije. Ovaj poremeaj može utjecati na
pravolinijsko i ugaono pomjeranje osnovne konstrukcije, tri translacije duž x, y, z
osi i tri rotacije oko x, y i z ose, kako je to pokazano na slici 15.1 a).
Navedene oscilacije prema slici 15.1 a) imaju i svoje standardne nazive – vertikalne
oscilacije “z”, uzdužne oscilacije “x”, poprene oscilacije “y”, ugaone oscilacije oko
x ose ljuljanje “E”, ugaone oscilacije oko y ose galopiranje “D”, ugaone oscilacije
z
z
“q”
y
M
x
y
“a”
c4
k1
y
x
x
x
“b”
c2
m1
c1
k2
c3
c1
z
a)
m2
c3
c2
c4
z
b)
Sl. 15.1 Karakteristina oscilovanja osnovne konstrukcije motornog vozila a) i oscilatorni
model vozila b)
y
15.1 Oscilatorni model sistema elastinog vješanja motornog vozila
327
oko z ose kao plivanje “T”.
Posmatrano motorno vozilo na ovaj nain predstavlja krutu figuru kao jednu masu
koja ima šest stepeni slobode. Ako se ide na realnost sistema motornog vozila od
sluaja do sluaja onda se motorno vozilo predstavlja kao vrlo složen oscilatorni
sistem. Tako, npr. vozilo na slici 15.1 a) može se predstaviti preko ekvivalentnog
oscilatornog sistema sa tri mase (slika 15.1 b).
Ekvivalantni oscilatorni sistem (fizikalni model) prikazan na slici 15.1 b), ili bilo koji
drugi ekvivalentni sistem vozila (prostiji ili složeniji) dobiva se na osnovu naela o
prevoenju stvarnog u ekvivalentni sistem oscilovanja koja se ogledaju u
- jednakosti kinetike energije stvarnog i ekvivalentnog sistema i
- jednakosti potencijalne energije stvarnog i ekvivalentnog sistema.
Ekvivalenti model na slici 15.1 b) odnosi se na vozilo sa zavisnim vješanjem, gdje je
m – masa osnovne konstrukcije vozila, a mase m1 i m2 mase prednjeg i zadnjeg
mosta vozila. Veliine c1 i c3 su krutosti tokova sa pneumaticima, a c2 i c4 krutosti
elemenata sistema elastinog oslanjanja. Vrijednosti k1 i k2 predstavljaju koeficijente
prigušenja (unutrašnja i vanjska prigušenja). Pomenuti elementi ekvivalentnog
sistema su dosta komplicirani, posebno krutosti c1 i c3, koje imaju izrazito nelinearni
karakter, i otežavaju proraune i analizu oscilovanja elemenata vozila.
Za sluaj da vozilo ima sisteme neovisnog vješanja, onda bi model (ekvivalentni
sistem) bio još složeniji. Primjer takvog modela, uzimajui u obzir sjedište i masu
putnika (vozaa), prikazan je na slici 15.2. Bez ulaženja u bilo kakvu ozbiljniju
analizu vidi se na prvi pogled da je prikazani model vrlo složen, kako sa stanovišta
z
m3
c5
c4
m
k4
m2
k4
k3
k3
c3
k5
c4
m2
c3
y
c2
m1
c1
k2
x
k1
k2
k1
c2
m1
c1
Sl. 15.2 Prostorni oscilatorni model motornog vozila sa neovisnim vješanjem
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
328
definiranja parametara modela, tako i sa stanovišta analize i prorauna oscilacija vozila.
Sistem jednaina oscilovanja u najopštijem obliku može se napisati kao
m izi kz i c i 'z i
Fj
,
(15.1)
gdje pobuda (Fj) dolazi od neravnina puta (naješe), a može biti i od rada motora,
pojedinih agregata itd. Kao rezultat analize sistema jednaina (15.1) odreuju se
vlastite frekvence oscilovanja (fo), pomou kojih se provjeravaju rezonantni uslovi
oscilovanja i pomjeranja (zi) pojedinih elemenata, koji se porede sa dozvoljenim
pomjeranjima definiranim konstrukcijom vozila.
Ovako složene oscilatorne mehanizme, odnosno njihove modele vrlo je teško
teorijski prouavati, pa se ovi mehanizmi naješe svode na jednostavnije,
dvodimenzionalne i jednodimenzionalne modele.
15.2 Vrste i klasifikacija sistema oslanjanja
U cilju postizanja osnovne orijentacije o mogunostima danas primjenjivanih
rješenja sistema ovješenja na raznim vrstama vozila, korisno je izvršiti
sistematizaciju prema bitnim karakteristinim veliinama.
Prema vrsti i karakteru elemenata za voenje toka, sistemi oslanjanja se dijele na
- zavisne i
- nezavisne.
Zavisni sistemi su vezani za pojam krutog mosta bilo pogonskog bilo upravljakog,
kod koga „kruta“ greda vezuje lijevi i desni toak pri emu se pomjeranje jednog
toka u poprenoj ravni prenosi i na drugi toak (slika 15.3). Ovi sistemi su
najjednostavniji, ali ne pružaju mogunosti obezbjeenja pravilne kinematike
upravljanja. Zbog toga se zavisni sistemi oslanjanja koriste danas na upravljakim
mostovima teretnih vozila. Na pogonskim mostovima koji nisu upravljaki,
sistemi zavisnog oslanjanja se sreu
lT
djelomino kod putnikih vozila, a kod
ostalih vrsta vozila praktino uvijek. Na
slici 15.3 nailaskom desnog toka na
prepreku, dolazi do pomjeranja cijelog
vozila. Ugaono pomjeranje toka e biti
obilježavano sa uglom OT, a bono
pomjeranje sa kotom 'b.
Zavisno elastino vješanje s balansirajuim
Db
susjednim tokovima udvojenih osovina
prikazano je na slici 15.4.
Sl. 15.3 Sistem zavisnog elastinog vješanja
15.2 Vrste i klasifikacija sistema oslanjanja
329
Sl. 15.4 Zavisno vješanje sa balansirajuim tokovima
Zavisni sistemi su povezani sa pojmom krutog mosta, pogonskog (slika 15.5 i
slika 15.6) i upravljakog (slika 15.7).
Sl. 15.5 Kruti pogonski most
Sl. 15.6 Kruti pogonski most
Sl. 15.7 Kruti upravljaki most teretnog vozila
Nezavisni sistemi oslanjanja se danas praktino obavezno sreu na upravljakim
mostovima putnikih vozila, a esto, u posljednje vrijeme sve više i na njihovim
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
330
pogonskim mostovima. Kod nezavisnih sistema, mehanizam za voenje preuzima
na sebe i funkciju upravljakog mosta u cjelini, ukoliko se radi o prednjim
tokovima. Pogonski most se, u ovom sluaju (ako nije upravljaki), ne može
izraditi u jedinstvenom krutom kuištu, ve se tokovi vezuju sa diferencijalom
preko poluvratila izvedenih kao zglobni prenosnici.
U zavisnosti od toga u kojoj se ravni pomjera toak pri njegovom odizanju razlikuju
se sistemi nezavisnog ovješenja sa pomjeranjem toka u poprenoj ravni sa jednom
poprenom voicom (slika 15.8 a), b) i c)), ili sa dvije poprene voice istih dužina
(slika 15.9 a) i b)), ili sa dvije poprene voice razliitih dužina (slika 15.10 a) i b)),
pomjeranjem toka u uzdužnoj ravni – s jednom ili dvije podužne voice
lT
b)
Db
a)
c)
Sl. 15.8 Skica (a) sa primjerima izvedbe (b) i (c ) nezavisnog sistema vješanja sa jednom
poprenom voicom i pomjeranjem toka u poprenoj ravni
(slika 15.11 a) i b)), s pomjeranjem toka u uzdužnoj i poprenoj ravni s
postavljenim voicama pod odreenim uglom u odnosu na poprenu i podužnu
ravan (slika 15.12 a), b), c) i d)) i vertikalnim pomjeranjem preko voice
(slika 15.13 a), b) i c)).
lT =0
Db
a)
b)
Sl. 15.9 Sistem nezavisnog vješanja sa pomjeranjem toka u poprenoj ravni sa dvije poprene
voice. Skica (a) i primjer izvedbe (b).
15.2 Vrste i klasifikacija sistema oslanjanja
331
lT
Db
a)
b)
Sl. 15.10 Sistem nezavisnog vješanja sa pomjeranjem toka u poprenoj ravni sa dvije podužne
voice razliitih dužina. Skica (a) i primjer izvedbe (b)
a)
b)
c)
Sl. 15.11 Sistem nezavisnog vješanja sa pomjeranjem toka u uzdužnoj ravni sa jednom (a) ili
dvije podužne voice (b), sa praktinom izvedbom (c)
y
R
a)
c)
b)
d)
Sl. 15.12 Sistem nezavisnog vješanja sa pomjeranjem toka u uzdužnoj i poprenoj ravni sa
voicama pod uglom u odnosu na uzdužnu i poprenu ravan (razliita rješenja)
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
332
a)
lT = 0
Db = 0
b)
c)
Sl. 15.13 Sistem nezavisnog vješanja sa pomjeranjem toka u vertikalnoj ravni preko voice,
skica a), sa praktinim rješenjima b) i c)
15.3
Elastini elementi
Prema vrsti elastinih elemenata sistemi ovješenja se mogu podijeliti u sljedee grupe:
- s lisnatim oprugama (gibnjevima),
- s parabolinim oprugama,
- s zavojnim oprugama,
- s torzionim oprugama,
- s gumenim elastinim elementima,
- s pneumatskim elastinim elementima,
- s hidropneumatskim elastinim elementima i
- s kombiniranim elastinim elementima.
Elastinu karakteristiku sistema oslanjanja u najveoj mjeri predodreuju elastini
elementi. Kako je, s druge strane, ova karakteristika jedan od najbitnijih pokazatelja
sistema ovješenja u cjelini, elastini elementi su doživjeli razliita konstruktivna
rješenja, a danas se izrauju od metala i nemetala. Elastini elementi od metala
izrauju se kao lisnate opruge (gibnjevi), paraboline opruge (gibnjevi), zavojne
opruge i torzioni štapovi. U nemetalne elastine oslonce spadaju gumeni,
pneumatski, hidrauliki i hidropneumatski elastini elementi.
Na novijim konstrukcijama vozila esto se susreu dva pa i više vrsta elastinih
elemenata. U tom sluaju se govori o kombiniranim elastinim elementima.
15.3.1 Lisnate opruge (gibnjevi)
Lisnati opruge se obino upotrebljavaju kod zavisnog sistema ovješenja. Kako je
ranije napomenuto, kod zavisnog sistema ovješenja s uzdužno postavljenim
15.3 Elastini elementi
333
gibnjevima nisu potrebni elementi za voenje. Da bi gibanj mogao predavati i primati
uzdužne sile, mora biti s ramom ili karoserijom vezan preko jednog krutog i jednog
pominog oslonca (obino preko poluge koja je sa jedne strane zglobno vezana za
ram, a sa druge za gibanj). Da bi lisnati gibanj zadržao most od okretanja oko svoje
osovine mora biti s njim kruto vezan. Nain vezivanja lisnatog gibnja za osovinu i
ram ranije je prikazana na slici 15.4, a na slici 15.14 prikazano je detaljnije vezivanje
jedne lisnate opruge (gibnja) za ram vozila. Lisnati gibanj je uglavnom sastavljen od
2
5
1
3
7
6
4
1 - nepokretni oslonac, 2 - pokretni oslonac, 3 - lisnati gibanj, 4 - uzengija (veza most - gibanj),
5 - ram, 6 - amortizer, 7 - pogonski most
Sl. 15.14 Vezivanje lisnatog gibnja za ram vozila i pogonski most
lisnatih, valjanih ili vuenih elinih traka (opružni elici), a zbog optereenja na
savijanje sastoji se od više listova razliite dužine i razliitog radijusa zakrivljenja, a u
cilju smanjenja trenja izmeu listova postavljaju se slojevi od plastike. Da ne bi došlo
do pomjeranja listova gibnja služi centralni zavrtanj (1) i stege (2) (slika 15.15). Pored
prednosti lisnatog gibnja koje su
1
2
2
naglašene ranije (nisu potrebni elementi
za voenje), oni imaju i niz nedostataka
koji se ogledaju u relativno velikoj
1
2
2
sopstvenoj težini, nedovoljnom vijeku
trajanja i linearnoj karakteristici.
Primjeri ugradnje lisnatih gibnjeva dati
2
su na slikama 15.16; 15.17; 15.18 i 15.19.
1
Na slici 15.16 a) dat je primjer veze
(uležištenja) gibnja na vozilu i graninik
2
savijanja gibnja – pozicija (1), a na djelu
slike (b) data su paralelno dva gibnja
1 – centralni zavrtanj, 2 - stega
(glavni i pomoni). Drugaija izvedba
glavnog i pomonog gibnja data je na
Sl. 15.15 Lisnati gibanj – sklop
slici 15.17. Na slici 15.18 dat je popreni
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
334
gibanj na putnikom vozilu, a na slici 15.19 vidi se ugraen popreni gibanj na
traktoru gusjeniaru.
O
A
B
A
A-A
O-O
O
B
B-B
a)
B
A
A
B
B-B
A-A
b)
Sl. 15.16 Ugradnja lisnatih gibnjeva na vozilu
Sl. 15.17 Rješenje glavnog i pomonog lisnatog gibnja
15.3 Elastini elementi
335
Sl. 15.18 Popreni lisnati gibanj na putnikom vozilu
8
poprečni gibanj
Sl. 15.19 Popreni lisnati gibanj na traktoru gusjeniaru
15.3.2. Parabolini gibnjevi
esto se u primjeni, umjesto lisnatih gibnjeva susreu tzv. parabolini gibnjevi koji
imaju praktino iste karakteristike kao lisnati gibnjevi, ali su dosta lakši i
jednostavniji za ugradnju. Izrada im je nešto skuplja nego kod klasinih lisnatih
gibnjeva. Primjer takvog jednog gibnja dat je na slici 15.20.
a)
F
F
b0
x
hx
h0
b)
l
Sl. 15.20 Parabolini gibanj, izgled (a) i oblik lista (b)
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
336
Broj listova je naješe jedan ili dva, a može i vei broj za velika osovinska
optereenja. Oblik jednog lista (polovina lista) prikazan je na slici 15.20 b) gdje se
debljina lista rauna kao
hx
h o x / l 0 , 5
(15.2)
ime je zadovoljen uslov jednakosti napona u gibnju (V=const).
15.3.3
Zavojne opruge
Zavojne opruge, kao elastini elementi, primjenjuje se uglavnom kod lakih vozila
koja imaju nezavisno ovješenje. Opruge se izrauju od kružnog ili pravougaonog
profila opružnih elika. Primjer ugradnje zavojne opruge na vozilu dat je na
slici 15.21.
teleskopski amortizer
zavojna
opruga
(pero)
zglob kardana
kućište diferencijala
okretište uzdužnog
ramena je uporedno
s poprečnom osom vozila
Sl. 15.21 Primjer ugradnje zavojnih opruga na vozilu
esto se u cilindrinom šupljom prostoru opruge ugrauje teleskopski amortizer
slika 15.22, slika 15.23 i slika 15.24. Zavojne opruge ne mogu prenijeti bone i
uzdužne sile. Stoga se primjenjuju u takvim konstrukcijama ovješenja, u kojima se
sile koenja, pogonske i bone sile prenose posebnim elementima za voenje.
Opruge se postavljaju na vozilo s odreenim prednaponom.
15.3 Elastini elementi
Sl. 15.22 Sistem nezavisnog vješanja prednje
upravljake osovine sa zavojnom
oprugom
337
Sl. 15.23 McPhersonova orpužna noga sa
zavojnom oprugom
Težina zavojne opruge je manja od težine ekvivalentnog lisnatog gibnja. Zavojne
opruge se povremeno primjenjuju u kombinaciji s lisnatim gibnjevima, ime se
popravljaju karakteristike.
Sl. 15.24 Ovješenje dvostrukim poprenim ramenima sa zavojnom oprugom (dvije izvedbe)
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
338
15.3.4 Torzione opruge (torzioni štapovi)
l
Torziona orpuga, kao elastini element, primjenjuju se uglavnom kod nezavisnog
ovješenja. Mogu se postavljati popreno
z
ili podužno u odnosu na vozilo, ali u
svakom sluaju u horizontalnoj ravni.
Na slici 15.25 prikazan je jedan torzioni
štap, dužine “1” kod koga je jedan kraj
vrsto uvršen, a drugi kraj na kraku
“a” je vezan za toak. Vertikalni udari
Z
puta stvaraju silu Z koja uvija torzioni
štap. Po prestanku djelovanja sile Z,
x
elastinost torzione opruge vraa toak
a
u prvobitni položaj. Dobra osobina
torzionih opruga je mala težina i gabarit,
a ne zahtijevaju posebno održavanje.
Upotreba im je ograniena, pošto je
Sl. 15.25 Torziona opruga
teško dobiti materijal koji odgovara
potrebnim karakteristikama na uvijanje
(30°/1 m). Izrauju se od pravih
štapova kružnog ili pravougaonog presjeka bilo iz jednog komada ili više komada.
Neka konstruktivna rješenja vide se na slici 15.26. Primjeri ugradnje torzionih
opruga dati su na slici 15.27 i slici 15.28, i to sluajevi s jednom (slika 15.27) i dvije
(slika 15.28) torzione opruge.
Sl. 15.26 Konstruktivni oblici torzionih opruga
15.3 Elastini elementi
339
1 - vodee rame, 2, 3 - poprene cijevi, 4 - torzioni štap, 5, 6 - torzioni elastini ležajevi, 7 - nosa,
8 - torzioni stabilizator, 9 - amortizer
Sl. 15.27 Torziona opruga kod zadnjeg oslanjanja vozila
1 - vodee rame, 2 - prednji torzioni štap, 3 - nosa, 4 - zadnji torzioni štap, 5 - amortizer, 6 popreni nosa V profila, 7 - ozubljeni profil, 8 - konektor, 9 - ozubljeni profil
Sl. 15.28 Dvije torzione opruge kod zadnjeg oslanjanja vozila
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
340
15.3.5 Gumeni elastini elementi
Gumeni elastini elementi u sistemu oslanjanja koriste se kao prigušnici ili kao
elementi za zaštitu putnika i tovara od visokofrekventnih oscilacija. U novije vrijeme
poinje korištenje gume i nekih sintetikih materijala i za izradu samih elastinih
oslonaca. Korištenje ovakvih elastinih oslonaca povezano je sa jednostavnom
konstrukcijom, malom težinom, nelinearnom karakteristikom elastinog elemeneta,
djelominim prigušenjem oscilacija i razumno dugim vijekom trajanja.
Nedostaci elastinih gumenih oslonaca su potreba za korištenjem posebnih
mehanizama za voenje tokova i elemenata prigušenja, pojava zaostalih napona,
promjena karakteristika sa promjenom temperature itd.
Gumeni oslonci u sistemu oslanjanja mogu biti izloženi istezanju, pritisku, smicanju
i uvijanju. Konstruktivno se izvode na razliite naine. Naješe se koriste gumeni
oslonci smješteni u plastine ahure. Na slici 15.29 je prikazano ležište u obliku
prstena, s gumenim elementom na sredini. Ovakvo konstruktivno rješenje
omoguava uvijanja r10° i zakretanje podužne ose za r7°. Na slici 15.30 prikazano
je konstruktivno rješenje gdje su krajevi gume zadebljani, ime je spreeno
isklizavanje gume iz vanjskog prstena.
guma
guma
Sl. 15.29 Gumeni prstenasti oslonac
15.3.6
Sl. 15.30 Gumeni prstenasti oslonac
Pneumatski i hidropneumatski elastini elementi
Ovi elastini elementi se upotrebljavaju kod vozila ije se optereenje mijenja u
širokom dijapazonu (autobusi, teški kamioni i prikolice), i kod putnikih vozila
visoke klase kod kojih se želi obezbijediti što je mogue vei komfor (Mercedes,
Citroen itd.).
Pneumatski elastini elementi (pneumatski jastuci) izvedeni su od gume ojaane
elinim vlaknima. Na slici 15.31 prikazano je nekoliko konstruktivnih rješenja
pneumatskih elastinih elemenata kod teretnih vozila. Putem promjene pritiska
zraka koji se nalazi unutar elementa automatski se regulira njegova krutost.
15.3 Elastini elementi
341
1
3
2
3
2
a)
b)
c)
1, 2 – metalno zvono, 3 – armirani gumeni elemenat (balon)
a) balonski pneumatski jastuk, b) dijafragmeni pneumatski jastuk, c) kombinirani pneumatski jastuk
Sl. 15.31 Oblici pneumatskih elastinih elemenata (pneumatskih jastuka)
Ovo doprinosi da se pri razliitim statikim optereenjima ugib elementa ne mijenja,
odnosno karoserija zadržava konstantan položaj u odnosu na put. Napajanje
elemenata zrakom, pod pritiskom se vrši iz instalacije za koenje (ako je sistem
koenja komprimiranim zrakom), ili iz samostalne instalacije. Automatska regulacija
krutosti vrši se posebnim regulatorima (slika 15.32). Ovi elastini elementi koriste se
i kod zavisnog i kod nezavisnog ovješenja. Pošto pneumatski elementi nemaju
mogunost da prenesu uzdužne i poprene sile, moraju biti kombinirani sa
elementima za voenje koji se izvode u obliku štapova (poluga), a postavljaju se u
pravcu djelovanja sila (slika 15.33).
4
5 6
3
2
2
1
1
3
1 - upornica oslanjanja, 2 - elastina veza,
3 - regulacioni ureaj, 4 - zrani jastuci, 5 - nosa,
6 - regulator nivoa.
1 - teleskopski amortizer, 2 - pneumatski
elastini element, 3 - poluge za voenje.
Sl. 15.32
Sl. 15.33 Ovješenje prednjih tokova sa
zranim elastinim elemntima,
polugama za voenje i amortizerom
Automatska regulacija položaja
zranog elastinog elementa
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
342
Sistem pneumatskog elastinog oslanjanja s pomonim sistemima koji mu pripadaju
prikazan je na slici 15.34. Sa ove slike se može shvatiti proces funkcioniranja
pneumatskih elastinih elemenata na vozilu.
1
2
3
5
4
6
7
8
9
9
10
1 - kompresor,
2 - regulator pritiska,
3 - nepovratni ventil,
4 - rezervoar,
5 - regulator pritiska sa
nepovratnim ventilom,
6 - regulator nivoa ovješene
mase,
7 - regulacioni ventil,
8 - razvodnik,
9 - elasitni element,
10 - poluga
Sl. 15.34 Sistem pneumatskog elastinog oslanjanja sa pomonim elementima
Kombinacijom dva razliita medija, nestišljive tenosti i stišljivog gasa dobiva se
hidropneumatski elastini element. Svako pomjeranje toka prenosi se na tenost, a
preko nje na membranu iznad koje se nalazi gas, te se na taj nain izaziva sabijanje
gasa na osnovu ega se dobije dejstvo ekvivalentno dejstvu pneumatskog elastinog
elementa.
Shema hidropneumatskog elastinog oslonca sa elastinim elementima
teleskopskog tipa data je na slici 15.35 a) bez kontrapritiska i slika 15.35 b) sa
kontrapritiskom. Veliine V1, p1 i D1 su radna zapremina, pritisak i prenik radnog
cilindra, a V2, p2 i D2 radna zapremina, pritisak i prenik kontrapritisnog prostora.
Pri poveanju optereenja poveava se p1, a opada p2, dolazi do poveanja
uestalosti oscilacija. U sluaju da postoji i kontrapritisni prostor, promjene
optereenja manje utjeu na sopstvenu uestalost oscilacija. Promjenom koliine
gasa (neki neutralni gas) može se regulirati uestalost oscilovanja, a promjenom
koliine tenosti regulira se položaj nadgradnje, za sluaj nezavisnog oslanjanja.
Primjer hidropneumatskog elementa oslanjanja koji je koristio Citroen prikazan je sa
svim detaljina na slici 15.36.
15.3 Elastini elementi
343
vijak za dovod gasa
gornja polovina
sfere
p1,V1
membrana
1
donja polovina
sfere
dovod ulja
2
D1
D1
amortizer
cilindar
3
p2,V2
D2
klip
4
odbojnik
5
sistem za
zaptivanje
višak ulja
poluga klipa
a)
b)
zaštitna manžeta
1 - radni prostor, 2 - podioni klip, 3 - rezervoar,
4 - klip sa klipnjaom, 5 - kontrapritisni prostor
Sl. 15.35 Shema hidropneumatskog
elastinog elementa
Sl. 15.36 Hidropneumatski oslonac
Citroena DS-19
Kod hidropneumatskih sistema elastinog oslanjanja, kao i kod pneumatskih
sistema oslanjanja (slika 15.32), primjenjuju se regulatori položaja nadgrdnje i
regulatori krutosti sistema oslanjanja. Takav jedan regulator sa hidropneumatskim
elastinim elementom dat je na slici 15.37.
7
8
6
5
9
4
3
10
2
1
11
12
1 - poluga,
2 - ruica za prinudno
zakretanje,
3 - gumena dijafragma,
4 - tijelo regulatora,
5 - kalibrisani kanal,
6 - gumena dijafragma,
7 - razvodnik,
8 - hidropneumatski
elastini elemenat,
9 - zupasta pumpa,
10 - okvir,
11 - osa toka,
12 - opruga
Sl. 15.37 Regulator hidropneumatskog sistema elastinog oslanjanja
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
344
Pored elastinih elemenata do sada nabrojanih i objašnjenih, u praksi se pojavljuju i
kombinacije dva razliita elastina elementa oslanjanja (tzv. kombinirani elastini
elementi).
15.4
Elementi za voenje toka
Nain i karakter pomjeranja tokova u odnosu na ram ili karoseriju bitno utie na
mogunost upravljanja i ponašanja vozila, kako pri vožnji u krivini tako i pri vožnji
u pravcu. Kinematika tokova zavisi iskljuivo od konstrukcije i vrste elemenata za
voenje toka, a nezavisna je od ostalih elemenata sistema ovješenja. Osim
osnovnog zadatka da obezbijedi povoljnu kinematiku tokova, elementi za voenje
moraju obezbijediti prenos aktivnih i reaktivnih sila i momenata.
Mehanizmi za voenje tokova trebaju zadovoljiti slijedee zahtjeve:
- zadržavanje potrebne kinematske karakteristike tokova u svim uslovima
kretanja vozila i razliitim optereenjima vozila;
- izvršenje pouzdanog prenosa horizontalnih optereenja (u tangentnom i
bonom pravcu) i odgovarajuih momenata od tokova na šasiju vozila;
- obezbjeenj potrebne kinematike upravljakog sistema; kinematika
upravljakog sistema se podrazumijeva da je pravilna ako vertikalno
pomjeranje toka i njegovo zakretanje oko osovinice toka nisu zavisni
jedno od drugog;
- povoljno odabran trenutni centar obrtanja, pošto mehanizam za voenje
utjee na njegov položaj;
- pogodno komponovanje sistema oslanjanja i vozila u cjelini, tako da
mehanizam za voenje ne utjee na razmještaj agregata i
- jednostavnost konstrukcije i održavanja.
Na slici 15.38 su prikazana tri shematska primjera izvoenja mehanizma za voenje
pogonskih neupravljakih tokova. Strelicama je oznaen pravac kretanja vozila.
b)
a)
c)
Sl. 15.38 Primjeri izvoenja mehanizma za voenje pogonskih neupravljivih tokova
15.4 Elementi za voenje toka
345
Na slici 15.38 a), gdje se nalaze dvije poprene voice, primjenjuju se etiri
kardanska zgloba, dok su na slici 15.38 b), gdje se koristi jedna poprena voica,
primjenjuju se dva kardanska zgloba. Na slici 15.38 c) gdje se nalaze kose voice,
primjenjuje se jedan kardanski zglob.
15.4.1. Voice kod sistema zavisnog oslanjanja
Kod sistema zavisnog ovješenja (slika 15.3) pojavljuje se, pri nailasku toka na
prepreku, promjena nagiba toka definirana uglom (OT) i promjena traga tokova za
veliinu ('b). Kada ugao (OT) dostigne vrijednosti vee od 10° može doi do pojave
žiroskopskog momenta koji dovodi do nestabilnog upravljanja, ako se radi o
upravljakim tokovima. Stoga se zavisno ovješenje upravljakih tokova koristi kod
vozila koja imaju manje brzine kretanja.
Najjednostavnije rješenje zavisnog ovješenja prikazano je na slici 15.39 a), a ostvareno
je na principu dva lisnata gibnja. Karakter pomjeranja mosta u odnosu na ram zavisi
od karakteristika gibnja, tj. gibanj igra ulogu i elastinog elementa i elementa za
voenje. Na slici 15.39 b) prikazan je sistem zavisnog ovješenja gdje podužne sile i
reaktivne momente pored gibnja prenosi i poluga (3). Spoj gibnja sa ramom ostvaren
je preko uzengije (1), pa se tangencijalne sile i odgovarajui reaktivni moment prenose
preko poluge (3), pa je gibanj rastereen. Na slici 15.39 c), gdje se koristi pneumatski
elastini oslonac (4) koji prima samo vertikalna optereenja, koristi se poluga (6) koja
je u vrstoj vezi sa poprenom gredom (7) i šarnirno preko poluge (8) sa ramom
vozila, koji preuzimaju poprene sile i momente.
1
3
1
2
b)
6
a)
5
8
c)
4
7
1 - uzengije, 2 - šarmir, 3 - poluga, 4 - elastini oslonac, 5 - amortizer, 6 - poluga,
7 - poprena greda, 8 - poluga.
Sl. 15.39 Sistemi zavisnog oslanjanja
346
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
Primjer voenja tokova kod sistema zavisnog vješanja za sluaj pogonskih i
upravljakih tokova dat je na slici 15.40.
1 - poluge,
2 - stabilizator,
3 - koni doboš,
4 - graninik,
5 - glavni prenosnik,
6 - poluga u obliku slova A,
7 - poprena cijev.
Sl. 15.40 Mehanizam za voenje i pogonskih upravljakih tokova kod sistema zavisnog vješanja
Glavni elementi za voenje su ovdje poluga (6) u obliku slova A i gornje poluge (1).
Glavni prenosnik se oslanja na okvir ili karoseriju, a teški most se zamjenjuje
laganom poprenom cijevi (7).
Dobre osovine zavisnog ovješenja su u jednostavnosti konstrukcije, niskoj
proizvodnoj cijeni i injenici da lisnati gibnjevi mogu istovremeno da obavljaju
funkciju elastinog elementa i funkciju elementa za voenje tokova.
Nedostaci zavisnog ovješenja su promjena traga tokova ('b) i pojava ugla (OT) koji
pogoršavaju vozne osobine. Još jedan od znatnih nedostataka je poveana težina
sistema za oslanjanje.
Osim gore navedenih sistema zavisnog ovješenja postoji još niz konstrukcija kod
kojih su osnovni nedostaci zavisnog ovješenja ublaženi kvalitetnim konstruktivnim
rješenjima.
15.4.2. Voice kod sistema nezavisnog oslanjanja
Kod sistema nezavisnog ovješenja kod koga se pomjeranje vrši u poprenoj ravni
(slika 15.8, slika 15.9 i slika 15.10), može se zakljuiti da kod voenja toka sa
jednom poprenom voicoma (slika 15.8) dolazi do znatnog odstupanja traga ('b) i
znatnog ugla nagiba toka (OT). Ovo ima za posljedicu da se ovakav nain praktino
i ne koristi jer daje odnose sline kao i kod zavisnog ovješenja. Najbolje rezultate
daje mehanizam voenja tokova s dvije poprene voice razliitih dužine
(slika 15.10), mada u odnosu na sistem voenja s dvije poluge jednakih dužina
(slika 15.9) dovodi i od promjene traga i do promjene nagiba toka, doduše u
tolerantnim granicama ('b = 4 y 5 mm, O T = 5 y 6°). Na osnovu ovoga sasvim je
15.4 Elementi za voenje toka
347
razumljiva vrlo široka primjena mehanizma za voenje tokova s dvije paralelne
voice razliitih dužina.
Pomjeranje tokova u podužnoj ravni ostvaruje se mehanizmom za voenje
tokova sa uzdužnim voicama (slika 15.11). U pogledu kinematike tokova ovaj
nain izvoenja mehanizma za voenje tokova ima vrlo dobra svojstva jer je
'b = 0 i O T = 0. Izvjesna pomjeranja se ostvaruju samo u pravcu kretanja vozila
(znai mijenja se osni razmak prednjih i zadnjih tokova). Utjecaji koji se pri tome
vrše na sistem upravljanja mogu se lako prevazii.
Pomjeranje tokova u uzdužnoj i poprenoj ravni se konstruktivno rješava
voicama postavljenim pod odreenim uglom u odnosu na poprenu ili uzdužnu
ravan (slika 15.12). Ovakvim nainom postavljanja kosih voica se nedostaci
mehanizma sa pomjeranjem tokova u
1
uzdužnoj ili poprenoj ravni ublažavaju,
odnosno ostvaruju rješenja koja
objedinjavaju u izvjesnoj mjeri dobre
3
2
strane oba sistema. Zbog ovih razloga
ovakvi mehanizmi za voenje tokova se
sreu kako na upravljakim tako i na
pogonskim tokovima.
Primjer konstruktivnog rješenja voice
5
toka kod nezavisnog vješanja, s
pneumatskim elastinim elementom
prikazan je na slici 15.41. Elastini
4
element je pneumatski (1) s umetnutim
gumenim elastinim elementom (2). Na
mehanizmu za voenje jednog toka se
1 - pneumatski elastini elemenat, 2 - gumeni nalaze dvije voice razliitih dužina,
elastini elemenat, 3 - gornja voica, 4 - donja gornja voica (3) i donja voica (4). One
voica, 5 - teleskopski amortizer
su privršene s jedne strane zglobno s
rukavcem toka, a s druge strane s
Sl. 15.41 Konstruktivno rješenje voenja
karoserijom (okvirom) vozila, takoer
toka kod nezavisnog vješanja
zglobno. Za prigušenje oscilacija
iskorišten je teleskopski amortizer (5).
15.5
Elementi za prigušenje oscilovanja
Zbog postojanja elastinih elemenata u sistemu oslanjanja javljaju se oscilacije ak i
prilikom kretanja po najkvalitetnijim putevima. Kako su pojave oscilovanja
neprijatne za vozaa i putnike, a takoer loše utjeu i na stabilnost tereta, mora se
vršiti njihovo brzo prigušenje, ne samo iz razloga navedenih gore nego i zbog
spreavanja pojave rezonancije. Ovo prigušenje vrše elementi za prigušenje ili
amortizeri.
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
348
Amortizer služi za brzo prigušivanje oscilovanja vozila i spreavanje pojave
rezonancije koja se može pojaviti ukoliko se oscilacije brzo ne priguše. Prigušenje
oscilovanja karoserije i osovine vozila, koje se javlja pri kretanju po neravnom putu,
vrši se pod utjecajem sila otpora u sistemu ovješenja. Sile otpora su trenje u
elastinom elementu i elementu za voenje (npr. izmeu listova lisnatog gibnja,
osovinicama i zglobovima elemenata za voenje), a takoer i sila otpora koju pruža
amortizer. U današnje vrijeme na vozilima se primjenjuju iskljuivo hidrauliki
amortizeri, i to
- amortizeri sa polugom i
- teleskopski amortizeri.
Primjer amortizera s polugama prikazan je na slici 15.42. Tijelo amortizera
napunjeno je uljem i vezano za ram (7) vozila. U tijelu amortizera se nalazi kulisa (4),
koja preko sistema poluga (5, 6), koje su sa jedne strane vezane za toak, djeluje na
kretanje klipova (1). Pomjeranje toka (8) nagore izaziva kretanje klipa (1) i
prestrujavanje ulja iz komore (2) u komoru (3). Obrnuti smjer kretanja toka (8),
poluga (5, 6) pomjera klip (1) u suprotnom smjeru, tako da gorivo struji iz
komore (3) u komoru (2). Proticanje ulja pri ovakvom strujanju se vrši kroz male
kalibrisane otvore, ijom veliinom se definira trenje u ulju i samim tim prigušenje
amortizera. Veliina pritiska ulja kod ovakvih amortizera se kree u granicama
250 y 400 bar. Ako se prestrujavanje vrši s dva klipa dvosmjerno, onda su to tzv.
amortizeri dvostrukog dejstva. Ovi amortizeri mogu biti i jednostrukog dejstva. U
principu se na vozilima koriste amortizeri dvostrukog dejstva.
1
2
4
1
7
5
3
6
9
8
1 - klipovi,
2, 3 - komore za ulje,
4 - kulisni mehanizam,
5, 6 - poluge,
7 - ram vozila,
8 - toak,
9 - elastini elemenat
(gibanj)
Sl. 15.42 Hidrauliki amortizer sa polugama, dvostrukog dejstva
Teleskopski amortizeri su lakši od amortizera sa polugama (skoro duplo), prostije
su konstrukcije i imaju dug vijek trajanja. Kod teleskopskih amoretizera cilindar i
klip su neposredno vezani za nadopružne i podopružne mase (ram i most).
Teleskopski amortizeri rade sa pritiscima ulja od 60 y 80 bar.
Princip rada teleskopskog amortizera može se objasniti na primjeru dvocjevnog
teleskopskog amortizera datog na slici 15.43. Ovakav prigušiva (amortizer) ima radni
15.5 Elementi za prigušenje oscilovanja
349
prostor (A), tj. radni cilindar (2), klip (1) sa ventilima, klipnjau (6), podnožne
ventile (4), voicu klipnjae (8) koja ujedno služi za smještaj zaptivaa (5). Izmeu
cilindra (2) i (3) nalazi se prostor za izjednaavanje (C) napunjen do polovine uljem
i naziva se obino kompenzaciona komora. Ostatak prostora u kompenzacionoj
komori služi za prihvatanje poveane zapremine ulja uslijed zagrijavanja, kao i za
sluaj istisnutog ulja uslijed uvlaenja klipnjae. Nivo ulja u kompenzacionom
prostoru je takav da obezbijedi i pri ekstremno niskim temperaturama (-40 °C) da
ne doe do ulaska zraka na podnožnim ventilima.
Pored dvocjevnih, u praksi se koriste i tzv. jednocjevni amortizeri. Shema takvog
jednog amortizera data je na slici 15.44. On ima, tzv. razdjelni klip (1) iznad koga se
nalazi gas pod pritiskom (3), koji treba prihvatiti promjene zapremine ulja od
9
3
1
9
8
5
7
6
4
11
6
5
7
2
A
C
1
2
3
4
12
8
10
1 - klip, 2, 3 - cilindri, 4 - podnožni ventili,
5 - zaptiva, 6 - klipnjaa, 7 - cilindrini omota,
8 - voica, 9 - kanal,
A - radni prostor, C - prostor za izjednaavanje
1 - razdjelni klip, 2 - radni prostor, 3 - prostor za
izjednaavanje, 4 - meuklipni prostor, 5 - klip,
6 - usisni ventil, 7 - potisni ventil, 8 - klipnjaa,
9, 10 - uške, 11 - cilindar, 12 - zaptiva
Sl. 15.43 Shema dvocjevnog teleskopskog
amortizera
Sl. 15.44 Jednocjevni amortizer sa razdjelnim
klipom
zagrijavanja i istiskivanja klipnjaom. Uslijed sabijanja ili istezanja amortizera
klipnjaa (8) potiskuje klip (5), gdje se aktivira ventil (6) ili (7), zavisno od smjera
kretanja. Samo proticanje ulja kroz ventil (6) ili (7) ima funkciju prigušenja toka, pa
samim tim i kretanja klipa, odnosno klipnjae. Razdjelni klip (1) omoguava bilo
15. Sistemi oslanjanja (ovješenja)
350
koji položaj ugraivanja amortizera i praktino nema utjecaja na njegovu funkciju.
Pomou njega je sprijeeno miješanje gasa i ulja kao i pojava pjenušanja.
15.6 Stabilizatori
Elastino oslanjanje vozila ima i svoje negativne posljedice, što se ogleda u bonom
naginjanju vozila pri kretanju u krivini, a što ima za posljedicu pogoršanje
karakteristika stabilnosti. U cilju smanjivanja bonih naginjanja vozila koriste se
stabilizatorske opruge – stabilizatori i to naješe torzioni. Mehaniki torzioni
stabilizator po konstrukciji je veoma jednostavan, ne zahtijeva posebnu pažnju i jeftin
je. Može buti postavljen popreno i uzdužno u odnosu na uzdužnu osu vozila.
Obino se izvodi u obliku dvokrake poluge kao cjelina, a privršen je za okvir vozila
preko stega s tvrdom gumom, a voicama se povezuje s veznim polugama.
Uloga stabilizatora je da se torzijom suprotstavi bonom naginjanju vozila u sluaju
kada se jedan toak izdiže, tj. da kao sila reakcije pritiskivanjem suprotnog toka na
kolovozu ispravlja vozilo i ne dozvoljava njegovo bono naginjanje. Na slici 15.45,
slici 15.46 i slici 15.47 date su sheme razliitih izvedbi stabilizatora.
Stabilizator prikazan na slici 15.45 je s obje strane vozila vezan na mjestu H preko
elastinih gumenih ležajeva s podužnim voicama, i na mjestu F zglobno sa
podužnim voicama. Bonom naginjanju vozila suprotstavlja se trenje u elastinom
elementu H. Na slici 15.46 prikazan je stabilizator sa po dva elastina gumena ležaja
(H i F) koji su vezani s podužnim voicama. Bonom naginjanju vozila
suprotstavlja se prigušenje u elastinim vezama uslijed okretanja voice i poprene
veze. Na slici 15.47 je stabilizator praktino jedan torzioni štap koji je privršen za
obe podužne voice i svojim unutarnjim otporom uvijanju smanjuje mogunost
bonog naginjanja vozila.
F
H
H
F
Sl. 15.45 Shema stabilizatora
Sl. 15.46 Shema stabilizatora
15.6 Stabilizatori
351
Pored ovih izvedbi koriste se i
stabilizatori sa hidraulikim klipovima.
Takav jedan stabilizator prikazan je
na slici 15.48, odakle se može vidjeti
i njegov princip rada. Ovakav tip
stabilizatora
omoguava
i
brzo
prigušenje oscilovanja sistema vješanja.
stabilizator
zavojna opruga
Sl. 15.47 Shema stabilizatora
S1
A1
N1
S2
NV1
V1
VV1
NV2
A2
V2
VV2
N2
A1, A2 - amortizeri,
S1, S2 - stabilizatzori,
N1, N2 - komore niskog
pritiska,
V1, V2 - komore visokog
pritiska,
NV1 i NV2 - ventili niskog
pritiska,
VV1, VV2 - ventili vioskog
pritiska
Sl. 15.48 Shema stabilizatora s hidraulikim klipovima
Sistem vješanja vozila se sastoji od A1 i A2 – amortizera i S1 – S2 stabilizatora.
Amortizeri su postavljeni horizontalno i imaju dvije komore – komore niskog
pritiska N1 i N2 i komore visokog pritiska V1 i V2. Komore imaju ventil niskog
pritiska NV1 i NV2 i visokog pritiska VV1 i VV2.
Klipovi amortizera kreu se lijevo i desno pod dejstvom sistema poluga koje su
jednim krajem vezane s osovinom toka. Spuštanje ili dizanje osovine toka, uslijed
neravnina puta, prenosi se na poluge, odnosno na klipove. Klipovi imaju kanale
preko kojih se hidraulino ulje usmjerava u odreene komore amortizera ili u
stabilizator, i na taj nain spreava naginjanje rama vozila i nadgradnje u odnosu na
horizontalni položaj.
352
353
16. SISTEM ZA UPRAVLJANJE VOZILOM
16.1 Zadaci i klasifikacija sistema upravljanja
Sistem za upravljanje ima zadatak da mijenja i održava pravac kretanja vozila u
skladu sa zahtijevima puta, te osigurava neophodan manevar vozila. U opštem
sluaju sistem za upravljanje se sastoji od sklopova datih na slici 16.1.
Fv
hv
UT
F1
h1
UM
MM
F3
Fum
SM
PM
h2
IO
h3
Fj
au.v
UT - upravljaki toak,
UM - upravljaki mehanizam (MM - mehaniki mehanizam, SM - servomehanizam),
PM – prenosni mehanizam; IO – izvršni organ (tokovi, gusjenice),
Fv – sila na toku upravljaa (hv – odgovarajue zakretanje toka upravljaa),
FM- sila na toku vozila (Du.v – ugao zakretanja vozila)
F1, Fum, F3 – transformirane sile na pojedinim mjestima sistema upravljanja
h1, h2, h3 – pomaci na pojedinim mjestima sistema upravljanja
Sl. 16.1 Strukturna shema sistema upravljanja
Savremeni sistemi za upravljanje moraju ispuniti slijedee zahtjeve:
- osigurati visoke manevarske osobine sa brzim i oštrim zakretanjem na relativno
maloj površini, kao i stabilno kretanje vozila u položaju pravolinijskog kretanja;
16. Sistem za upravljanje vozilom
354
-
-
-
-
upravljanje mora biti lagano, bez djelovanja velikih sila (FV) na toku upravljaa;
kod putnikih vozila maksimalne vrijednosti te sile se kreu 4 y 7 daN, kod
teretnih vozila i autobusa 15 y 20 daN, a kod teretnih vozila velikih nosivosti i
do 30 y 40 daN;
upravljaki mehanizmi moraju biti pouzdani i sigurni u radu;
kinematika mehanizma mora biti takva da u krivini osigura kotrljanje svih
tokova bez klizanja kako bi se sprijeilo brzo trošenje pneumatika i poveao
stepen korisnosti mehanizma za upravljanje;
spontano vraanje upravljakih tokova po izlasku iz krivine u položaj
pravolinijskog kretanja pod dejstvom stabilizirajueg momenta;
mehanizam mora ublažiti udare izazvane neravninama puta, tako da se na
upravljakom toku prenose neznatne sile koje nee zamarati vozaa i time
smanjiti sigurnost kretanja vozila i
konstrukcija mehanizma treba imati što manje zazore, jer se kod veih zazora
teško održava putanja kretanja vozila, posebno pri velikim brzinama vozila ili
pri kretanju po razrovljenom putu.
Podjela sistema upravljanja može se izvršiti na slijedee naine:
a) Prema karakteru upravljanja:
- upravljanje tokovima,
- upravljanje osovinama,
- kombinirano upravljanje i
- bono zanošenje (gusjenina vozila).
b) Prema položaju vozakog mjesta:
- upravljanje sa lijeve strane vozila i
- upravljanje sa desne strane vozila.
c) Prema karakteru funkcioniranja upravljakog mehanizma:
- mehaniki mehanizmi i
- servomehaniki mehanizam.
Ako se poe od uproštenja da se upravljanje motornih vozila vrši sa krutim
tokovima, onda se može rei da e biti zadovoljen osnovni kinematski kriterij, ako
se ose obrtanja tokova sijeku u jednoj taki (0) – polu obrtanja, kako se to vidi na
slici 16.2. Ovdje je dato nekoliko karakteristinih izvedbi motornih vozila, koja
16.1 Zadaci i klasifikacija sistema upravljanja
355
w1
A
au
av
b
w2, 3
0
Ro
a)
w2
q
w1
+
av
au
w3, 4
Ro
b)
0
w2
w1
w4
w1, 2
w3
0
P
w3, 4
w5, 6
Ro
c)
Ro
0
d)
Sl. 16.2 Upravljanje vozilom sa krutim tokovima
zadovoljavaju osnovni kinematski kriterij (presjek osa obrtanja je u jednoj taki).
Upravljaki tokovi imaju u principu razliite uglove zakretanja (D) i razliite
ugaone brzine (Z). Pri ovom uslovu nee doi do proklizavanja nijednog toka.
Naravno, mehanizam upravljanja, koji obezbjeuje ove uslove, je dosta složeniji. Za
prostije (jednostavne) mehanizme upravljanja ne ostvaruje se osnovni kinematski
kriterij. Ose obrtanja tokova se ne sijeku u jednoj taki, što se vidi na slici 16.3.
Fp
a X
Y
Y
Fp a
X
av a u
av = a u = a
av
a au
0s 0
0u
X, Y – odgovarajue reaktivne sile od gurajue sile Fp
Sl. 16.3 Kinematika zaokretanja sa jednakim uglovima zakretanja
16. Sistem za upravljanje vozilom
356
Ovdje su prisutna dva centra (pola) okretanja (Os i Ou – slika 16.3). Sa ovim
rješenjem bi se moralo pojaviti i proklizavanje jednog od tokova, ime se narušava
i zadano voenje vozila u krivini, tj. narušava mu se stabilnost, uz poveano
trošenje pneumatika.
L
Kod cestovnih prevoznih sredstava
naješe se upotrebljava princip upravljanja
zakretanjem tokova samo jednog, obino
prednjeg mosta (slika 16.4). Zakretanje
tokova svih mostova primjenjuje se
rijetko, obino na specijalnim vozilima
(grejderi, prikolice velikih dužina,
zglobni autobusi itd.). Ove konstrukcije
znatno smanjuju prostor potreban za
okretanje vozila.
Zakretanjem upravljakih tokova za
neki ugao (slika 16.4) vozilo se pone
kretati oko nekog trenutnog pola O. Pol
je presjecište produžetka normalnih osa
svih tokova. Iz slike se jasno vidi da je
pri tome potrebno zakrenuti upravljake
tokove za razliit ugao (toak bliži polu
za nešto vei ugao E, a toak dalje od
pola za nešto manji ugao D).
B
D
B
A
C
a
b
0
Sl. 16.4 Kinematska shema okretanja vozila
sa jednim upravljakim mostom
Mehanizam upravljanja savremenih motornih vozila bazira na principu trapeznog
rasporeda prenosnih poluga. Izgled trapeza upravljanja vidi se na slici 16.5. Prikazan
je trapez upravljanja kod sistema sa tzv. zavisnim sistemom oslanjanja.
Formiranje sistema za upravljanje ide paralelno sa sistemom elastinog oslanjanja
motornog vozila. Ova zavisnost je neminovna jer se kinematika upravljakog
mehanizma prenosi s ovješene mase karoserije na neovješenu masu tokova. Ovo
se posebno odnosi na prenosni mehanizam, ukljuujui i trapez upravljanja.
B
d
B0
j0
b
Sl. 16.5 Trapez upravljanja
16.1 Zadaci i klasifikacija sistema upravljanja
357
d
Kod mehanizama s zavisnim sistemom elastinog oslanjanja, prednja kruta osovina
predstavlja jednu od komponenata trapeza sa stranicom Bo. Ostale dimenzije
trapeza upravljanja su b i d. One predstavljaju rastojanja izmeu zglobnih veza na
trapezu, bez razlike na njihovu stvarnu dužinu. U odnosu na osovinu upravljanja,
trapez može biti formiran ispred ili iza osovine u zavisnosti od koncepcije vozila i
raspoloživog
prostora.
Imajui
u
vidu
prednosti
i
nedostatke
jedne i druge kombinacije preporuuje
Bo
se kompozicija trapeza iza osovine, kako
je to pokazano na slici 16.6. Na ovaj
nain smanjena je dužina upravljake
B
A
spone “b” i na taj nain poveana njena
krutost protiv izvijanja.
b
Postavljanjem trapeza upravljanja iza
upravljake osovine ostvarena je njegova
jo
jo
zaštita protiv mehanikih ošteenja u
toku eksploatacije. Ako je kombiniran
upravljaki mehanizam sa sistemom
nezavisnog oslanjanja, onda je potrebno
voditi rauna o zamišljenoj dužini (Bo)
koja spaja take A i B (slika 16.6)
osovinica rukavaca oko kojih se okreu
Sl. 16.6 Trapez upravljanja iza (i ispred)
tokovi.
osovine
Imajui gornje u vidu, može se
konstatirati da je osnovni zadatak za
trapez upravljanja definirati ugao položaja bone poluge trapeza (Mo).
Za motorna vozila iji se odnos osovinskog rastojanja i traga upravljakih tokova
kree u granicama L/Bo = 2 y 2,5, za definiranje ugla Mo koristi se grafiki metod
dat na slika 16.7 a). Statistiki podaci za dužine bone poluge (d) vezani su za
dužinu vozila (L) ili prednje osnovine (Bo), i iznose
d
0,2 y 0,3 Bo
(16.1)
ili
d
0,08 y 0,16 L
.
(16.2)
16. Sistem za upravljanje vozilom
358
B
Bo
B
B
Bo
Bo
B
A
B
A
B
d
d
d
d
d
d
x = 2,5 B
A
jo
L
jo
jo
L
jo
C
D
E
C
D
C
D
E
C
E
2d
G
F
a)
b)
c)
Sl. 16.7 Grafike metode za odreivanje ugla trapeza
Za motorna vozila vee dužine od naprijed definiranog odnosa, može se prii
odreivanju ugla trapeza Mo prema jednom od postupaka prikazanim na slici 16.7 b)
i c). Sa slike 16.7 jasno se vidi nain definiranja ugla trapeza Mo.
16.2 Konstrukcija sistema upravljanja
Sistem za upravljanje s osnovnim elementima prikazan je na slici 16.8. Okretanje
toka upravljaa (8) se prenosi preko osovine upravljaa (7) na upravljaki
mehanizam koji se u ovom sluaju sastoji od puža (6) i pužnog toka (5). Za pužni
toak vrsto je vezana poluga (4) koja se naziva laktasti potiskiva (visea spona).
Laktasti potiskiva zglobno je vezan za uzdužnu sponu (gurajuu sponu) (3), koja
preko zgloba prenosi kretanje na gornju polugu okretnog rukavca (2), te se lijevi
rukavac poinje okretati oko svoje osovinice. Lijevi rukavac je donjom polugom (10)
(ista ima i na desnom rukavcu) i poprenom (vezujuom) sponom (9) vezan za
desni rukavac te se tako vrši i njegovo okretanje oko osovinice, ime se na taj nain
vrši sinhrono zaokretanje upravljakih tokova.
16.2 Konstrukcija sistema upravljanja
359
8
7
6
2
5
9
4
3
10
1
1 - okrugli rukavac, 2 - gornja poluga okretnog rukavaca, 3 - uzdužna spona (gurajua), 4 - laktasti
potiskiva (visea spona), 5, 6 - upravljaki mehanizam, (5 - pužni toak, 6 - puž), 7 - stub
upravljaa, 8 - toak upravljaa, 9 - spona (vezujua), 10 - donja poluga okretnog rukavca.
Sl. 16.8 Shema sistema upravljanja
Zbog boljeg uvida u funkcioniranje sistema upravljanja i njegove veze s ramom
vozila i elementima elastinog oslanjanja, na slici 16.9 dat je sistem upravljanja u
dvije projekcije, sa popisom elemenata sistema upravljanja.
8
12
5,6
7
4
3
11
9
2
10
3
a
a
1 - rukavac toka,
2 - poluga rukavca,
3 - uzdužna spona,
4 - poluga upravljaa,
5, 6 - upravljaki mehanizam
7 - stub upravljaa,
8 - volan (toak upravljaa),
9 - vezujua spona,
10 - donja poluga
11 - elastini elemenat (lisnati gibanj)
12 - ram vozila
1
Sl. 16.9 Princip rada sistema upravljanja
16. Sistem za upravljanje vozilom
360
Konstruktivna izvedba veze sistema upravljanja s ramom vozila (12), tokom vozila
i elastinim elementom (11) na slici 16.9, omoguava da se prenos sila sa toka na
elastini elemenat (11) i sponu (3) kompenzira zakretanjem spone (3), tako da voza
praktino ne osjeti nikakve eventualne udare sila od neravnina puta.
U nastavku e se dati osnovne konstruktivne karakteristike pojedinih sklopova
sistema upravljanja.
16.2.1 Toak upravljaa sa stubom upravljaa
U sklopu upravljaa su toak upravljaa (volan) (8) i stub upravljaa (7, slika 16.8).
Na stubu upravljaa nalazi se i upravljaki mehanizam. Ovdje e se posebno istai
toak upravljaa sa stubom (vratilom) upravljaa.
Dimenzije toka upravljaa se biraju tako da voza sa uobiajenom silom (Fv), bez
velikog zamaranja, može upravljati vozilom. Maksimalna sila koju voza prenosi na
toak upravljaa ne bi smijela biti vea od 200 N. Na osnovu toga se definira
poluprenik toka. Naravno, ako postoje pojaivai kod prenosa sile od vozaa do
tokova vozila, onda je ovaj izbor daleko jednostvniji i osnovnu ulogu za dimenzije
toka upravljanja ima funkcionalnost i estetski izgled.
U novije vrijeme na toku upravljaa se montiraju i neki drugi elementi (air bag,
komande za radio, tempomat itd.), što direktno utjee na dimenzije toka upravljaa.
Toak upravljaa nalazi se na vratilu koje se izrauje od cijevi, a vratilo je obloženo
kuištem. Kod nekih vozila se na kuištu volana nalazi ruica mjenjaa. Tu su i ostale
uobiajene komande (svjetla, brisai itd.). Kod nekih vozila izrauje se tzv. sigurnosna
konstrukcija vratila (slika 16.10). Na slici 16.10 a) jedan je dio vratila izraen od
perforirane cijevi. Ta perforacija se, pri naletu vozaa na volan tokom
b)
D
a)
c)
Sl. 16.10 Izvedba sigurnosnog vratila upravljaa
16.2 Konstrukcija sistema upravljanja
361
sudara sabija i tako štiti vozaa od veih ozljeda grudnog koša. Konstrukcija vratila na
slici 16.10 b) ima cijev koja je uzdužnim žljebovima spojena s drugom cijevi, i pri
aksijalnom optereenju u nju ulazi. Trea konstrukcija je najjednostavnija, prenosi
samo torziju, a pri djelovanju aksijalne sile teleskopski se sklopi (slika 16.10 c)).
Novije konstrukcije veze toak upravljaa – stub upravljaa rade se tako da se može
podešavati visina toka upravljaa i njegov nagib, ime se maksimalno poboljšava
komfor vozaa.
16.3 Upravljaki mehanizam
Upravljaki mehanizam treba obezbijediti:
- stabilno kretanje u pravcu,
- malu silu na toku upravljaa koje obezbjeduje zakretanje upravljakih
toškova na mjestu na asfaltnoj podlozi i
- proporcionalan odnos sile na toku upravljaa i momenta zakretanja
upravljakih tokova.
Karakterizira ga prenosni odnos i stepen korisnog dejstva. Prenosni odnos
upravljakog mehanizma kod putniikih vozila se kree u granicama od 12 do 20, a
kod teretnih vozila i autobusa od 16 do 32. Ovaj prenosni odnos se uveava za
prenosni odnos spona, koji zavisi od konstrukcije upravljakog mosta. U zavisnosti
od vrste prenosnih elemenata u kuištu, upravljaki mehanizmi se mogu podijeliti na:
- pužne,
- zavojne,
- zupaste,
- kulisne i
- kombinirane.
Pužni prenosnik upravljakog mehanizma prikazan je na slici 16.11, a na slici 16.12
upravljaki mehanizam sa globoidnim prenosnikom. Pužni prenosnik se sastoji od
puža (1), koji je vrsto vezan za vratilo upravljaa (2), i pužnog toka (3) ili pužnog
segmenta. Pužni par je smješten u kuište upravljaa (4) u kome se nalazi ulje za
podmazivanje pužnog para. Pužni prenosnik je jednostavan po konstrukciji, a
glavni nedostatak je veliki otpor trenja klizanja pri okretanju.
16. Sistem za upravljanje vozilom
362
2
4
1
3
5
1 - puž, 2 - vratilo upravljaa, 3 - pužni toak,
4 - kuište, 5 - laktasti potiskiva
1 - ležaj, 2 - vreteno upravljaa, 3 - zaptivka,
4 - poluga upravljaa (laktasti potiskiva),
5 - globoid upravljaa, 6 - vijak
Sl. 16.11 Shema pužnog upravljakog
mehanizma
Sl. 16.12 Upravljaki mehanizam sa
globoidnim pužnim prenosnikom
Zavojni prenosnik upravljakog mehanizma ima izgled kao na slici 16.13.
Danas se uglavnom od upravljakih
zupastih mehanizama najviše koriste
mehanizmi sa zupastom letvom
(slika 16.14). Upravljaki mehanizmi sa
zupastom letvom vrlo dobro se
uklapaju sa poprenom sponom, a
njihova primjena kod vozila s
nezavisnim ovješenjem omoguava
postojanje svega etiri zgloba u trapezu
upravljanja, dok bi u sluaju ugradnje
drugih tipova upravljakog mehanizma
bilo potrebno najmanje šest zglobova.
Upravljaki mehanizam sa zupastom
letvom ima niz dobrih osobina:
jednostavna konstrukcija, visok stepen
korisnog dejstva, male gabaritne
dimenzije, neposredan spoj zupaste
letve i spona; dok su osnovni nedostaci:
osjetljivost na udare, ograniena dužina
spona i relativno mali vijek trajanja.
Sl. 16.13 Zavojni upravljaki mehanizam
Detaljnija shema ovog mehanizma s
principom rada data je na slici 16.14.
16.3 Upravljaki mehanizam
363
Sl. 16.14 Shema upravljakog mehanizma sa zupastom letvom
Upravljaki kulisni mehanizmi koriste se pretežno na teškim motornim vozilima i
autobusima, a posebno na vozilima koja su namijenjena kretanju po teškim
terenima. Izvode se s jednim ili dva prsta. Izgled upravljakog kulisnog mehanizma
sa jednim i dva prsta (obrtnim i kliznim) prikazan je na slici 16.15. Upravljaki
kulisni mehanizam sa jednim prstom je jako optereen mehanizam, pa ga je u
a) kulisni mehanizam sa jednim prstom, b) kulisni mehanizam sa dva prsta
Sl. 16.15 Upravljaki kulisni mahanizmi
16. Sistem za upravljanje vozilom
364
posljednje vrijeme potisnuo kulisni
mehanizam sa dva prsta.
Savremene konstrukcije upravljakih
prenosnika zasnivaju se na kombinaciji
klasinih izvedbi. Tako je na slici 16.16
data
konstrukcija
upravljakog
mehanizma kombinirana od zavojnog i
zupastog prenosnika.
1 - vratilo upravljaa, 2 - vreteno upravljaa,
3 - segment upravljaa, 4 - sprovodne cijevi
kuglica, 5 - navrtka
Sl. 16.16 Kombinirani upravljaki
mehanizam
16.4
Prenosni mehanizam (spone)
Veza izmeu upravljakog mehanizma sa tokovima ostvaruje se preko prenosnog
mehanizma koji služi za obezbjeenje pravilne kinematike zaokreta tokova.
Prenosni mehanizam mora biti usklaen sa sistemom ovješenja tako da njegova
pomjerana u odnosu na ram ne utjeu na sigurnost upravljanja. Ranije je pokazano
da se dobra upravljivost može osigurati trapezom upravljanja. Kod zavisnog
ovješenja trapez stvaraju spone i poprena greda (kuište mosta), a kod nezavisnog
ovješenja tokova sa kojima se upravlja, trapez upravljanja ine spone i zamišljena
linija koja povezuje ose rukavaca lijevog i desnog toka. Principijelno trapezi
upravljanja mogu biti sa jednodijelnom i višedijelnom poprenom sponom.
Na slici 16.17 prikazano je nekoliko izvedbi upravljakog sistema s poprenom
sponom (2) iz jednog dijela. Ova rješenja se primjenjuju kod teretnih vozila i
autobusa, pod uslovom da je prednji upravljaki most sa zavisnim oslanjanjem.
Uzdužne i poprene spone su uglavnom cjevastog oblika, dok su poluge ovalnog
oblika. Spojevi izmeu zglobova i cijevi spona ostvaruju se pomou navoja
(podesiva veza) ili sa grebenastim rukavcem (kruta veza).
Na slici 16.18 prikazano je nekoliko shema izvedbe upravljakog trapeza lakih
vozila sa poprenom sponom koja se sastoji iz srednjeg dijela (2) i dvije bone
pokretne poluge (3), dok je uzdužna spona oznaena sa (1). Ova rješenja se koriste
u sluaju kad je prednji upravljaki most sa nezavisnim oslanjanjem.
16.4 Prenosni mehanizam (spone)
365
3
3
1
4
2
a)
1
2
3
a)
3
5
4
3
3
4
2
1
b)
1
4
b)
5
3
3
2
2
1
c)
4
4
3
5
c)
1
d)
2
2
2
4
5
1 - uzdužna spona, 2 - poprena spona,
3 - upravljaki mehanizam, 4 - toak upravljaa
1 - uzdužna spona, 2 - poprena spona,
3 - bona pokretna poluga, 4 - upravljaki
mehanizam, 5 - toak upravljaa
Sl. 16.17 Nekoliko shema izvoenja trapeza
upravljanja kod zavisnog ovješenja
upravljakog mosta
Sl. 16.18 Nekoliko shema izvoenja trapeza
upravljanja
kod
nezavisnog
ovješenja upravljakog mosta
Zglobne veze izmeu spona se ostvaruju zglobovima koji su po konstrukciji razliiti
u odnosu na to da li se radi o vezi kod uzdužnih ili poprenih spona (slika 16.19).
Izvedbe date na slici 16.19 a), b) i c) mogu se primjenjivati za vezu rukavca i
poprene spone, a zglob na slici 16.19 d) primjenjuje se obino za vezu uzdužnih
spona. Danas se zglobovi obino izrauju sa samoregulacijom zazora i mogunosti
pomicanja u svim pravcima.
16. Sistem za upravljanje vozilom
366
8
8
1
4
4
1
2
2
3
3
4
6
3
1
5
1
7
9
2 3
a)
b)
c)
d)
1 - kugla zgloba, 2 – posteljica, 3 - opruga; 4 - zaptivka; 5 - matica poprene spone; 6 - dvodijelni
umetak, 7 - gumena obloga, 8 - krunasta matica, 9 - vijak i matica
Sl. 16.19 Zglobovi mehanizama za upravljanje
U nastavku je prikazano nekoliko konkretnih primjera izvoenja prenosnog
mehanizma. Tako je na slici 16.20 prikazan prenosni mehanizam koji se koristi kod
teretnih motornih vozila, iji je upravljaki most sa zavisnim sistemom elastinog
oslanjanja.
5
6
3
2
1
4
1 - upravljaki mehanizam, 2 - laktasti potiskiva, 3 - uzdužna spona, 4 - gornja poluga okretnog
rukavca, 5 - spona, 6 - donja poluga okretnog rukavca
Sl. 16.20 Prenosni mehanizam teretnog motornog vozila
Ilustracija na slici 16.21 pokazuje prenosni mehanizam putnikog vozila sa
nezavisnim sistemom elastinog oslanjanja. Prenosni mehanizmi putnikih
motornih vozila su nešto složeniji pa se prilikom kompozicije prednje osovine
nailazi na probleme postavljanja prenosnog polužja.
16.4 Prenosni mehanizam (spone)
367
Sl. 16.21 Prenosni mehanizam putnikog motornog vozila
Iz istog razloga, a s obzirom i na manje sile u mehanizmu rade se iskrivljene poluge.
Na ovaj nain poluga je našla svoje mjesto i funkciju, a u isto vrijeme ublažen je
utjecaj dinamikog udara uslijed vanjskih poremeaja.
Hidromehaniki sistemi upravljanja imaju nešto složeniji prenosni mehanizam. Na
slici 16.22, data je ilustracija hidrostatikog upravljanja motornim vozilom, klasine
izvedbe. Ovakvi prenosni mehanizmi koriste se kod teških vozila, posebno
graevinskih mašina.
5
3
2
6
4
1
8
7
9
1 - vratilo upravljaa, 2 - hidrauliki razvodnik upravljanja, 3,4 - dovod i odvod hidraulike tenosti
od pumpe, 5 - toak upravljaa, 6 - hidrauliki vodovi, 7 - hidrauliki cilindar, 8 -poluge, 9 - spona
Sl. 16.22 Hidrostatiki prenosni mehanizam upravljanja
16. Sistem za upravljanje vozilom
368
16.5
Geometrija upravljakih tokova
Da bi vozilo moglo mijenjati pravac kretanja, mora se omoguiti zaokretanje
tokova koji se nalaze na upravljakom mostu, bilo da su pogonski ili gonjeni. Osim
ovoga zadatka, upravljaki most mora omoguiti prenos sila, koje djeluju izmeu
kolovoza i rama ili karoserije vozila (vertikalnih, uzdužnih i bonih), a takoer i
reaktivnih momenata. Ove sile i momenti prenose se elastinim i vodeim
elementima sistema ovješenja. Ovješenje mora biti konstruirano tako da obezbijedi
pravilnu kinematiku upravljakih tokova. Pravilan položaj tokova, kojim se
postiže lagano upravljanje uz ostvarenje neophodne stabilnosti, zahtijeva pravilan
izbor uglova položaja tokova i osovinica oko kojih se vrši zakretanje tokova
(osovinice rukavca).
Neke od konstruktivnih izvedbi rukavaca upravljakih tokova date su na slici 16.23.
Upravljaki most je izveden tako da na krajevima omoguava vezu sa rukavcem (1)
preko osovinice rukavca (2) oko koje se vrši okretanje tokova sa kojima se vrši
upravljanje. Rukavci na lijevoj i desnoj srani upravljakog mosta vezani su
polugama. Jedan od rukavaca je za mehanizam za upravljanje vezan gornjom
polugom, što je prikazano na slici 16.8
1
2
1
2
1 – rukavac, 2 – osovinica rukavca
Sl. 16.23 Konstruktivne izvedbe rukavca upravljakog toka
Tokovi motornog vozila, kao izvršni organi u sistemu upravljanja, ostvaruju
direktan kontakt s podlogom i imaju osnovni zahtjev da ostvaruju pravilno voenje
vozila u pravcu i krivini, sve u granicama sila prijanjanja. U tom smislu, upravljaki
tokovi imaju i svoju geometriju položaja kako bi poništili ili ublažili sve vanjske i
unutarnje utjecaje i omoguili toku nesmetanu rotaciju u pravcu usmjerene vožnje.
Osnovne geometrijske veliine upravljakih tokova su konstruktivnog karaktera i
odnose se na slijedee:
- nagib tokova,
- boni nagib osovinice rukavca,
- zatur tokova (uzdužni nagib osovinice toka) i
- uvlaenje tokova.
16.5 Geometrija upravljakih tokova
369
Nagib upravljakih tokova prema unutrašnjosti vozila provodi se iz odreenih
tehniko-eksploatacionih razloga. Ravan obrtanja toka nije normalna na podlogu
vožnje nego je nagnuta prema vertikali za ugao “J” kako je to pokazano na
slici 16.24. Nagib toka u odnosu na podlogu izvodi se na taj nain, da se u fazi
konstruiranja upravljakog toka, osa rukavca nagne prema horizontali za isti
ugao J. Ovaj konstruktivni zahvat se provodi zbog vještakog stvaranja bone
sile Y kojom se iskljuuje zazor u bonom smjeru tokova u njegovom uležištenju.
S realizacijom nagiba toka ostvaruje se bolje voenje vozila u pravcu i lakše
ispravljanje tokova. Ovaj nagib tokova kree se u granicama J = (1y2)°, a rjee i
do 3°.
Boni nagib osovinice rukavca se provodi iz osnovnog razloga smanjenja otpora
upravljanja i boljeg održavanja pravca. Moment zakretanja toka se pojavljuje kao
proizvod sile otpora izmeu toka i podloge i kraka do ose okretanja.
Boni nagib osovinice rukavca ima za cilj, ne samo da smanji radijus aktivnog
okretanja toka, odnosno momenat okretanja, nego da povea i stabilnost
upravljanja i pravilno voenje vozila u pravcu, kao i brže ispravljanje tokova u
krivini kako je to i pokazano na slici 16.24.
Imajui u vidu naprijed reeno, uglovi nagiba osovinice rukavaca kreu se u
granicama G = (6 y 8)°, a veliina realnog radijusa zakretanja toka u granicama
e’ = (10 y 60) mm.
Zatur tokova ili uzdužni nagib osovinice rukavca, ima presudnu ulogu u
kvalitetnom voenju tokova i brzom ispravljanju tokova pri izlasku iz krivine.
Realizacija ovog konstruktivnog zahvata se provodi na taj nain da se osovinici
rukavca toka daje još jedan nagib po dužini vozila u ravni toka pod uglom “H”,
kako je to pokazano na slici 16.25. Na ovaj nain produžena osa osovinice toka
pada u taku A, ispred teoretskog kontakta toka i podloge u taki B. Ovakva
konstruktivna izvedba ima isti efekat kao da je osovinica toka postavljena ispred
ose simetrije toka u vertikalnoj ravni, kao što je to nacrtano na slici 16.25 crtkanim
linijama. Krajnji efekat je taj da se toak ponaša kao vuen, a ne guran i ima
tendenciju kotrljanja po pravcu.
Da bi ova veliina bila u granicama optimalnih, konstruktivna veliina ugla zatura
osovinice se kree u granicama H = (1y2)°, a najviše H =5°. Ugao H se pojavljuje i
kao funkcija dimenzije pneumatike. Za vee dimenzije pneumatike ugao zatura je
manji i obrnuto.
16. Sistem za upravljanje vozilom
370
e
vv
g
0
e
A
a
Rf
d
0
A
Y
e’
a
B
B
av
B
Rf
A
au
Sl. 16.24
Nagib upravljakih tokova
motornog vozila
Sl. 16.25 Ugao zatura tokova
Uvlaenje upravljakih tokova motornog vozila u pravcu vožnje, kako je to
pokazano na slici 16.26, ima osnovnu funkciju da prednapregne tokove upravljanja
i ospori njihove vibracije. Ovo je
posebno interesantno kod slobodnih
vv
upravljakih tokova gdje je vanjska sila
Bo
otpora kotrljanja relativno mala. Tamo
y
y
0
gdje se radi o pogonskim upravljakim
2
2
tokovima, ovaj konstruktivni zahvat
y
ima manjeg znaaja jer su vanjske sile,
ovom prilikom reaktivne sile zbog
utjecaja pogona, mnogo vee i definiraju
stabilnost upravljakih tokova više
nego kod slobodnih upravljakih
tokova.
B
Fenomen vibracije upravljakih tokova,
esto popularno nazvan poigravanje
Sl. 16.26 Uvlaenje upravljakih tokova
upravljakih tokova, javlja se u vožnji
vozila
pri velikim brzinama na putu sa malim
koeficijentom otpora puta, a da pri tome
nije izvršeno podešavanje uvlaenja tokova.
Uzrok ovoj fizikalnoj pojavi vibracije upravljakih tokova treba tražiti u ranije
postavljenim konstruktivnim zahtjevima.
Ako se ima u vidu konstruktivno rješenje nagiba upravljakog toka prema
slici 16.24, onda se može konstatirati da toak rotira oko svoje ose vezano za centar
16.5 Geometrija upravljakih tokova
371
okretanja oko centra “0”. U ovom sluaju toak bi imao vožnju po luku a ne u
pravcu kako mu je zadato kretanje. Da bi se anuliralo ovaj utjecaj vožnje po luku
toku se daje ugao uvlaenja, pa se na taj nain i trenutni pol “0” pomjera u smjeru
vožnje. Toak ostaje prednapregnut i nema mogunosti slobodne oscilacije
izazvane vanjskim utjecajima. Toak se rotira uz malo proklizavanje sa podlogom.
Da ovo proklizavanje ne bi bilo preveliko, što izaziva dodatno trošenje pneumatika
i poveanu silu vanjskih otpora, definirane su vrijednosti ugla uvlaenja
\/2 = (2y3)°. S obzirom na to da je otežano ovo mjerenje, praktian postupak
mjerenja je preko odstojanja prednjeg dijela i zadnjeg dijela upravljakih tokova.
Ovo odstojanje se mjeri na elinim obruima i njegova razlika treba iznositi
'B = 2y3 mm u korist zadnje dimenzije.
16.6
Servoureaji sistema za upravljanje
Upravljanje vozilima velike nosivosti zahtijeva veliki fiziki napor od vozaa.
Naroito teško je upravljati vozilom pri kretanju po lošim putevima. Da bi se
omoguilo lako upravljanje ovim vozilima u sistem za upravljanje se ukljuuju
specijalni servomehanizmi iji je osnovni zadatak da se smanji potrebna sila na
toku upravljaa, a samim tim da se povea manevarska sposobnost vozila.
U današnje vrijeme, servoureaji upravljakih mehanizmama se ugrauju i na laka
vozila. Namjena servoureaja u ovom sluaju je ne samo da olakša upravljanje,
nego da omogui bezbjedno kretanje visokim brzinama jer u sluaju eksplozije
gume na prednjim tokovima, daleko je lakše održati kretanje u pravcu kod sistema
upravljanja sa servoureajem.
Konstrukcija servoureaja u sistemu za upravljanje mora ispuniti slijedee zahtjeve:
a) u sluaju kvara servomehanizma ne smije se narušiti normalno funkcioniranje
sistema upravljanja,
b) nemogunost samoukljuenja servoureaja uslijed utjecaja neravnina puta pri
pravolinijskom kretanju i
c) da je okretanje upravljakih tokova proporcionalno ugaonom pomjeranju
toka upravljaa.
Prema konstruktivnoj izvedbi i vrsti prenosnih medija tipovi servoureaja su:
- hidrauliki,
- pneumatski i
- elektrini.
Bez obzira na konstrukciju, servoureaj mora imati slijedee osnovne elemente:
1. Izvor energije – kod hidraulinog servoureaja je to hidraulina pumpa koja
dobiva pogon od motora, kod pneumatskog servoureaja izvor energije je
16. Sistem za upravljanje vozilom
372
kompresor sa rezervoarom zraka, a kod elektrinih servoureaja je to izvor
elektrine energije.
2. Servoureaj služi za predaju sila na sistem upravljanja. Kod hidraulikih i
pneumatskih servomehanizama je to radni cilindar koji pretvara energiju
radnog fluida (tenosti ili zraka) u silu koja dejstvuje na sistem upravljanja, a
kod elektrinih servomehanizama energija se predaje na upravljakom
mehanizmu.
3. Razvodnik mora omoguiti distribuciju radnog fluida u jedan ili drugi dio
radnog cilindra u zavisnosti od potrebnog smjera obrtnog momenta na
upravljaki toak, te da prekine dovod radnog fluida kada se dostigne
zaokretanje toka diktirano tokom upravljaa.
Na slici 16.27 prikazana je shema hidraulinog servoureaja. Pumpa (2) – izvor
energije ostvaruje odreeni pritisak ulja u magistrali (6) i akumulatoru (3). Ako
pritisak naraste iznad dozvoljenih granica preko sigurnosnog ventila se uspostavlja
prazan hod pumpe. Pritisak u uljnoj magistrali dostiže 60 y150 bar.
10
1
2
3
9
13
8
4
6
14
7
12
5
11
1 - rezervoar ulja, 2 - pumpa, 3 - akumulator pritiska, 4 - klip razvodnika (diferencijalni klip),
5 - radni cilindar, 6 - uljna magistrala, 7 - toak upravljaa, 8 - razvodnik (tijelo), 9, 10 - prelivni
vodovi, 11, 12 - vodovi radnog cilindra, 13 - toak, 14 - veza toka sa kuištem razvodnika
Sl. 16.27 Shema hidraulikog servoureaja
Prilikom okretanja toka upravljaa (7), diferencijalni klip (4) razvodnika (8) se
pomjera i otkriva kanal uljne magistrale (6), a zatvara prelivni kanal (9). Sada ulje
pod pritiskom iz kanala (6) kroz kanal (11) dolazi do radnog cilindra (5) koji preko
klipa i klipnjae pomjera upravljajui toak (13). Pošto je upravljajui toak preko
poluge (14) vezan za kuište razvodnika (8), on vrši pomjeranje kuišta razvodnika
16.6 Servoureaji sistema za upravljanje
373
u pravcu pomjeranja diferencijalnog klipa (4), te klip razvodnika dolazi u neutralan
položaj, pa se dovod ulja u radni cilindar prekida. Poluga (14) ostvaruje u ovom
sluaju povratnu spregu. Da bi se toak (13) zaokrenuo za vei ugao potrebno je
produžiti okretanje toka upravljaa (7). Prilikom vraanja toka (13) u neutralni
položaj proces se odigrava obrnuto.
S obzirom na to da je vrlo važan osjeaj „sigurnog“ upravljanja sa tokom
upravljaa, hidrauliki servoureaji se konstruiraju tako da im se efekat pojaanja
smanjuje sa poveanjem brzine kretanja vozila. Na veim brzinama kretanje vozila
smanjuju se otpori upravljanja na tokovima vozila, tako da je tu i važnost funkcije
servoureaja smanjena.
Na slici 16.28 prikazana je shema pneumatskog servomehanizma. S obzirom na
pritisak koji se postiže u zranoj instalaciji na vozilu (do 10 bar), pneumatski
servomehanizmi ne postižu visoke efekte pojaanja kao hidrauliki. S obzirom na
relativno niske pritiske zraka, gabaritne dimenzije pneumatskih servoureaja su
d
d
5
6
9
4
3
1
2
7
8
1 - poluga, 2 - spona, 3, 4 - poluge, 5 - šipka, 6 - razvodnik sa ventilima, 7 - cijev za komprimirani
zrak, 8 - radni cilindar sa klipom, 9 - klackalica
Sl. 16.28 Shema pneumatskog servoureaja
vee (zapremina radnog cilindra pneumatskog servoureaja je oko 10 puta vee u
odnosu na hidrauliki).
Pneumatski servomehanizam sastoji se od radnog cilindra (8) s klipom, razvodnika
s ventilima (6), polugama (3) i (4) i šipke (5). Sabijeni zrak iz rezervoara se dovodi
kroz cjevovod (7) do ventila (6). Prilikom okretanja toka upravljaa preko
prenosnika upravljakog mehanizma dolazi do kretanja poluge (1), a preko nje i do
kretanja kratke poluge (4) koja na osovinici oko koje se okree ima zazor G. Kada se
zazor poništi dolazi do pokretanja šipke (5) koja preko klackalice (9) djeluje na
374
16. Sistem za upravljanje vozilom
jedan od ventila (6), što za posljedicu ima da u jednu od zapremina radnog cilindra (8)
dolazi zrak pod pritiskom. Pri tome se klip pomjera i pokree polugu (3), ostvarujui
dopunsku
silu na
sponu
(2).
Istovremeno sabijeni zrak vrši pritisak
na ventil koji teži da se pomjeri prema
gore i preko poluge (1), upravljaki
mehanizam predaje silu na toak
upravljaa (voza “osjea” otpor puta).
Ako u instalaciji nema komprimiranog
zraka, kratka poluga (4) poslije
savladavanja slobodnog hoda potiskuje
polugu (3) koja vrši prenos kretanja na
sponu (2), kao i kod obinog
mehanikog sistema upravljanja.
1 - toak upravljaa, 2 - stub upravljaa sa
promjenjivom dužinom, 3 - meuvratilo
upravljaa,
4 - uprvljaki mehanizam,
5 - elektrini servopojaiva sa elektronskom
jedinicom, 6 - zupasta letva prenosnog
mehanizma
Sl. 16.29 Shema upravljakog sistema sa
elektrinim servoupravljaem
Dva naprijed opisana servoureaja
uslovljena su postojanjem instalacije za
komprimirani zrak, odnosno hidrauline
instalacije, što dodatno komplicira
instalacije na vozilu. Hidraulina
instalacija kod putnikih vozila u novije
vrijeme se izbjegava uvoenjem
elektrinih
servoureaja
na
upravljakom mehanizmu. Ovi ureaji
su po svojoj koncepciji najjednostavniji
uz veliku efikasnost pojaanja ulaznog
signala. Primjer izgleda upravljakog
sistema sa elektrinim servoupravljaem
prikazan je na slici 16.29.
375
17. SISTEMI KOENJA VOZILA
17.1 Zadaci sistema za koenje vozila
Osnovni uslov koji, u odnosu na sigurnost u prometu, treba ispuniti svaki sistem
koenja jeste da uz maksimalnu moguu efikasnost ne ugrozi stabilnost kretanja i
upravljivost vozila pri koenju. Ovo e biti ostvareno samo u sluaju kada se pri
koenju ne ugrozi osnovna funkcija toka - njegovo kotrljanje po podlozi.
Ako se koi toak koji se kree po podlozi, tada se izmeu toka i podloge
pojavljuje sila koenja iji je pravac suprotan pravcu kretanja toka. Sila
koenja (Fk), sila otpora zraka i otpora kotrljanja (kretanje po ravnom putu)
omoguavaju zaustavljanje vozila pri koenju. Ako je Fk = 0, zaustavljanje vozila se
dešava pod dejstvom sila otpora zraka i otpora kotrljanja iji je efekat neznatan
(slika 17.1 – kriva 1). Prilikom koenja bez iskljuivanja transmisije otpor obrtanja
tokova se poveava na raun momenta otpora motora i poveanih otpora u
transmisiji. Pri koenju motorom znatno se skrauje put vozila do potpunog
zaustavljanja (slika 17.1 – kriva 2). Efekat koenja još više raste ako se povea
moment otpora na vratilu motora. Ovaj efekat se postiže ako se iskljui rad motora
i tada motor radi kao kompresor (slika 17.1 – kriva 3). Najbolji efekat koenja se
dobije korištenjem posebnog sistema za koenje vozila koji dejstvuje neposredno na
tokove ili na jedno od vratila transmisije, te ostvaruje znatnu silu koenja Fk
(slika 17.1 – kriva 4).
120
100
vv [km/h]
80
60
40
2
3
4
1
20
0
200
400
600
800
1000 S k [m]
1 - kriva zaustavnog puta koenja s
iskljuenom transmisijom,
2 - kriva zaustavnog puta koenja s
ukljuenom transmisijom,
3 - kriva zaustavnog puta koenja
kada motor radi kao kompresor,
4 - kriva zaustavnog puta koenja
pri djelovanju koionog sistema.
Sl. 17.1 Zavisnost puta koenja od naina koenja
Ako se razmotri proces koenja koji se ostvaruje sistemom za koenje, na osnovu
dijagrama koenja (slika 17.2) koji predstavlja zavisnost sile koenja(Fk) od
376
17. Sistemi koenja vozila
vremena, tj. Fk = Fk (t) ili zavisnost usporenja vozila (jk) prilikom koenja od
vremena, tj. jk = jk (t), mogue je proces koenja analizirati po fazama.
Kao poetak posmatranja uzee se taka
Fk
0 kada je voza primio signal “koiti”.
jk
Za vrijeme t1 dolazi do izvršavanja
primljenog vanjskog signala, tj. do
pokretanja noge ka pedali i savladavanje
zazora u sistemu koenja. Vrijeme t1 se
uobiajeno kree u intervalu 0,2 y 1,5 s i
0
naziva
se “vrijeme reakcije vozaa” i
t 2‘ t 2“
t
t3
t4
t2
t1
zavisi od individualnih osobina i
kvalifikacije vozaa.
Vrijeme t2 u toku koga dolazi do pojave
Sl. 17.2 Dijagram koenja vozila
sile koenja u maksimalnom iznosu
može se posmatrati kao zbir vremena t’2,
koje odgovara odzivu sistema koenja (od poetka radnog hoda pedale konice do
pojave sile koenja na tokovima), i vremena t "2 koje definira porast sile koenja do
njene granine vrijednosti. U zavisnosti od sistema za aktiviranje mehanizma
koenja, vrijeme t'2 se kree u granicama t’2 = 0,02 y 0,05 s (kod hidraulikog
sistema) i t’2 = 0,2 y 0,5 s i više (kod pneumatskog sistema), dok se vrijeme t''2
kree u granicama t''2 = 0,2 s (hidrauliki sistem) i t''2 = 0,5 y 1,0 s (pneumatski
sistem).
Vrijeme t4 naziva se vrijeme otkoivanja i iznosi 0,2 y 2 s, donja granica odgovara
hidraulikom sistemu, a gornja pneumatskom sistemu.
Iz dijagrama na slici 17.2 se vidi da je za potpuno zaustavljanje vozila, od momenta
kada je uoena opasnost, potrebno vrijeme t1 + t2 + t3 dok se efektivno koenje vrši
samo u toku vremena t3. U vremenu t1 + t2, vozilo praktino zadržava
nepromijenjenu brzinu kretanja.
Pri koenju vozila mogue je ostvariti etiri karakteristina režima:
- koenje u sluaju iznenadne opasnosti (naglo koenje),
- normalno koenje,
- djelomino koenje i
- koenje vozila u stanju mirovanja.
Prilikom koenja u sluaju iznenadne opasnosti, neophodno je obezbijediti
minimalni put koenja (maksimalno usporenje), bez gubitaka stabilnosti (zanošenja)
vozila. Koenje u sluaju iznenadne opasnosti je praktino najznaajniji proces
koenja jer odreuje bezbjedno kretanje vozila, iako se upotrebljava veoma rijetko
(3 y 5% od ukupnog broja koenja).
17.1 Zadaci sistema za koenje vozila
377
Normalno koenje ima za cilj smanjenje brzine vozila s normalnim usporenjem
koje ne utjee na udobnost vožnje. Ovaj režim koenja je najviše zastupljen režim u
odnosu na ukupan broj koenja.
Režim djelominog koenja sa malim ili srednjim intenzitetom koristi se prije svega
na putevima sa padom ije dužine mogu biti od nekoliko stotina metara do
nekoliko kilometara.
Koenje vozila koje se nalazi u stanju mirovanja mora obezbijediti da vozilo stoji
neogranieno dugo na takvom usponu koji se može savladati u najnižem stepenu
prenosa.
U energetskom smislu proces koenja je krajnje neracionalan jer se kinetika
energija vozila, dobivena na raun transformacije energije goriva u motoru, troši na
trenje i trošenje koionih obloga i doboša, odnosno diska.
Sistem koenja mora ispuniti sljedee uslove:
a) obezbijediti minimalni put koenja ili maksimalno mogue usporenje pri
naglom koenju; da bi se ovaj uslov ispunio mora se obezbijediti kratak odziv
sistema koenja na komandu, istovremeno koenje svih tokova i potrebna
preraspodjela sila koenja po mostovima;
b) obezbijediti stabilnost vozila pri koenju;
c) obezbijediti potrebnu udobnost putnika pri koenju; da bi se ovaj zahtjev
ispunio potrebno je obezbijediti ravnomjeran porast sile koenja, koji je
proporcionalan pritisku na pedalu konice;
d) obezbijediti dobro funkcioniranje sistema koenja i pri uestalom koenju, što
je vezano sa dobrim odvoenjem toplote, pošto u tom sluaju ne dolazi do
znatnijih promjena koeficijenta trenja izmeu obloga i doboša, odnosno diska;
e) dug vijek trajanja i
f) siguran rad bez obzira na uslove eksploatacije. Ovaj zahtjev je ispunjen ako na
vozilu postoje dva ili više sistema koenja (pomenutih ranije), koji dejstvuju
nezavisno jedan od drugoga, ili ako postoji više sistema za aktiviranje
mehanizma koenja, nezavisnih jedan od drugoga.
17.2
Gradnja sistema koenja
Zbog kompleksnosti zadataka i strogih zahtjeva, sistemi koenja predstavljaju
složene sisteme, sastavljene iz više podsistema, koji objedinjuju vei broj sklopova i
elemenata. Najšire posmatrano, sistem koenja ima slijedee osnovne dijelove ili
podsisteme:
- radna konica,
- pomona konica,
- parkirna konica i
- dopunska konica – usporiva.
17. Sistemi koenja vozila
378
Osnovna struktura sistema koenja shematski je prikazana na slici 17.3. Uloga
pojedinih podsistema objašnjena je u nastavku.
SISTEM
KOČENJA
RADNA
KOČNICA
POMOĆNA
KOČNICA
PARKIRNA
KOČNICA
DOPUNSKA
KOČNICA
Sl. 17.3 Struktura sistema koenja
Radna konica preuzima izvršavanje najvažnijih zadataka sistema koenja,
odnosno koenje vozila maksimalnim usporenjima (u sluaju opasnosti) i sva blaža,
kratkotrajna koenja, u normalnim uslovima kretanja. Ona stoga predstavlja
najvažniji dio sistema koenja, kome se posveuje posebna pažnja.
Pomona konica se uvodi iskljuivo radi poveanja bezbjednosti vozila na putu,
odnosno u cilju ostvarivanja vee pouzdanosti sistema koenja. Njen je zadatak da
obezbijedi mogunost koenja vozila i u sluaju da doe do otkaza u podsistemu
radne konice. Propisi, meutim, dozvoljavaju da performanse pomone konice
budu u odreenom stepenu niže nego radne konice.
Parkirna konica, kao što i ime govori, ima zadatak da obezbijedi trajno koenje
vozila u mjestu, tj. parkirno koenje. Ukoliko se ova konica riješi tako da se može
aktivirati i pri kretanju vozila, što se naješe i radi, parkirna konica može da
preuzme i zadatke pomone konice. U tom sluaju pomona i parkirna konica su
jedan isti podsistem, što je na blok shemi na slici 17.3 i naznaeno isprekidanom linijom.
Dopunska konica (usporiva) prevashodno je namijenjena blagom, dugotrajnom
koenju, pri kretanju vozila na dužim padovima. U tom smislu njeno obavezno
postojanje propisano je samo za vozila veih ukupnih masa (što je na
slici 17.3 naznaeno isprekidanim linijama). Meutim, ako vozilo ima usporiva, on
se esto koristi i za sva blaga usporavanja, dakle u mnogim sluajevima koenja,
koja se normalno ostvaruju radnom konicom.
Svaki od navedenih podsistema, strukturno se rješava u osnovi na isti nain,
odnosno ukljuuje iste funkcionalne komponente (slika 17.4):
- komanda,
- prenosni mehanizam i
- konica.
17.2 Gradnja sistema koenja
379
PODSISTEM
SISTEMA KOČENJA
KOMANDA
PRENOSNI
MEHANIZAM
KOČNICA
Sl. 17.4 Podsistemi sistema koenja
Ovo se odnosi i na prikljuna vozila (osim najmanjih masa), s tim što je potrebno
da se ukaže i na slijedee osobenosti.
Prije svega, treba kazati da prikljuna vozila posjeduju svoje sopstvene sisteme
koenja, sline osnovne strukture kao što je naprijed, naelno objašnjeno (radna,
pomona i parkirna konica), i da se pred njih postavljaju isti zahtjevi. Sistem
koenja prikolice, meutim, mora biti strogo usklaen sa sistemom koenja vunog
vozila, obezbjeujui na taj nain jedinstveni sistem koenja vunog vozila. Sa
stanovišta naina izvoenja (ne ulazei u potrebne odnose performansi koenja
vunog i prikljunog vozila), usklaenost sistema koenja vunog vozila i prikolice
odnosi se, prvenstveno, na nain aktiviranja prenosnog mehanizma prikljunog
vozila, a zatim i na njegovo izvoenje.
Uloga pojedinih podsistema u sistemu koenja objašnjena je u nastavku.
Komanda služi za aktiviranje odgovarajueg podsistema, tj. radne, pomone i
drugih konica. Svaki podsistem mora imati, dakle, svoju komandu, postavljenu
tako da voza je lako može aktivirati. Komanda radne konice je izvedena kao
papuica koja je postavljena neposredno ispred sjedišta vozaa, tako da voza je
može aktivirati ne skidajui ruke s toka upravljaa. Za pomonu i parkirnu konicu
komanda je obino runa, tj. u obliku ruice koja je, takoer, postavljena uz sjedište
vozaa, tako da pri njenom aktiviranju voza jednu ruku može držati na volanu.
Kada su pomona i parkirna konica riješene konstrukcijski jedinstveno, onda je i
njihova komanda, oigledno, jedna ista ruica. Komanda dopunske konice
(usporivaa) je naješe, takoer, runa (ruica, poluga), ali esto se izvodi i kao
nožna (ponekad neposredno uz komandu radne konice, uz istovremeno
aktiviranje).
Sa stanovišta aktiviranja prenosnog mehanizma sistema koenja prikljunih vozila,
treba istaknuti da se svi podsistemi ovog sistema, izuzev parkirne konice, aktiviraju
odgovarajuim komandama sistema koenja vunog vozila ili, rjee koenjem
vunog vozila. Dakle, radna i pomona konica prikolice aktiviraju se
odgovarajuim komandama vunog vozila. Isto se odnosi i na usporiva, ukoliko se
koristi na prikolici. Umjesto ovoga, aktiviranje ovih konica može se ostvariti i
samim koenjem vunog vozila, tj. impulsom koji se dobiva kada prikljuno vozilo
“nalijee” na koeno vozilo. To je, tzv. inerciono koenje prikolice, koje je
dozvoljeno samo za prikljuna vozila malih ukupnih masa (manje od 3.500 kg).
Parkirno koenje prikljunih vozila može se ostvariti parkirnom konicom koja ima
17. Sistemi koenja vozila
380
posebnu komandu. Ovo je veoma esto rješenje, a realizira se tako što se komanda
postavlja pozadi ili sa strane prikolice, tako da se može aktivirati kada se voza
nalazi pored nje, tj. van vozakog mjesta.
Prenosni mehanizam ima zadatak da dobijeni impuls od komande prenese do
izvršnih organa – konica. Ovo je bitna funkcija sistema koenja, koja znaajno
utjee na ukupne performanse vozila u pogledu koenja. Ispunjenje ovih zadataka
je naelno složeno, posebno kod radne konice vozila velikih ukupnih masa.
Prenosni mehanizmi sistema koenja rješavaju se na razliite naine. U osnovi
postoje tri principijelna rješenja (slika 17.5):
- prenošenje energije vozaa,
- prenošenje energije vozaa uz djelomino korištenje spoljnog energetskog
izvora (ili rezervoara) i
- prenošenje energije iz drugih, tj. spoljnih izvora, a na osnovu impulsa koji
potjeu od vozaa.
PRENOSNI
MEHANIZAM
ENERGIJA
VOZAČA
ENERGIJA
VOZAČA
+
SPOLJNJI
IZVOR
ENERGIJE
SPOLJNJI
IZVOR
ENERGIJE
Sl. 17.5 Prenosni mehanizmi
Uobiajeno je da se prva rješenja na slici 17.5 nazivaju prenosni mehanizmi bez
servodejstva, druga sa servopojaanjem (ili sa servopojaalima), a trea sa potpunim
servodejstvom.
Prema vrsti prenosnih elemenata, prenosni mehanizmi mogu biti:
- mehaniki,
- hidrauliki,
- pneumatski,
- elektrini/elektronski i
- kombinirani.
Konica (koioni mehanizam)
Postoji više naina ostvarenja momenta koenja, i to: mehanikim trenjem,
unutrašnjim trenjem u tenosti, elektrodinamikom indukcijom i stvaranjem otpora
zraka.
17.2 Gradnja sistema koenja
381
Kod motornih vozila se naješe moment koenja ostvaruje mehanikim trenjem.
Na teškim teretnim vozilima i autobusima primjenu nalaze, tzv. motorne konice
koje pri aktiviranju zatvaraju izduvnu cijev, istovremeno „oduzimaju“ gorivo i
motor sui tad radi kao kompresor (stvaranjem otpora zraka), i konice koje rade na
principu elektrodinamike indukcije, a koje se obino postavljaju na jedno od
kardanskih vratila transmisije. Koioni moment, koji se ostvaruje unutrašnjim
trenjem u tenosti koristi se kod hidrodinamikih konica (takve konice se
naješe upotrebljavaju na stolovima za ispitivanje motora sui). Pošto se kod
frikcionih koionih mehanizama kinetika energija putem trenja pretvara u toplotnu,
koioni doboš se mora konstruirati tako da ima mogunost dobrog odvoenja
toplote (obino se izrauju sa rebrima). Frikcioni materijal koji se postavlja na
papue, mora takoer biti otporan na toplotu i imati odreenu vrstou, te se esto
koriste savremeni materijali koji omoguavaju brzo odvoenje toplote sa frikcionog
sklopa. U zavisnosti od naina ostvarivanja momenta koenja vrši se podjela i
mehanizama za koenje.
Na motornim vozilima naješe su u upotrebi mehanizmi za koenje koji rade na
principu mehanikog trenja (frikcioni mehanizmi za koenje). U zavisnosti od
mjesta na koje su postavljeni, mogu se podijeliti na mehanizme za koenje u
tokovima i mehanizme za koenje koji djeluju na transmisiju.
U nastavku su date najvažnije konstruktivne karakteristike izvršnih elemenata
(konica) i prenosnih sistema.
17.2.1 Mehanizam za koenje u toku (konica)
Konica, kao izvršni elemenat u instalaciji koenja, ima zadatak da pomou
frikcionog materijala koji dolazi u dodir sa diskom, odnosno dobošem, na toku
proizvodi moment trenja koji vrši usporenje obrtanja toka do potpunog
zaustavljanja. Zbog toga se konice kod vozila esto i zovu frikcione konice.
Frikcione konice se mogu podijeliti prema izvedbi kao na slici 17.6.
KOČNICE
DOBOŠ-KOČNICE
SA
SPOLJNIM
PAPUČAMA
SA
UNUTRAŠNJIM
PAPUČAMA
DISK-KOČNICE
SA TRAKOM
SA STEGOM
LAMELASTA
Sl. 17.6 Podjela frikcionih konica
Frikcioni koioni mehanizam koji se nalazi u toku ostvaruje trenje izmeu
17. Sistemi koenja vozila
382
koionog doboša ili diska koji je vrsto vezan za toak (okree se zajedno s njim), i
koionih papua koje su postavljene na nosau koionih papua, koji je vezan za
most.
Osnovni dijelovi frikcione konice (tzv. doboš konice) prikazani su na slici 17.7.
1 - doboš, 2 - nosa, 3 - obloga konice, 4 - hidrauliki radni cilindar, 5 - ureaj za podešavanje
eljusti, 6 - nosa sigurnosnih opruga, 7 - cijev instalacije koenja, 8 - povratna opruga,
9 - eljust konice, 10 - sigurnosne opruge
Sl. 17.7 Glavni dijelovi doboš konice
Izgled doboš konice u montiranom stanju pokazan je na slici 17.8, a na slici 17.9
dat je izgled kone eljusti sa frikcionom oblogom.
Sl. 17.8 Izgled doboš konice
Sl. 17.9 eljust konice sa frikcionom oblogom
17.2 Gradnja sistema koenja
383
Na slici 17.10 prikazane su tipine konstrukcije prednje (a) i zadnje (b) doboš
konice na putnikim vozilima. Aktiviranje prednje konice (slika 17.10 a)) vrši se u
konkretnom sluaju hidraulikim putem pomou koionog cilindra (1) vrsto
vezanog za nosa papue. Tako se razmiu papue sa zalijepljenim frikcionim
oblogama (3) i pritiskuju uz doboš (6), s tim što moraju prethodno savladati opruge.
1
1
6
5
8
2
2
3
5
3
7
4
2
4
5
a)
a) prednji toak
1 - koioni (radni) cilindar, 2 - opruga,
3 - frikcioni materijal i papua, 4 - drža,
5 - ekscentar, 6 - doboš
6
b)
b) zadnji toak
1 - koioni (radni) cilindar, 2,3 - elementi za
mehaniko aktiviranje konice, 4 - drža,
5 - opruge, 6 - frikcioni materijal i papua,
7 - doboš, 8 - ekscentar
Sl. 17.10 Tipine konstrukcije doboš konice
Aktiviranje zadnje konice (slika 17.10 b)) za radnu konicu je hidraulikim putem,
a za parkirnu mehanikim putem. Na ovom crtežu prikazan je u presjeku i
doboš (7), koioni cilindar je i ovdje oznaen sa (1), papue sa zalijepljenim
frikcionim oblogama su (6), povratne orpuge (5), elementi za aksijalno voenje
papua (4), a ekscentri za podešavanje (8). Elementi (2) i (3) su dijelovi mehanizma
za mehaniko aktiviranje papua, za runo, odnosno parkirno koenje.
Naini aktiviranja papua sa frikcionom oblogom kod doboš konica su vrlo
razliiti i ovdje se nee iznositi detalji konstruktivnih rješenja. Sa stanovišta vrste
konice i broja hidraulikih cilindara u praksi se susreu naješe slijedei tipovi
konica, prikazani na slici 17.11.
17. Sistemi koenja vozila
384
Hidraulični cilindar
dvostrukog dejstva
Hidraulični cilindar
jednostrukog dejstva
Oslonac
SIMPLEX KOČNICA
DUPLEX KOČNICA
Plivajući
oslonac
DUO-DUPLEX KOČNICA
DUO-SERVO KOČNICA
Sl. 17.11 Tipovi doboš konica
Ova rješenja su naelno kompaktna i veoma lako se uklapaju u konstrukciju vozila,
odnosno toka (dovode se samo cijevi sa hidraulikom tenošu). Odreeni
problemi mogu nastati zbog isparavanja kone tenosti (uslijed zagrijavanja
konice), ali ovo se može relativno lako riješiti. Podešavanje ovih konica je takoe
relativno jednostavno, bilo runo ili automatski.
Kod konica koje se aktiviraju hidrauliki, za parkirnu, odnosno pomonu konicu
koriste se posebni mehaniki mehanizmi (naravno, ako se radi o sistemima kod
kojih se i za parkirno koenje koristi ista konica). Ovaj mehaniki mehanizam
mora biti sasvim nezavisan od mehanizma koji se koristi za radno koenje, a
posebno ne smije osnovnu funkciju konice na bilo koji nain ometati. Kod doboš
konica problem predstavlja i podešavanje papua uslijed istrošenosti frikcionih
elemenata. Podešavanje može biti runo i automatsko. Neka od rješenja
podešavanja koionih papua data su na slici 17.12. Kod sheme na slici 17.12 a)
podešavanje se vrši preko ekscentra E za svaku papuu simplex konice, za sheme
b) i c), koje se odnose na istu konicu, podešavanje se vrši preko koionih cilindara,
odnosno na elementu za oslanjanje papua. Za dupleks konice slika 17.12 d), e) i f)
podešavanje je preko ekscentra E (sluaj d) i koionih cilindara (sluaj e) i f)).
Podešavanje duo-duplex konica može se vršiti takoe na mjestu konih cilindara (g).
Rješenja (h) i (j), slika 17.12, odnose se na duo-servo konice i kod njih je
podešavanje preko spojke koja povezuje dvije papue, i to sa mehanizmom koji ima
sa jedne strane lijevi, a sa druge desni navoj.
17.2 Gradnja sistema koenja
385
E
b)
a)
f)
d)
c)
g)
h)
e)
j)
Sl. 17.12 Karakteristina rješenja podešavanja koionih obloga
Pored doboš konica esto se koriste i frikcione konice sa diskom ili disk konice.
Osnovni elementi i izgled takve konice dati su na slici 17.13 i slici 17.14.
1 - disk, 2 - kliješta, 3 - stezni vijci, 4 - frikcione
ploice, 5 - osigurai ploica
Sl. 17.13 Disk konica – osnovni elementi
Sl. 17.14 Disk konica – presjek
Disk konice se kod nekih tipova vozila postavljaju na transmisiju, a kod putnikih
vozila u toku ili na poluvratila. Dobra strana disk konica je da smanjuju težinu
hodnog stroja, dobro odvode toplotu i same se podešavaju u toku eksploatacije.
Pored ovog mehanizma koriste se i mehanizmi koji djeluju na transmisiju. Sastoje
se obino od koionog doboša i koionih papua koje se postavljaju sa vanjske
strane doboša (konice sa vanjskim papuama).
Ovakvi koioni mehanizmi obino se upotrebljavaju kod parkirnih (runih) konica.
Parkirne konice se naješe izvode sa istim koionim mehanizmom koji služi za
17. Sistemi koenja vozila
386
sistem radnih konica, ali se sistem za aktiviranje izvodi posebno (obino kao
mehaniki). Dejstvo parkirne konice je naješe samo na jedan most (obino
zadnji).
17.2.2
Prenosni mehanizam (sistem za aktiviranje konica)
Sistem za aktiviranje konica služi da prilikom komande od strane vozaa razmakne
koione papue koje se tada priljubljuju uz doboš, ili primakne koione papue koje
se priljubljuju na disk, te na taj nain stvaraju moment trenja i vrše koenje vozila.
Prema nainu prenosa komande do mehanizama za koenje sistemi za aktiviranje se
mogu podijeliti na:
a) mehanike,
b) hidraulike,
c) pneumatski,
d) elektrine/elektronski i
e) kombinirane (hidromehaniki, elektromehanike itd.).
Kod vozila ukupne težine 40 y 50 kN dovoljna je energija mišia vozaa da ostvari
koionu silu u režimu naglog koenja, te se kao sistem za aktiviranje obino koristi
hidrauliki sistem.
Kod vozila ukupne težine 80 y 100 kN sistem za aktiviranje je obino kombiniran
sila koju daje voza obino se poveava servoureajem koji ima poseban izvor
energije (obino komprimirani zrak). Sistem za aktiviranje je obino hidrauliki.
Kod ovih vozila esto se susree i kombinacija gdje je servoureaj hidrauliki, a
sistem za aktiviranje pneumatski. U novije vrijeme poinju se pojavljivati i tzv.
sistemi sa elektrinim prenosnim mehanizmom. Danas su prisutni ovakvi
mehanizmi kod runih konica.
a) Mehaniki prenosni mehanizmi
Prenos sile od papuice za koenje (nožne konice) na koju djeluje voza do
koionog mehanizma kod ovog sistema vrši se preko sistema poluga i elinih užadi.
Da bi se užad zaštitila provode se kroz cijevi. Ovaj sistem je potpuno izbaen kao
sistem za aktiviranje osnovnog (glavnog) koionog sistema, dok je ostao u upotrebi
kod sistema za aktiviranje parkirnih (runih) konica. Primjer sheme mehanikog
prenosnog mehanizma dat je na slici 17.15 sa osnovnim elementima, gdje je ucrtan i
prenosni mehanizam (hidrauliki) radne konice (crtkane linije).
17.2 Gradnja sistema koenja
387
5
1
7
2
6
3
4
1
5
1 - radni koioni cilindar prednjih
tokova,
2 - ruica parkirne konice,
3 - nožna komanda radne konice,
4 - glavni koioni cilindar,
5 - radni koioni cilindar zadnjih
tokova,
6 - zatega,
7 - uže (sajla)
Sl. 17.15 Shema mehanikog prenosnog mehanizma za pomonu i parkirnu konicu putnikog
vozila sa elementima radne konice (crtkane linije)
b) Hidrauliki prenosni mehanizam
Hidrauliki prenosni mehanizmi su nešto složenije gradnje. Signal od sile
proizvedene na papuici konice kree se kroz tenost u cijevima ili crijevima do
izvršnih elemenata (konica). Koiona tenost u sistemu se smatra slabo stišljivim
fluidom, a impuls pritiska proizveden u glavnom koionom cilindru prostire se
brzinom zvuka kroz koionu tenost tako da se hidrauliki prenosni mehanizam
može smatrati hidrodinamikim sistemom. Zbog specifine izvedbe i uslova toka
tenosti u sistemu, znaajan dio autora ovaj sistem posmatra hidrostatikim
sistemom.
U cilju obezbjeenja funkcionalnih uslova u hidraulikom prenosnom mehanizmu
se naješe ugrauju i odreena servopojaala.
Prema rasporedu cijevi do pojedinih tokova i njihove veze za glavnim koionim
cilindrom hidrauliki prenosni mehanizmi se dijele na
- jednokružne i
- dvokružne.
Jednokružni hidrauliki prenosni mehanizmi se praktino rijetko koriste zbog toga
što svako ošteenje cjevovoda izaziva havariju (neupotrebljiva radna konica). Zbog
toga se danas hidrauliki prenosni mehanizmi izvode kao dvokružni gdje su dva
odvojena sistema cijevi od koionog cilindra prema tokovima, ime se obezbjeuje
odreeni stepen sigurnosti koenja, i pod uslovom da doe do ošteenja jedne cijevi
sa koionom tenošu.
Danas se primjenjuje vei broj razliitih riješenja dvokružnih hidraulikih prenosnih
mehanizama. Naješa rješenja su prikazana shematski na slici 17.16. Svako od
rješenja ima svoje prednosti i nedostatke. Rješenja na slici 17.16 od b) do d)
zadovoljavaju ECE propise.
17. Sistemi koenja vozila
388
a)
b)
1
1
3
2
3
2
c)
3
2
3
2
d)
1
1
3
2
e)
1
1 - glavni koioni cilindar, 2 - prednji tokovi, 3 - zadnji tokovi
Sl. 17.16 Sheme dvokružnih hidraulikih prenosnih mehanizama
Sheme b) i d) su nesimetrine u odnosu na podužnu osu vozila, pa u sluaju
havarije jednog kruga, drugi krug rasporeuje sile koenja na odreeni nain u
odnosu na uzdužnu osu vozila. Shema c) na slici 17.16 odgovara vozilima s malim
optereenjem na zadnjim tokovima. Efikasnost koenja kod shema b) i e) je
jednaka, ali je razlika u njihovoj složenosti konstrukcije.
Shematski izgled hidraulikog prenosnog mehanizma koji se koristi naješe kod
putnikih vozila, prikazan je na slici 17.17, sa oznaenim osnovnim elementima.
3
4
2
1
1 - pedala konice,
2 - pojaiva sile koenja,
3 - glavni koioni cilindar,
4 - rezervoar koione tenosti,
5 - disk konica,
6 - regulator sile koenja,
7 - doboš konica
5
6
7
Sl. 17.17 Shema hidraulinog prenosnog mehanizma
17.2 Gradnja sistema koenja
389
Pritiskom na pedalu konice (1) aktivira se pojaiva sile koenja (2) koji je naješe
pneumatski. Ovako uveana sila koenja se prenosi na glavni koioni cilindar (3) koji
proizvodi pritisak u koionoj tenosti u sistemu cjevovoda. Ovaj pritisak prenosi se
na radne cilindre disk konica na prednjim tokovima (5) i preko regulatora sile
koenja na radne cilindre doboš konica na zadnjim tokovima (7). Danas se kod
putnikih vozila sve eše susreu disk konice na prednjim i zadnjim tokovima
vozila. Na glavnom koionom cilindru nalazi se rezervoar koione tenosti (4).
Glavni koioni cilindar treba takoer omoguiti kompenzaciju koione tenosti uslijed
promjene temperature, kao i da u sistemu vodova održi natpritisak 0,4 y1,2 bar, koji je
potreban radi što kraeg vremena aktiviranja sistema koenja.
Izgled glavnog koionog cilindra i pojaivaa sile koenja dat je na slikama 17.18 i 17.19.
1
3
4
2
7
8
4
3
9
5
2
6
1 - kuište cilindra, 2 - komore pod pritiskom, 3 - spojevi sa koionom instalacijom (primarni i
sekundarni krug), 4 - vodovi za kompenzacioni rezervoar, 5 - potisni klip, 6 - meuklip,
7 - centralni ventil, 8 - plutajui klip, 9 - prelivni otvor
Sl. 17.18 Glavni koioni cilindar
2
3
4
5
6
7
1
8
1 - izlazni klip prema glavnom
koionom cilindru,
2 - vakumska komora sa vakumskim
prikljukom,
3 - membrana,
4 - radni klip,
5 - upravljaki ventil,
6 - zrani filter,
7 - ulazni klip od pedale konice,
8 - radna komora
Sl. 17.19 Vakumski pojaiva sile koenja
17. Sistemi koenja vozila
390
Na osnovu datih skica glavnog koionog cilindra (slika 17.18) i pojaivaa sile
koenja (slika 17.19) sa oznaenim osnovnim elementima vidi se princip
funkcioniranja ovih podsistema u sistemu hidraulikog prenosnog mehanizma. To
se nee ovdje posebno objašnjavati.
Osnovne prednosti hidraulikog sistema za aktiviranje koionog mehanizma su:
- istovremeno koenje svih tokova uz željenu raspodjelu koionih sila kako
meu mostovima tako i meu tokovima,
- visok koeficijent korisnog dejstva,
- mogunost tipizacije mehanizama za koenje za vozila sa razliitim
parametrima i
- jednostavna konstrukcija sistema za aktiviranje i malo vrijeme odziva
sistema.
Osnovni nedostaci su:
- nemogunost ostvarenja veeg prenosnog odnosa, te se zbog toga
hidrauliki sistem aktiviranja bez servoureaja koristi samo kod vozila sa
relativno malom ukupnom težinom,
- nemogunost funkcioniranja ukoliko doe do ošteenja cjevovoda; ovaj
nedostatak je ublažen uvoenjem sistema koji imaju poseban dovod za
prednji i zadnji most (dvokružni sistem) i
- sniženje koeficijenta korisnog dejstva pri niskim temperaturama (-30 °C i
niže).
Primjer jednog dvokružnog sistema hidraulikog prenosa sa servoureajima (7) i (8)
kao pojaalima i glavnim koionim cilindrom (2) prikazan je na slici 17.20.
3
M
6
9
1
FV
2
8
7
4
5
1 - papua konice, 2 - glavni koioni cilindar, 3 - prikljuak ulja za servopojaiva,
4, 5, 6, 9 - radni cilindri, 7, 8 - servopojaalo
Sl. 17.20 Servohidraulika instalacija prenosnog mehanizma sistema koenja teretnog vozila
17.2 Gradnja sistema koenja
391
c) Pneumatski prenosni mehanizam
Pneumatski sistem za aktiviranje mehanizma za koenje koristi se energijom
sabijenog zraka. Voza pri koenju vozila samo regulira dovod i odvod sabijenog
zraka iz dijelova sistema. Ovaj sistem primjenjuje se na teškim teretnim vozilima i
autobusima. Pritisak u instalaciji je od 5 y 7 bar. Sistemi koji koriste komprimirani
zrak rade se u varijanti jednokružni ili dvokružni. Kod jednokružnih (jednovodnih)
sistema svi tokovi su na istom vodu, a kod dvokružnih mogu nezavisno radeti
prednji i zadnji dio koione instalacije. U sluaju nekog kvara postoji mogunost
koenja tokova na jednoj osovini.
Karakteristina shema pneumatskog sistema prenosa signala sa osnovnim
elementima data je na slici 17.21.
3
5
6
5
1
9
5
8
2
2
4
7
5
1 - kompresor zraka, 2 - rezervoari zraka, 3 - regulator pritiska, 4 - razvodnik zraka, 5 - koioni
cilindri, 6 - manometar, 7 - prikljuak za prikolicu, 8 - ureaj brzog otkoenja prednjih tokova,
9 - ubrziva koenja i otkoenja zadnjih tokova
Sl. 17.21 Pneumatski sistem prenosa signala u instalaciji koenja
Kompresor zraka (1) dobiva pogon od motora i sabijeni zrak transportuje u
rezervoare (2). Regulator pritiska (3) kontroliše nivo pritiska u rezervoarima, koji se
naješe kree 7 y 8 bar. Preko razvodnika zraka (4) zrak se usmjerava prema
koionim cilindrima (komorama) (5) na tokovima. Na sistemu se nalaze i
prikljuci (7) za vezu sa prikolicom gdje se koristi takoe pneumatska instalacija za
sistem koenja. Manometar (6) služi za kontrolu nivoa pritiska zraka u instalaciji od
strane vozaa. Ureaji (8) i (9) služe za brzo otkoenje vozila, a ureaj (9) i za
ubrzano koenje.
Kod pneumatskih sistema prenosa signala, kao radni (koni) cilindri na tokovima
koriste se uobiajeno klipni i membranski koni cilindri.
392
17. Sistemi koenja vozila
Glavni koioni cilindar bilo s nožnom komandom ili s runom komandom aktivira
instalaciju za koenje jednostavnim davanjem signala, bez upotrebe velike sile od
strane vozaa.
Dobre osobine pneumatskog sistema za aktiviranje koionog mehanizma su:
- mali rad koji mora dati voza u procesu koenja; ova prednost je osnovna i
ona opredjeljuje korištenje ovog sistema kod vozila s veom ukupnom
težinom i
- mogunost znatne mehanizacije sistema vozila (zrano ovješenje, razni
servoureaji itd.) zahvaljujui instalaciji komprimiranog zraka.
Osnovni nedostaci pneumatskog sistema su:
- znaajan broj mehanizama i ureaja koji ine instalaciju komprimiranog
zraka,
- relativno dugo vrijeme odziva koionog mehanizma i
- gubitak funkcije u sluaju ošteenja cjevovoda.
Isto kao kod hidrauline instalacije i u sluaju pneumatske instalacije uvode se
ureaji za pojaanje signala – servoureaji pneumatskog tipa.
Za sluaj podizanja aktivne bezbjednosti motornog vozila u javnom prometu uvode
se složeni pneumatski cilindri s oprugom. U trenutku kada u instalaciji padne
pritisak ispod normalnog, opruga nateže koioni mehanizam i vozilo stoji ukoeno.
Kada pritisak zraka u instalaciji naraste na nazivnu vrijednost i savlada silu opruge
mehanizam je otkoen i vozilo je spremno za eksploataciju.
Konstrukcije pomone parkirne konice na koionim dobošima tokova mogu se
izvoditi i kao pneumatske preko specijalnih koionih cilindara poznatih pod
nazivom TRISTOP koioni cilindri. Tristop cilindar predstavlja praktino opružni
akumulator kombiniran sa runim koionim ventilom za aktiviranje.
U toku koenja svi tokovi na vozilu nisu sa istim uslovima koenja (razliita
podloga, razliito optereenje po osovinama itd.), odnosno na tokovima jednog
vozila mogu postojati razliiti uslovi prijanjanja zbog toga se kod savremenih vozila
u sklopu koionih instalacija nalaze i ureaji koji vrše preraspodjelu koione sile, sve
s ciljem postizanja efikasnog koenja. Oni su otvorenog tipa. Ovih ureaja ima
dosta razliitih po konstrukciji, a razvijeni su na bazi razliitog pritiska, optereenja
osovina, usporenja itd. Uobiajeni naziv im je ARSK ureaji. Kod ovih ureaja ne
postoji povratna informacija o efektima ostvarene regulacije, tako da se ne može
sprijeiti blokada tokova. Ureaji koji vrše regulaciju sila (i momenata) koenja,
koji imaju povratnu informaciju o efektima koenja, su ureaji tzv. zatvorenog tipa.
Uobiajena naziv im je ABS-ureaji (protiv blokirajui ureaji), koji e kasnije biti
objašnjeni detaljnije. Pored ovih ureaja, na koionoj instalaciji, koriste se i neki
drugi ureaji, kao npr. ureaj za spreavanje proklizavanja vozila pri startu vozila
(ASR ureaj) itd., koji e kasnije biti objašnjeni.
Shema jedne kompletne pneumatske koione instalacije sa ARSK ureajem i
TRISTOP cilindrom na zadnjoj osovini vunog vozila (za radnu, pomonu i
17.2 Gradnja sistema koenja
393
parkirnu konicu), za teretno vozilo sa prikolicom, data je na slici 17.22. Ova
instalacija se nee posebno objašnjavati.
1 – kompresor, 2 - regulator pritiska, 3 - suša zraka, 4 - etvorokružni zaštitni ventil,
5 - rezervoar zraka, 6 - ventil za ispuštanje vode, 7 - pneumatski prekida, 8 - koioni ventil,
9 - ARSK ventil, 10 - tristop cilindar, 11 -– membranski cilindar, 12 - nepovratni ventil,
13 - ventil rune konice, 14 - prelivni ventil, 15 - pneumatski prekida, 16 - upravljaki
ventil prikolice, 17 - spojnike glave, 18 - preista, 19 - koni ventil prikolice, 20 - ventil za
prilagoavanje sile koenja, 21 - ARSK ventil, 22 - trostazni ventil, 23 - radni cilindar,
24 - odzrani ventil
Sl. 17.22 Pneumatska koiona instalacija teretnog vozila sa prikolicom
d) Elektrini/elektronski prenosni mehanizmi
Novi razvoj sistema koenja ide u pravcu razvijanja takozvanog
elektrinog/elektronskog prenosnog mehanizma, popularno nazvanog „brake-bywire“. Principijelno izvedba ovakve instalacije data je shematski na slici 17.23.
3
3
2
1
4
4
1 - papua konice,
2 - elektrini simulator za hod pedale
konice,
3 - izvršni organi za koenje,
4 - motor-aktuator,
5 - elektronska upravljaka jedinica
sistema koenja
5
Sl. 17.23 Elektrini/elektronski prenosni mehanizam
17. Sistemi koenja vozila
394
Elektrini simulator (2) sa hodom papuice konice (1) šalje elektrini signal do
elektromotora – aktuatora (4) koji vrši pomjeranje izvršnih organa za koenje (3) i
tako ostvaruje odreeni intenzitet koenja, zavisno od hoda pedale konice.
Elektronska upravljaka jedinica (5) vrši preusmjeravanje jaine elektrinog signala
prema pojedinim tokovima u cilju pravilne raspodjele koione sile.
Danas se u serijskoj proizvodnji uspješno koriste sistemi elektrinog prenosa signala
kod runih konica na putnikim vozilima.
e) Kombinirani prenosni mehanizmi u sistemu koenja
U praksi se susreu razliite varijante kombiniranih sistema prenosa signala u
instalaciji za koenje, zavisno od vrste i namjene vozila. Jedna od estih kombinacija
je tzv. hidro-pneumatski sistem prenosa signala.
Ovaj tip kombiniranog sistema naješe se primjenjuje na teretnim vozilima i
autobusima. Kod hidro-pneumatskog sistema potrebna je veoma mala vozaeva
energija za komandovanje, što je karakteristino za zrani sistem, uz prednost
hidraulinog sistema – kratko vrijeme reagiranja koionog mehanizma i mogunost
primjene koionih mehanizama razliitog tipa.
Hidro-pneumatski sistem sastoji se od agregata koji se susreu kod zranog sistema:
kompresora (1), preistaa (2), regulatora (3), rezervoara (4), a takoer i dijela
glavnog koionog cilindra (5) (slika 17.24). Drugi dio glavnog koionog cilindra
sadrži glavni koioni cilindar hidraulinog sistema (6), od koga se ulje cjevovodima
vodi na radne cilindre (7) koji se nalaze u tokovima.
7
7
1 3
2
5
4
6
1 - kompresor, 2 - preista zraka, 3 - regulator, 4 - posude za zrak pod pritiskom, 5 - glavni koioni
cilindar zrani, 6 - glavni koioni cilindar hidrauliki, 7 - radni koioni cilindar
Sl. 17.24 Shema hidro-pneumatskog sistema aktiviranja konog sistema
U praksi je prisutan i kombinirani hidro-pneumatski sistem koenja sa zranim
akumulatorima.
Elektrini i elektronski prenosni sistemi posebno dobivaju na znaaju kod elektropneumatskih i elektro-hidraulikih sistema koenja, kod kojih se nastoji smanjiti
inercija (odziv) sistema. Primjer jednog elektro-hidraulikog sistema, koji predstavlja
17.2 Gradnja sistema koenja
395
prvi korak u izvedbi tzv. „brake-by-wire“ sistema koenja, prikazan je na slici 17.25.
Pedala konice (1) preko elektronskog modula za simuliranje optereenja (2) šalje
4
4
2
6
1
3
5
1 - pedala konice,
2 - elektronski modul pedale konice
sa simulatorom optereenja,
3 - elektro-hidrauliki modul,
4 - izvršni (radni) koioni cilindri,
5 - hidrauliki vodovi za zadnje
tokove,
6 - hidrauliki vodovi za prednje
tokove
Sl. 17.25 Elektro-hidrauliki sistem prenosa signala u koionoj instalaciji
elektrini signal na elektro-hidrauliki modul (3) gdje se formira pritisak u koionoj
tenosti, koji se prostire vodovima (5) i (6) do izvršnih organa (4). Dio prenosnog
sistema poslije elektro-hidraulikog modula (3) je isti kao i kod hidraulikih
prenosnih sistema.
17.3 Trajni usporivai motornih vozila – dopunski koioni sistem
Razvoj motornih vozila u smislu poboljšanja ekonominosti kroz poveanje
nosivosti, paralelno traži i zadovoljenje aktivne bezbjednosti u javnom prometu, što
se u prvom redu manifestira kroz koioni sistem.
Transportna motorna vozila veih masa, 10 t i više, imaju izražen problem vožnje
na putevima promjenljive konfiguracije, s obzirom na duže vrijeme koenja pri
vožnji na nizbrdici. Sila koenja upravo je proporcionalna masi vozila i profilu puta
pri konstantnoj brzini vožnje na nizbrdici. Ako se ovom doda i procenat usporenja
gdje na koionim mehanizmima treba prihvatiti i dio kinetike energije vozila, onda
se ovi mehanizmi nalaze u vrlo odgovornoj funkciji gdje treba veliki dio
potencijalne i kinetike energije pretvoriti u rad sila trenja, odnosno toplotu. Ovaj
rad sile trenja proporcionalan je dužini koionog puta, koji naješe nije kratak.
Na osnovu naprijed reenog može se konstatirati da se u odreenim uslovima
eksploatacije motornog vozila, trebaju intenzivno koristiti konice na kojima se
oslobaa velika koliina toplote. Osloboena koiona toplota, koja se treba prenijeti
u atmosferu, podiže temperaturno stanje koionih elemenata.
Na ovaj nain dovodi se u pitanje funkcioniranje mehanizma za koenje radne
konice i poremeaj u aktivnoj bezbjednosti. Da se ne bi dolazilo u kritine situacije,
razraeni su mehanizmi trajnih usporivaa koji pouzdano održavaju vozilo u
396
17. Sistemi koenja vozila
kvazistacionarnom režimu, pri vožnji motornog vozila na nizbrdici. U tom smislu
doneseni su i zakonski propisi o obaveznoj ugradnji trajnih usporivaa na
autobusima mase preko 7 t i teretnim vozilima preko 10 t. U zavisnosti od ukupne
mase vozila i odgovarajue efikasnosti razvio se vei broj konstruktivno razliitih
trajnih usporivaa:
- leptir motorna konica,
- motor-kompresor trajni usporivai,
- elektromagnetski trajni usporivai,
- hidrodinamiki trajni usporivai.
Naprijed navedeni osnovni tipovi trajnih usporivaa imaju svoje specifinosti u
konstrukciji i kategoriji primjene.
a) Leptir motorna konica – trajni usporiva
Leptir motorna konica kao trajni usporiva motornog vozila pri vožnji na nizbrdici
ima relativno jednostavnu konstrukciju i ogranienu eksploatacionu upotrebu.
Upotrebljava se kod motornih vozila manjih ukupnih masa.
Sistemsko rješenje ove konice shematski je pokazano na slici 17.26. Preko upusnoispusnog ventila (2), razvodi se komprimirani zrak na pneumatske cilindre (4) i (6).
Pneumatski cilindar (4) preko polužnog mehanizma i leptira (3) zatvara izduvni
kolektor motora. Na ovaj nain, djelomino se rad motora pretvara u rad radne
mašine kompresora.
Da bi motor mogao raditi kao kompresor neophodno je „oduzeti“ gorivo motoru
što je ostvareno preko pneumatskog cilindra (6) i prenosnih poluga (7) do pumpe
visokog pritiska (8).
Na ovaj nain dizel motor se pretvara u rad kompresora koji dobiva pogon od
potencijalne i kinetike energije motornog vozila, koje se kree na nizbrdici
odreenom brzinom. Rad sile koenja od motora definiran je indikatorskim
dijagramom pokaznim na slici 17.27, uvean za prenosni odnos u transmisiji i
ostvarene unutrašnje gubitke. Rad sile koenja izražen preko srednjeg efektivnog
pritiska indikatorskog dijagrama na slici 17.27 nije zadovoljavajui. Na slici 17.27 je
dato pet karakteristinih procesa u motoru sa leptir konicom: 1 - usisavanje,
2 - sabijanje, 3 - širenje, 4 - izduvavanje i 5 - izjednaenje pritiska sa okolnim
pritiskom.
Slabosti, koje se pokazuju kod mehanizama leptir motorne konice, izražene su
kroz efikasnost koenja i promjene tehnikog stanja motora. Ispitivanje koione
efikasnosti, upuuje na krae vremenske intervale upotrebe. Najvei efekti
usporenja ostvaruju se u prvim trenucima ukljuivanja konice s trendom
monotonog slabljenja. Na naprijed navedenu konstataciju ukazuju rezultati
eksploatacionih ispitivanja leptir motorne konice. Nedostaci naprijed date
konstrukcije upuuju na nova-efikasnija rješenja.
17.3 Trajni usporivai motornih vozila – dopunski koioni sistem
397
1
2
9
3
8
7
6
4
5
1 - runa komanda,
2 - ventil za razvod
komprimiranog zraka,
3 - leptir u izduvnoj grani (MK),
4, 6 - pneumatski cilindri,
5 - razvodnik,
7 - sistem poluga,
8 - pumpa visokog pritiska za
gorivo,
9 - motor
Sl. 17.26 Rješenje leptir motorne konice sa komandama na motoru
MK
MK
2
1
3
pritisak u cilindru [bar]
MK
MK-leptir motorne kočnice
3
5
SMT
MK
5
4
2
MK
4
1
hod klipa (h)
UMT
Sl. 17.27 Indikatorski dijagram motora kod upotrebe leptir motorne konice
b) Motor-kompresor-trajni usporiva
Na osnovu naprijed reenog, razraena je nova konstrukcija motorne konice. Ova
konstrukcija bazira se na principu pretvaranja motora, kao energetske mašine, u
kompresor kao radnu mašinu, sa izvjesnim modifikacijama. Da bi se sprijeilo
meusobno poništavanje taktova kompresije i ekspanzije rekonstruirano je bregasto
398
17. Sistemi koenja vozila
vratilo motora tako da se mogu odvijati dva razliita procesa. Prvi proces,
normalnog rada motora kao energetske mašine, i drugi proces u kome se preko
pneumatskog cilindra i polužnog mehanizma vrši uzdužno pomjeranje bregastog
vratila i pravi poremeaj u procesu izduvavanja, prevodei ga, uslovno reeno, u
kompresor.
U ovom položaju motorne konice kao trajnog usporivaa, brijeg bregastog vratila
ima slijedeu funkciju. Za vrijeme usisavanja, izduvni ventil je normalno potpuno
zatvoren. Za vrijeme kompresije, izduvni ventil je najveim dijelom zatvoren, da bi
se pri kraju kompresije otvorio za minimalnu vrijednost (a2 mm), i ostaje otvoren
do kraja ekspanzije, a onda nastavlja normalan rad otvaranja kao kod motora.
Na ovaj nain je iskorišten dovedeni rad
p[bar]
motoru od potencijalne energije vozila i
motor
djela njegove kinetike energije. Rad
koenja može se sraunati preko srednjeg
efektivnog
pritiska
motora
ili
čista kompresija
eksperimentalnim putem. Na ovaj nain
dobije se indikatorski dijagram iji je
moto retarder
karakter promjene pritiska pokazan na
slici 17.28.
Negativan rad je rad koenja motorom,
+
ukljuujui i mehanike gubitke u motoru
a[°KV]
SMT
i transmisiji. Na ovaj nain, a na osnovu
provedenih
laboratorijskih
i
Sl. 17.28 Karakter promjene pritiska u
eksploatacionih ispitivanja, postignute su
cilindru kod sistema motorprednosti u aktivnoj bezbjednosti,
kompresor trajni usporiva
ekonominosti u potrošnji goriva i
održavanju koionih instalacija.
c) Elektromagnetna konica – trajni usporiva
Elektromagnetne konice (jedan od najpoznatijih proizvoaa je firma TELMA),
mogu se koristiti kao trajni usporivai teretnih motornih vozila srednje klase. Ovi
agregati se ugrauju na prenosna vratila izmeu mjenjaa i pogonskih mostova. Na
ovaj nain nesmetano prenose obrtni moment u jednom i drugom pravcu, a po
potrebi koenja prilikom ukljuivanja, djeluju kao trajni usporivai. Potencijalnu (Ep)
i kinetiku (Ek) energiju motornog vozila pretvaraju u toplotu (Q) koja se odvodi u
okolinu, kako je to pokazano na shemi slike 17.29 a). Elektromagnetna konica
djeluje na principu fukovih struja, pa u tom smislu treba provesti i elektrinu
instalaciju, ukljuujui i mehanizam potenciometara za ukljuivanje konice i izbora
stepena intenziteta koenja. Ovaj mehanizam je takoer pokazan na strukturnoj
shemi slike 17.29 b).
17.3 Trajni usporivai motornih vozila – dopunski koioni sistem
399
h
Q
P
EP
PA
EMK
(EK)
PM
EP
EMK
FK
FK
a)
b)
PA – pogonski agregat sa mjenjaem, EMK – elektromagnetna konica,
PM – pogonski most, P – potenciometar, Fk – sila koenja
a) Shema elektromagnetne konice u sistemu vozila
b) Shema elektromagnetne konice sa potenciometrom za promjenu intenziteta koenja
Sl. 17.29 Mehanizam elektromagnetne konice
d) Hidrodinamika konica – trajni usporiva
Teška motorna vozila specijalne namjene kao kiperi, damperi i druga vozila visoke
nosivosti i prohodnosti, a danas i veina teretnih vozila, imaju potrebu za ugradnjom
trajnih usporivaa veih snaga. U tom kontekstu potreba razvijene su hidrodinamike
konice kao trajni usporivai. Ovi agregati razvijeni su kao posebni mehanizmi koji se
mogu dograditi u transmisiju vozila kao što su rješenja firmi “ATE”, “VOITH” i
drugih, ili su ukomponirani u hidromehanike mjenjae sa hidrodinamikim
transformatorima obrtnog momenta (intarderi), kao što je sluaj kod mjenjaa Allison
CLBT ugraeni u damperima KOCKUM ili VOITH DIWA – mjenja serije D.
Princip rada se zasniva na trenju fluida
3
koje se stvara u pumpnom (1) i
turbinskom (3) kolu, gdje se energija
5
trajnog koenja pretvara u toplotnu u
2
fluidu.
Izgled
hidrodinamikih
usporivaa prikazan je shematski na
slici 17.30. Shema odgovara usporivau
sa dva pumpna i dva turbinska kola, s
1
tim što su pumpna kola (1) vezana za
vratilo (2), koje je u vezi sa tokovima
4
vozila, dok su turbinska kola (3) vezana
1 - pumpno kolo, 2 - vratilo, 3 - turbinsko
za noseu strukturu (4). U tako
kolo, 4 - nosa turbinskih kola, 5 - tok fluida
formiran radni prostor dovodi se, u
sluaju potrebe usporavanja vozila,
Sl. 17.30 Hidrodinamiki usporiva sa dva
odgovarajue ulje, odnosno radni
kola
fluid (5). Zahvaljujui obliku i radnim
uglovima lopatica u oba radna kola
17. Sistemi koenja vozila
400
(pumpi i turbini), javljaju se odgovarajui momenti koenja, koji se, preko
nepokretnog turbinskog kola, prenose na noseu strukturu vozila. Kada prestane
potreba za usporavanjem radni fluid se ispušta iz radnog prostora.
Rad ovog usporivaa na principu klizanju oigledno je opet skopan sa
generisanjem velikih koliina toplote, pa i sa zagrijavanjem radnog fluida. Da bi
ovakav usporiva mogao raditi u dužim periodima, neophodno je da se ova koliina
toplote odvede, tj. da se obezbijedi sistem hlaenja.
Ugradnja hidrodinamikog trajnog usporivaa u sistemu transmisije je:
- na izlazu iz mjenjaa,
- na kardanskom vratilu ili
- na pogonskom mostu.
Ugradnja hidrauline konice–trajnog usporivaa, praena je sa ugradnjom
pomonih agregata za njeno aktiviranje i održavanje normalnog termikog i
mehanikog režima rada. Mehaniki rad doveden na konicu inverzno preko
transmisije, treba pretvoriti potencijalnu i dio kinetike energije motornog vozila u
toplotu radnog fluida i odvesti je u okolinu.
Hidrodinamika konica se ukljuuje prema potrebi trajnog usporavanja motornog
vozila, preko runog komandnog ventila i pneumatske instalacije. Na ovaj nain
preko servomehanizma vrši se punjenje radnog prostora hidrodinamike konice
radnim fluidom, uljem pod pritiskom.
17.4
Sistemi aktivne sigurnosti vozila
Kako je vrlo važno da se vozilo u odreenim uslovima zaustavi, toliko je važno da
se u procesu koenja ne izgubi stabilnost vozila, što je povezano sa blokadom
tokova na vozilu. Svi procesi na vozilu (koenje vozila, ubrzavanje vozila, polazak
iz mjesta, kretanje u krivinama itd.) imaju za cilj da vozilo ostane stabilno. To se
dešava samo u sluaju ako postoji realan odnos izmeu aktivnih sila, odnosno
moment i sila, u odnosu na moment prijanjanja na tokovima vozila. Ako su ovi
odnosi narušeni u bilo kom pogledu dolazi do znaajnog poklizavanja tokova na
podlozi i mogunosti gubljenja stabilnosti vozila.
Proces blokiranja tokova na vozilima je naješi u procesu koenja pa e se ovdje
nešto detaljnije obraditi ova pojava. Na kraju e se informativno dati i uloga drugih
ureaja koji utjeu na stabilnost vozila, odnosno na njegovu aktivnu sigurnost.
Ponašanje vozila u procesu blokade tokova na pojedinim osovinama najbolje se
može objasniti preko slika 17.31 i 17.32. Na slici 17.31 a) pokazano je vozilo kod
koga su blokirali prednji tokovi, a poremeajna sila (Fp) ima desni smjer. Ona
proizvodi, pored brzine kretanja vozila (vv) i brzinu (vA) na blokiranim tokovima.
Na osnovu rezultujue brzine (vR) i pravolinijskog položaja zadnjih tokova definiran
je pol okretanja vozila (P) oko koga se okree cijelo vozilo. Svojim okretanjem vozilo
17.4 Sistemi aktivne sigurnosti vozila
401
vR
vR
vv
vA
vA
A
FC
T
vv
A
FP T
FP
w
w
P
P
a)
FC
b)
Sl. 17.31 Vozilo sa blokiranim prednjim tokovima i razliitim smjerovima poremeajne
sile (Fp)
P
w
P
w
T
FP
FP
FC
vv
B
a)
vR
vB
T
FC
vR
vv
vB
B
b)
Sl. 17.32 Vozilo sa blokiranim zadnjim tokovima i razliitim smjerovima poremeajne
sile (Fp)
proizvodi centrifugalnu silu (Fc) koja je suprotna od poremeajne sile, tako da se
može rei da centrifuralna sila ublažuje zakretanje vozila izazvano poremeajnom
silom (Fp). Slino objašnjenje slijedi i za sliku 17.31 b) gdje je poremeajna sila
suprotnog smjera. Ova dva sluaja pokazuju da je poremeena upravljivost vozila.
Za sluaj blokiranja zadnjih tokova (slika 17.32) dejstvo poremeajne sile ima drugi
efekat. Naime, na slici 17.32 a) data je poremeajna sila (Fp) desno usmjerena. Ona
proizvodi komponentu brzine vB, koja sa brzinom kretanja vozila (vv) definira
rezultujuom brzinom (vR), ime je definiran i pol obrtaja vozila (P). Ovakvo
okretanje vozila izaziva centrifugalnu silu (Fc) koja se praktino dodaje sili
402
17. Sistemi koenja vozila
poremeaja (Fp), i time pogoršava uslove zakretanja vozila. Isti efekat se dobije i
uvodei poremeajnu silu (Fp) drugog smjera (slika 17.32 b)). Ovim efektima je
ugrožena stabilnost vozila.
Ova objašnjenja ukazuju da je stabilnost vozila više ugrožena ako doe do blokade
prvo zadnjih tokova.
Zahtjevi za visokom efikasnošu koionog sistema sa jedne strane i stabilnošu i
upravljivošu sa druge strane su meusobno opreni. Visoka efikasnost koenja
predstavlja potpuno iskorištenje prijanjanja na obje osovine. Kod konstantne
raspodjele koionih sila ovaj sluaj je mogu samo kod jednog koeficijenta
prijanjanja (M). Za sve druge sluajeve dolazi u procesu koenja prvo do blokiranja
jedne od osovina, ime se ugrožava ili stabilnost ili upravljivost.
Upravo zbog ovoga, a u cilju poveanja efikasnosti koenja, uvode se razliiti tipovi
ureaja za preraspodjelu sila koenja izmeu prednje i zadnje osovine. Kod
reguliranja sile koenja na prednjoj osovini obezbjeuje se upravljivost i efikasnost,
a pri regulaciji sila koenja na zadnjoj osovini obezbjeuje se stabilnost i efikasnost.
Reguliranjem sila koenja na obje osovine obezbjeuje se upravljivost, stabilnost i
efikasnost.
Ureaji koji reguliraju raspodjelu koionih sila se mogu podijeliti na
- ureaje za kontrolu raspodjele koionih sila sa otvorenim kolom (korektori),
(ARSK ureaji)
- ureaji za kontrolu raspodjele koionih sila sa zatvorenim kolom
(antiblokirajui ureaji) – ABS – antiblocking system.
Korektori rade na principu ogranienja pritiska u instalaciji koenja (prednji dio,
zadnji dio, cijela instalacija) na bazi:
- unaprijed zadatog pritiska u instalaciji,
- veliine usporenja,
- optereenja osovina i
- usporenja, normlanog optereenja i pritiska.
Naprijed navedeni korektori se koriste sami na vozilima ili u kombinaciji sa ABS-om.
Konstruktivna rješenja korektora se nee ovdje objašnjavati. Oni imaju relativno
ograniene mogunosti i sve više se koriste uz obavezno prisustvo ABS-a ili se
potpuno potiskuju iz upotrebe. Shema instalacije koenja jednog toka sa ABS
ureajem data je na slici 17.33.
17.4 Sistemi aktivne sigurnosti vozila
FP
3
4
403
7
6
1 - dava ugaone brzine toka,
2 - elektronska upravljaka jedinica,
3 - regulacioni ventil,
4 - koioni cilindar toka,
5 - konica (izvršni organ),
6 - rezervoar,
7 - glavni koioni cilindar,
Fp - sila na pedali konice
2
5
1
Sl. 17.33 Shema sistema koenja jednog toka sa ABS-om
Na ovoj shemi se vidi zatvoreno regulaciono kolo koje u svom sastavu ima slijedee
osnovne elemente: dava ugaone brzine toka (1) koji daje upravljakoj jedinici (2)
signal ugaone brzine, na osnovu ega se odreuje promjena ugaone brzine toka,
odnosno promjena klizanja toka. Na osnovu toga, upravljaka jedinica upravlja
regulacionim ventilom (3), tako da se u koioni cilindar toka (4) iz rezervoara (6), a
na osnovu komande saopštene glavnom koionom cilindru (7), dovodi pritisak na
koione obloge (5), koji je usklaen s raspoloživim uslovima prijanjanja. Na taj
nain, bez obzira na intenzitet sile (Fp) od strane vozaa, spreava se dovoenje
takvog pritiska u koioni cilindar koji bi doveo do blokiranja toka.
Ne ulazei u konstruktivne detalje koione instalacije sa ABS-om, u nastavku e biti
objašnjen princip rada koione instalacije sa ABS-om preko karakteristika koje ova
instalacije ostvaruje. Na slici 17.34 dat je dijagram brzine vozila (vv) uporedo sa
dijagramom obodne brzine toka (vZ = r Z) u funkciji vremena, dijagram pritiska (p)
u koionoj instalaciji, odnosno momenta koenja (Mk) na toku, dijagram ugaonog
). Na slici 17.34 oznaene su i karakteristine take od 1 do 7
ubrzanja toka ( Z
koje e poslužiti za objašnjenje funkcije rada ABS-a. Uporedo sa ovom slikom dat
je na slici 17.35 uporedni dijagram momenta koenja u instalaciji (Mk) i momenta
prijanjanja (MM) koji je definiran optereenjem toka i koeficijentom prijanjanja (Mp),
u funkciji klizanja (sp). Koeficijent klizanja (sp) definira se kao
sp
vv vZ
vv
.
(17.1)
Koeficijent prijanjanja (Mp) zavisi od vrste puta, uslova vožnje i stanja pneumatika.
17. Sistemi koenja vozila
404
v
vw
vv
1
vw
2
5
6
3 4
7
a)
t
p
MK
p MK
2
1
3
5
6
4
MK
MK Mj
7
MK max
2
1
b)
3
t
w
MK min 7
5
c)
3
6
5 4
Mj
4
6
7
t
1
2
Sl. 17.34 Proces koenja toka sa ABS-om
0
1
sp
Sl. 17.35 Zavisnost momenta koenja (Mk) i
momenta prijanjanja (MM) u funkciji
proklizavanja toka (sp)
Brzina kretanja vozila (vv) i obodna brzina toka (vZ) u procesu koenja poinju se
znaajno razlikovati (slika 17.34 a)) uslijed djelovanja porasta pritiska u koionoj
instalaciji (p), odnosno momenta koenja na toku (Mk), ime dolazi do porasta
klizanja toka jer je moment koenja (Mk) znaajno vei od momenta prijanjanja
< 0). U trenutku take (2)
(Mp). U tom periodu dolazi do usporenja toka ( Z
koristei signal iz upravljake jedinice ABS ureaja, u koionoj instalaciji se obara
pritisak do nivoa take (3), odnosno take (4) kada dolazi do promjene toka
) se poveava. U jednom intervalu se pritisak u koionoj
brzine (vZ) i vrijednost ( Z
instalaciji od take (4) do take (7) drži konstantnim gdje brzina (vZ) raste do
) ponovo opada
brzine (v) - take (6) i ponovo poinje padati. Ugaono ubrzanje ( Z
itd. Tok pritiska (p), odnosno moment koenja (Mk) se zadaje preko upravljake
jedinice ABS-a, sa ciljem obezbjeenja proklizavanja u razumnim granicama sa
koeficijentom prijanjanja oko Mmax. Svaki proizvoa ABS-a kreira vlastitu funkciju
toka pritiska u koionoj instalaciji, sa ciljem da se proces koenja obavi efikasno,
a da ne doe do potpunog blokiranja toka. Karakteristine take na slici 17.34 vide
se i na slici 17.35 gdje su dati uporedo moment koenja na toku (Mk) i moment
prijanjanja (MM). Sa ove slike se vidi da se efikasno koenje sistema sa ABS-om
17.4 Sistemi aktivne sigurnosti vozila
405
postiže u optimalnoj petlji 1-2-3-4-5-6-7-1, u okruženju maksimalnog iskorištenja
koeficijenta prijanjanja i razumnog proklizavanja toka (sp). Na osnovu svega
naprijed opisanog može se zakljuiti da ABS kontrolira proces koenja u podruju
najboljih koeficijenata prijanjanja, a sa razumnim proklizavanjem toka (bez
njegove blokade).
Sistem ABS se u razliitim primjenama na vozilo ugrauje na razliite naine od
nekih kombinacija ABS-a sa ARSK ureajima, kombinacija razliitih ABS ureaja
na prednjoj i zadnjoj strani, do najbolje kombinacije ABS na svim tokovima, sa
nezavisnim i direktnim reguliranjem svakog toka posebno. Shema instalacije ABSa na svim tokovima jednog vozila data je na slici 17.36, gdje su oznaeni najvažniji
elementi.
5
5
1
1
2
2
3
3
2
1
4
2
1
5
5
1 - dava ugaone brzine, 2 - regulacioni ventil, 3 - upravljaka jedinica, 4 - glavni koioni cilindar,
5 - toak vozila
Sl. 17.36 Shema sistema ABS na vozilu sa etiri toka, gdje su za svaki toak neovisni blokovi
ABS-a
U procesu koenja, pa i vožnje u najširem smislu te rijei, važno je da tokovi vrše
kotrljanje uz razuman nivo proklizavanja. Svaka blokada tokova izaziva probleme
nestabilnosti, gubljenje upravljivosti itd. Najvažniji ureaj koji u procesu koenja
kontrolira iskoristivosti prijanjanja tokova na podlogu je ABS.
Problem iskoristivosti vune sile na pogonskim tokovima nosi naziv
„trakcija“ vozila. Zbog toga se danas na vozilima nalazi veliki broj ureaja koji
djeluju samostalno ili su oslonjeni na ABS, koji kontroliraju trakciju vozila u
razliitim uslovima vožnje i pomažu u vožnji.
S obzirom na veliki broj ovih ureaja, u nastavku je data podjela naješe susretanih
ureaja prema voznim situacijama: „pokretanje“, „vožnja“ i „koenje“. Ova podjela
se vidi na slici 17.37. Dati pomoni sistemi za aktivnu sigurnost vozila na slici 17.37
su naješe pominjani, ali ne i jedini sistemi kod vozila. Oni predstavljaju najbolju
sliku aktuelnog stanja pomonih sistema na vozilu koji poboljšavaju aktivnu
17. Sistemi koenja vozila
406
sigurnost vozila. S obzirom na brzi razvoj mehatronike kod vozila, ovi sistemi se
stalno usavršavaju, dopunjuju i razvijaju novi sistemi.
Sistemi aktivne sigurnosti
Pokretanje
Vožnja
Kočenje
-EDS
-ACC
-ABS
-ASR
-ASR
-EBV
-M-ABS
-ESP
-ESBS
-AHA
-MSR
-ABS - plus
-DAA
-RBS
-GMA
-HSA
-M-ABS
-HBA
-DSR
-HBV
-ROP
-HVV
-HDC
-FSA
-TSA
-FBS
-HHC
Sl. 17.37 Sistemi aktivne sigurnosti na vozilima
U nastavku e biti data samo vrlo kratka objašnjenja, odnosno zadaci pomonih
sistema nabrojanih na slici 17.37, bez ambicija za detaljnim objašnjenjima principa
rada i povezanosti pojedinih sistema.
ABS – sistem koji ima zadatak da sprijei ili umanji blokadu tokova u procesu
koenja vozila. S obzirom na to da je ovaj sistem danas praktino nezaobilazan kod
vozila i predstavlja osnovu za dosta pomonih sistema aktivne sigurnosti, princip
rada ovog sistema je ranije objašnjen nešto detaljnije.
ESP – ureaj koji vrši kontrolu stabilnosti vozila. Za uslove vožnje gdje može doi
do gubljenja stabilnosti vozila (podupravljivost, nedupravljivost) ESP ureaj
detektuje raspored momenata i sila na tokovima, te usmjerava signal za koenje ka
odgovarajuem toku, kako bi se vozilo vratilo u stabilnu upravljivost. Može raditi
neovisno od ABS sistema.
EDS – elektronska blokada diferencijala. Koncipirana kao pomo pri pokretanju
vozila. Intervenira na dinamiku vozila kada jedan od pogonskih tokova proklizava
prilikom ubrzanja. Toak se koi, a diferencijal prenosi pogonski moment na toak
koji ga može primiti.
17.4 Sistemi aktivne sigurnosti vozila
407
ASR – djeluje na sistem za upravljanje motorom i sistemom koenja (ABS), sa
ciljem izbjegavanja proklizavanja pri ubrzanju. Obezbjeuje smanjenje pogonskog
momenta na pogonskim tokovima, kako bi se izbjeglo proklizavanje.
M-ABS – ima proširenu funkciju ABS-a sa mogunošu zahvata u upravljanje
motorom. Direktno utjee na smanjenje momenta motora, u cilju izbjegavanja
kritinog proklizavanja.
AHA – pomaže vozau, da kod vozila koja imaju elektromehaniku umjesto
mehanike konice, drži vozilo u stanju mirovanja ili pokretanju u razliitim
uslovima puta (uzbrdica).
DAA – omoguava (pomaže) pokretanju vozila sa mjesta pri zatvorenoj
elektromehanikoj parkirnoj konici, te pokretanje vozila na usponu.
HSA – sistem koji potpomaže pokretanje na uzbrdici.
ACC – sistem koji obezbjeuje držanje razmaka pri vožnji, u odnosu na drugo
vozila, ime se poveava komfor vozaa.
MSR – sistem koji vrši regulaciju motora u sluaju gdje pri koenju dolazi do
proklizavanja toka. Regulirani pogonski moment obezbjeuje kotrljanje toka i
uspostavlja upravljivost vozila.
RBS – ima zadatak da laganim pritiskanjem koionih papua na disk isti disk od
filma vode i drži ga suhim. Na taj nain poveava efikasnost koenja, odnosno
smanjuje odgodu koenja pri vlažnom kolovozu.
DSR – predstavlja dopunsku sigurnosnu funkciju ESP-a. Olakšava stabilizaciju
vozila u kritinim situacijama (koenje na razliitim podlogama, popreni vozni
dinamiki manevri itd.).
ROP – sistem zaštite od prevrtanja. Zadatak mu je da na vrijeme reagira na sile i
momente koji mogu voditi ka prevrtanju vozila.
HDC – sistem pomoi pri vožnji nizbrdo. Preko koionog sistema djeluje da ne
doe do ubrzanja vozila na nizbrdici, za brzine manje od 20 km/h i padove puta
vee od 20%.
TSA – sistem za stabilizaciju prikljunih vozila. To je ustvari proširenje ESP-a kada
doe do opasnog njihanja prikolice, što se odražava i na vuno vozilo. Prikljuno
vozilo se stabilizira koionim zahvatima na vunom vozilu, a ako to nije dovoljno
slijedi koenje i na prikljunom vozilu.
408
17. Sistemi koenja vozila
HHC – sistem za olakšano pokretanje vozila uzbrdo bez upotrebe rune konice.
EBV – sistem elektronske raspodjele sile koenja na prednju i zadnju osovinu
prema rasporedu optereenja prednje i zadnje osovine. U osnovi ovaj sistem vrši
kontrolu prekomjernog koenja zadnje osovine.
ESBS – sistem podešavanja koionih sila na lijevoj i desnoj strani vozila, gdje se
javljaju razliiti brojevi obrtaja tokova (interesantno za koenje u krivinama). Ovim
se izbjegava zakretni moment vozila, ime se vozilo vraa u stanje upravljivosti.
ABS-plus – softversko rješenje sistema za koenje na nekompaktnoj podlozi
(šljunak, pjesak itd.) ime se skrauje koenje i za 20%.
GMA – sistem djelovanja na momente zakretanja vozila oko vertikalne ose, koji su
posljedica uslova koenja na pojedinim tokovima.
HBA – hidrauliki sistem pomoi pri koenju. Predstavlja proširenje ESP sistema.
Aktivira se u situaciji koenja u nuždi, gdje pojaava pritisak u koionoj instalaciji,
ako nije postignut dovoljan pritisak od strane vozaa.
HBV –hidrauliki pojaiva sile koenja.
HVV – sistem za poveanje pritiska u koionoj instalaciji na zadnjoj osovini vozila
do mjere aktiviranja ABS-a.
FSA – sistem za pripremu sistema koenja (pretpunjenje sistema koionom
tenošu) u sluaju iznenadne opasnosti, kako bi se koenje vozaa izvelo vrlo brzo.
FBS – sistem koji služi za poveanje pritiska u koionom sistemu do aktiviranja
ABS-a. Koristi se u situacijama kritinog koenja kada nije prekoraen pritisak za
aktiviranje ABS-a.
409
18. RAM I KAROSERIJA VOZILA
Nosei sistem vozila, koji objedinjuje ram i karaseriju vozila, ima zadatak da
objedini i poveže sve sisteme i sklopove u jednu cjelinu (motorno ili prikljuno
vozilo) i da primi i prenese sva optereenja koja djeluju na vozilo u toku njegove
eksploatacije. U optereenja vozila ubrajaju se: težina svih elemenata i sklopova,
težina korisnog tereta, sile koje se prenose od neravnina na podlozi, sile od
upravljanja vozilom, sile inercije (od ubrzanja, od usporenja, od oscilacije vozila),
sile otpora, itd. Nosei sistem vunog vozila prima i sile koje se prenose sa
prikljunog vozila.
Osnovni zahtjevi koji se postavljaju pred nosei sistem su: da se pri minimalno
moguoj masi obezbijedi vijek trajanja koji je jednak projektovanom vijeku vozila,
da im krutost bude takva da obezbjeuje povoljne uslove rada svih ostalih sistema i
sklopova vozila i da uz obebjeenje niskog položaja težišta vozila omogui lako
sklapanje i rasklapanje vozila kao i što nižu visinu utovara i istovara tereta.
Prema tipu noseeg sistema vozila se dijele na
- vozila sa ramom (šasijom) i
- vozila bez rama.
Kod vozila koja imaju ram (teška vozila i laka vozila za vei broj putnika) karoserija
se postavlja na ram i prima minimalna optereenja (u podrujima deformacije rama).
Na ram se mogu postavljati karoserije razliitih tipova, što omoguava unifikaciju
pogonskih agregata zajedno sa ramom.
Po konstrukciji ramovi (šasije) se dijele na tri grupe: sa zatvorenim okvirom
(slika 18.1 a) i b)), sa središnjim okvirom (slika 18.1 c)) i sa X okvirom (slika 18.1 d)).
a)
c)
b)
d)
Sl. 18.1 Vrste ramova (šasije)
410
18. Ram i karoserija vozila
Ramovi sa zatvorenim okvirom sastoje se od dvije uzdužne grede koje su
meusobno povezane sa nekoliko poprenih nosaa. Spajanje se vrši zakivanjem ili
varenjem. Popreni nosai konstruiraju se tako da omoguuju smještaj motora,
hladnjaka, transmisije i drugih agregata vozila.
Da bi se omoguilo postavljanje sistema ovješenja preko koga se veže karoserija, na
ramu se obino postavljaju posebni nosai. Ram vozila je veoma važan dio i pri
konstrukciji vozila mu se posveuje posebna pažnja, pošto je optereen veoma
visokim optereenjima (statikim i dinamikim). Pri projektovanju rama naroito se
mora obratiti pažnja na:
a) veliine poprenih presjeka greda koje se biraju na osnovu prorauna rama
na savijanje i uvijanje. Momenti savijanja koji djeluju na ram, mijenjaju se
uzduž grede od vrijednosti nula do maksimuma. Radi racionalnog
korištenja materijala obino se grede prave sa promjenjivim poprenim
presjekom,
b) maksimalnu mogunost sniženja visine težišta iznad tla i
c) pravilnu dimenzioniranost, da bi se ostvarila potrebna krutost. U sluaju
udara prednjeg dijela grede rama u bilo kakvu prepreku, popreni nosai
moraju izdržati ova naprezanja, da ne bi došlo do smicanja jedne glavne
grede u odnosu na drugu u uzdužnom pravcu.
Karoserija vozila služi za smještaj vozaa, putnika i tereta. Zajedno sa ramom,
karoserija obrazuje osnovni nosei sistem vozila.
Karoserija se može za ram privrstiti elastinom vezom. U tom sluaju se svi
agregati vozila (motor, mehanizmi transmisije i upravljaki mehanizam) postavljaju
na ram vozila. Ovdje ram prima sva optereenja koja se javljaju pri kretanju vozila.
Ako je karoserija kruto vezana za ram (pomou zavrtnjeva, zakovicama ili
zavarivanjem), sve sile koje se javljaju pri kretanju vozila prima ram zajedno sa
karoserijom. Ovakve karoserije nazivaju se polunosee.
Kod nekih konstrukcija vozila funkciju rama vrši karoserija koja prima na sebe sva
optereenja koja se javljaju pri kretanju vozila. Ove karoserije su tzv. samonosee
karoserije.
U odnosu na tip vozila razlikuju se karoserije za putnike automobile, autobuse i
kamione. Osim opštih uslova (minimalna težina, dug vijek trajanja itd.) karoserije
moraju ispuniti neke specifine uslove, i to:
a) omoguiti dovoljan prostor za smještaj tereta,
b) obezbijediti udoban ulaz i izlaz za putnike i lagano manipuliranje teretom,
c) omoguiti dobar raspored agregata sistema za upravljanje,
d) omoguiti dobru vidljivost,
e) omoguiti optimalnu izolaciju od vlage, toplote i zraka i
f) obezbijediti potreban komfor (grijanje i ventilacija).
Osim toga, samonosea karoserija mora biti konstruirana kao nosei element, ali da
ima minimalnu težinu. Na slici 18.2 pokazan je primjer samonosee karoserije
putnikog vozila, a na slici 18.3 i samonosee karoserije autobusa.
411
Sl. 18.2 Samonosea karoserija putnikog vozila
Sl. 18.3 Samonosea karoserija autobusa
Težina samonoseih karoserija kod putnikih vozila iznosi 40-55% od težine
praznog vozila. Da bi se smanjila težina, dijelovi samonoseih karoserija izrauju se
ponekad od plastinih materija.
Samonosee karoserije izrauju se kombinirano od lakih metala, elinih limova,
plastinih dijelova itd., sa ciljem smanjenja težine samonosee karoserije.
Kod vozila sa ramom (šasijom) nadgradnja zavisi od namjene vozila, odnosno vrste
tereta koji prevozi. Tako je na slijedeim slikama dato nekoliko tipinih vrsta
nadgradnje.
Na slici 18.4 dat je univerzalni tovarni sanduk, a na slici 18.5 dat je metalni tovarni
sanduk samoistovarivaa.
18. Ram i karoserija vozila
412
1 - platforma sanduka,
2, 8 U - vijci,
3 - pluga brave,
4 - poprena greda,
5, 10 - bona stranica,
6 - metalni okov,
7 - ušica,
9 - stražnja stranica,
11 - prednja stranica,
12 - uzdužni nosa
Sl. 18.4 Univerzalni tovarni sanduk
1 - šarnir zadnje stranice, 2 - stražnja stranica, 3 - popreno ukruenje platforme,
4 - platforma, 5, 16 - osovinica, 6, 14 - zub, 7, 8 - šarnir sanduka, 9 - uzdužna spona,
10 - hidrauliki cilidar, 11 - potpora, 12 - okvir vozila, 13 - voica automatskog odbravljivanja
stražnje stranice, 15 - poluga; 17 - ruica, 18 - štitnik
Sl. 18.5 Metalni tovarni sanduk samoistovarivaa
Na slikama 18.6; 18.7 i 18.8 dati su primjeri nadgradnje vozila za specifine namjene:
413
1 - stabilizator, 2 - pomoni okvir, 3 - U - vijak, 4 - vodea ploa, 5 - podužno uvršivanje
pomonog okvira, 6 - stup dizalice, 7 - grana dizalice
Sl. 18.6 Vozilo sa dizalicom za utovar iza kabine (a) i na kraju sanduka (b)
Sl. 18.7 Kamion-cisterna za prevoz cementa
1 – doboš,
2 – lijevak za pražnjenje,
3 – nosivi lijevak,
4 – okvir vozila,
5 – rezervoar za vodu
Sl. 18.8 Auto mješalica za beton
414
18. Ram i karoserija vozila
Ovdje su dati samo neki primjeri nadgradnje, ne ulazei u vrlo široki spektar
razliitih nadgradnji za prevoz opasnih materija, lako kvarljive hrane, žive stoke,
specijalnih tereta itd. Sva rješenja nadgradnje, koja se danas koriste, su uglavnom
definirana odgovarajuim standardima, sve sa ciljem bezbjedne vožnje na putevima.
415
19. OSTALI UREAJI NA VOZILU
Pored do sada pobrojanih osnovnih ureaja i sistema, na vozilu se nalazi još dosta
ureaja koji obezbjeuju funkcionalan rad vozila. Ovdje e biti nabrojani samo oni
koji su najvažniji, bez ulaženja u objašnjenje detaljnijih karakteristika istih.
a) Elektrooprema motornih vozila
Pod elektroopremom motornog vozila se podrazumijevaju svi elektroureaji,
instrumenti i elektroinstalacija motornog vozila. Kompletna elektrooprema se može
razvrstati u: izvore elektrine struje, potrošae i provodnike. Kao izvori struje na
vozilu koriste se akumulator i generator istosmjerne struje ili alternator. Potrošai
elektrine struje su: svjetla na vozilu, signalna svjetla, sirena, brisai stakala,
brzinomjer, broja kilometara, tahograf, manometar, termometar, mjera nivoa
goriva, grijai, radio na vozilu itd. S obzirom na veliki broj potrošaa potrebno je
zaštititi akumulator od preoptereenja, zbog ega se ugrauju osigurai.
b) Provjetravanje, grijanje i klimatizacija
S obziromna to da su savremena vozila dobro zaptivena, onemoguen je ulazak
prašine i vlage u vozilo. Ovo zahtijeva rješenje dobrog provjetravanja vozila.
Provjetravanje treba da je tako riješeno da nema štetnih posljedica po zdravlje
vozaa i putnika. U odreenom godišnjem dobu koristi se zagrijavanje prostora u
vozilu. Za ove potrebe obino se iskorištava toplota koju motor ne može iskoristiti
drugaije (toplota izduvnih gasova, toplota vode za hlaenje). Za hlaenje prostora
u vozilu koristi se klima ureaj. Kao savremeno rješenje za grijanje i istovremeno
hlaenje koriste se klima ureaji koji reguliraju temperaturu i vlažnost zraka u
prostoru vozila. Ovo rješenje je dosta skupo i rjee se primjenjuje.
c) Ureaji za omoguavanje normalne vidljivosti
U ovu grupu ureaja ubrajaju se vjetrobran, vanjska prozorska stakla na kabini i
karoseriji, ureaji za brisanje i kvašenje vjetrobranskog stakla i sistemi ogledala na vozilu.
416
19. Ostali ureaji na vozilu
d) Ureaji pasivne sigurnosti
Tu se ubrajaju sigurnosni pojasevi, zrani jastuci, sjedišta i nasloni, apsorberi
energije sudara itd.
e) Ureaji za osiguranje od neovlaštene upotrebe
Tu se ubrajaju, pored kljueva za pokretanje vozila sa sigurnosnim kodom, razliiti
ureaji za blokade motora, toka upravljaa, mjenjaa itd.
f) Specijalni ureaji na vozilu
Od specijalnih ureaja na vozilu mogu se pomenuti slijedei:
- ureaj za samoizvlaenje-vitlo,
- ureaj za samoistovar, kip-ureaj,
- ureaj za vuu prikolice,
- sistem (ureaj) za podmazivanje vozila
- itd.
417
20. NEUSTALJENA KRETANJA MOTORNIH VOZILA
I KRATAK OSVRT NA MEUNARODNE PROPISE
20.1 Neustaljeno kretanje vozila
Materija izložena u prethodnih 19 poglavlja ovog prirunika imala je za cilj da
upozna itaoca sa osnovnim koncepcijama cestovnih vozila, funkcioniranjem
pojedinih sistema i sklopova i najvažnijim karakteristikama pojedinih sistema i vozla
u cjelini. Cilj prirunika je da italac ovlada najvažnijim pojmovima i
karakteristikama cestovnih vozila, kako bi mogao uporeivati karakteristike
razliitih vozila (energetske karakteristike, ekološke karakteristike, eksploatacione
karakteristike). Sve pomenute karakteristike izložene u priruniku, su pri uslovima
tzv. stacionarnih režima rada.
Realni parametri cestovnog motornog vozila bi trebalo da se analiziraju na
nestacionarnim režimima rada, odnosno pri tzv. naustaljenim režimima vožnje.
Analiza karakteristika cestovnih vozila na neustaljenim režimima vožnje je vrlo
kompleksna i zavisi od uslova u kojima se koristi neko vozilo. Na primjer, potpuno
su razliiti uslovi neustaljenog kretanja cestovnog vozila u gradskom prometu i u
meugradskom prometu. Na neustaljeni režim kretanja vozila pored utjecaja
okruženja, koncepcije vozila, vrste transmisije itd., ima znaajan utjecaj i voza koji
upravlja vozilom. Ovdje je najvažnija uloga vozaa u režimu promjene stepena
prenosa u procesu ubrzanja vozila. Na osnovu saznanja koja su data u ovom
priruniku i konkretnih uslova vožnje (neustaljenih režima) mogu se praviti analize i
grube procjene o ekonominosti vozila. U nastavku se daju samo osnovni pojmovi
kod neustaljenog kretanja motornih vozila.
Svako kretanje vozila odvija se prema, tzv. ciklusnoj zakonitosti, koja se ponavlja
više puta tokom vožnje.
Ciklus se sastoji od slijedeih faza: faza ubrzanja, faza ustaljenog kretanja, faza
slobodnog usporenja i faza koenja.
Pri kretanju u gradovima ciklusi se više puta ponavljaju razliitog intenziteta. Kao
mjerodavna uzima se srednja brzina kretanja vozila na odreenoj dionici puta. Na
potrošnju goriva najviše utjee faza ubrzanja. Poželjno je da ubrzanje bude što krae.
Principijelo ekonominost vozila zavisi od veeg broja faktora:
- uslova eksploatacije,
- konstruktivnog oblika vozila,
- koncepcije motora i procesa izgaranja,
20. Neustaljena kretanja motornih vozila i kratak osvrt na meunarodne propise
418
-
vrste transmisije,
utjecaja inertnosti termikog procesa i
utjecaja rotirajuih masa na ubrzanje.
Može se odrediti zakonitost utjecaja pojedinih faktora na ekonominost u cilju
poveanja iste.
Primjer ciklusnog kretanja vozila u gradu može se prikazati pomou dijagrama
slika 20.1, koji predstavlja brzinski režim eksploatacije ili brzinsku karakteristiku
vozila.
vv
vsr
1
2
3
4
5
6
7
8
t [s]
Sl. 20.1 Ciklusna kretanja vozila u gradu
U takama 1, 2, 3, 4 itd. su poeci i završeci pojedinih ciklusa.
Intervali 23, 45, 67, 89 su neminovna zaustavljanja vozila (semafori, raskrsnice,
stanice itd.).
Iz ovoga proizilazi da je analiza realnog procesa vožnje vozila u neustaljenim uslovima
vrlo složen proces, ijim pravilnim posmatranjem i analizom pojedinih rješenja se može
direktno utjecati na ekonominost vozila.
Ne ulazei u dublje analize, ovim se željelo pokazati da su realni uslovi u kojima rade
vozila daleko složeniji od onih koji se koriste pri izuavanju i analizi rada pojedinih
agregata vozila (motor, mjenja, kardan …). Pri ozbiljnim analizama pojedinih sklopova
na vozilu (razvoj i konstrukcija istih) ne može se zaobii neustaljeno kretanje vozila,
odnosno pored stacionarnih uslova rada moraju se izuavati i pojave pri nestacionarnim
uslovima rada vozila.
20.2. Osvrt na meunarodne propise
Cestovna vozila, kao sredstva masovne upotrebe u najširem smislu te rijei, pored
obezbjeenja odreenih karakeristika (energetskih, eksploatacionih itd.) moraju
zadovoljavati i odgovarajue propise koji se odnose na:
- ouvanje ovjekove okoline,
- postizanje stepena sigurnosti putnika,
- obezbjeenje pouzdanosti vozila u eksploataciji,
- postizanje odreene ekoninosti itd.
20.2 Osvrt na meunarodne propise
419
Imajui u vidu da je industrija cestovnih vozila vrlo raširena po svijetu, razliitih nivoa
tehniko-tehnoloških dostignua i tehnike kulture u pojedinim regionima svjeta,
kvaliteti goriva itd., nametnuta je potreba da se standardiziraju odreeni sistemi,
sklopovi i elementi cestovnih vozila, kako bi bili zadovoljeni minimalni uslovi za
korištenje vozila. Uslovi koje moraju zadovoljiti pojedina vozila zavise od regiona
primjene.
Standardi koji se koriste u Evropi u podruju cestovnih vozila nose oznaku ECE
pravilnici. Za SAD koriste se tzv. Federalni propisi (iako Kalifornija ima posebne
propise tzv. California propisi) itd. Svi propisi koji tretiraju cestovna vozila definiraju
minimalne tehnike uslove za pojedine sisteme, sklopove i elemente, kao i nain
kontrole ovih uslova. Tu se može pomenuti npr. sistem koenja, sistem upravljanja,
svjetla, sigurnosni pojasevi, motor sui, zaštitinici od podlijetanja itd. Ne ulazei u bilo
kakve rasprave i karakteristike pomenutih standarda – propisa, želim istaknuti da tzv.
sociološki parametri cestovnih vozila imaju dominantnu ulogu u izboru vozila i njihovoj
prohodnosti u pojedinim zemljama (posebno razvijenim zemljama). Oni su definirani
preko ECE pravilnika i stalno se pooštravaju.
U sociološkim parametrima glavno mjesto zauzimaju tzv. elementi regulirane emisije
zagaivaa (CO, CxHy, NOx, PM-estice C i dim) i emisija buke. Zadnjih nekoliko
godina emisija CO2, kao gasa staklenike bašte, postaje takoer vrlo važna zbog visokog
procenta CO2 koji se emituje u atmosferu od cestovnih vozila. Sama emisija CO2 može
se smanjiti na dva naina – smanjenjem potrošnje goriva i korištenjem alternativnih
goriva koja emituju manje CO2. Otuda je danas vrlo intenzivan pravac razvoja vozila sa
alternativnim gorivima.
S obzirom na to da je BiH evropska zemlja i da ima ambiciju da postane lanica EU, u
nastavku e se dati pregled propisa – standarda za emisiju reguliranih zagaivaa od
cestovnih vozila, odnosno motora sui, koji se primjenjuju od devedesetih godina
prošlog stoljea do danas. ak su ovi standardi dobili i komercijalne nazive Euro 1,
Euro 2 ..., koji su poznati i široj javnosti. U nastavku e se navesti, kao primjeri za par
kategorija vozila, standardi o emisiji reguliranih zagaivaa i njihovo pooštravanje,
vremenom.
Tako je u tabeli 20.1 dat pregled standarda Euro 1 do Euro 6 za putnika vozila
kategorije M, a u tabeli 20.2 dat je pregled standarda o emisiji od dizel motora za
kamione i autobuse.
420
20. Neustaljena kretanja motornih vozila i kratak osvrt na meunarodne propise
Tabela 20.1. Granine vrijednosti emisije reguliranih zagaivaa za putnika vozila
(kategorija M*), g/km
Datum
Dizel motor
Euro 1+
Juli 1992
Euro 2
Euro 3
Euro 4
Euro 5
Euro 6
(budunost)
Oto motor
Euro 1+
Euro 2
Euro 3
Euro 4
Euro 5
Euro 6
(budunost)
Januar 1996
Januar 2000
Januar 2005
Septembar
2009
Septembar
2014
Juli 1992
Januar 1996
Januar 2000
Januar 2005
Septembar
2009
Septembar
2014
CO
THC
NMHC
NOx
HC+NOx
PM
2,72
(3,16)
1,0
0,64
0,50
0,500
-
-
-
-
-
0,50
0,25
0,180
0,97
(1,13)
0,7
0,56
0,30
0,230
0,14
(0,18)
0,08
0,05
0,025
0,005
0,500
-
-
0,080
0,170
0,005
2,72
(3,16)
2,2
2,3
1,0
1,0
-
-
-
-
0,20
0,10
0,100
0,068
0,15
0,08
0,060
0,97
(1,13)
0,5
-
1,0
0,100
0,068
0,060
-
0,005**
0,005**
* - prije Euro 5, putnika kola mase > 2500 kg su bila klasificirana u grupi N1-I
** - važi samo za vozila sa direktnim ubrizgavanjem goriva
+ - vrijednosti u zagradi su dozvoljeni podaci u serijskoj prizvodnji
Ugljikovodonici (CxHy) nose oznake: NMHC – nemetanski ugljikovodonici, HC i
THC - ukupni ugljikovodonici.
20.2 Osvrt na meunarodne propise
421
Tabela 20.2. Granine vrijednosti emisije zagaivaa kod dizel motora za teretna
vozila i autobuse g/kWh (dim u m-1)
Euro I
Euro II
Euro III
Euro IV
Euro V
Euro VI
Datum
1992, < 85 kW
1992, > 85 kW
Oktobar 1996
Oktobar 1998
Oktobar 1999
EEV-s samo
Oktobar 2000
Oktobar 2005
Oktobar 2008
Oktobar 2013
Test ciklus
ECE R-49
ESC & ELR
ESC & ELR
CO
4,5
4,5
4,0
4,0
1,0
HC
1,1
1,1
1,1
1,1
0,25
NOx
8,0
8,0
7,0
7,0
2,0
PM
0,612
0,36
0,25
0,15
0,02
Dim
2,1
0,66
5,0
0,8
1,5
1,5
1,5
0,46
0,46
0,13
3,5
2,0
0,4
0,10
0,13*
0,02
0,02
0,01
0,15
0,5
0,5
*- za motore sa hodnom zapreminom manjom od 0,75 dm3 po cilindru i brojem
obrtaja preko 3000 o/min
422
423
21. LITERATURA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Automotive Handbook, 7th edition, Robert Bosch GmbH, 2007.
Blundell M., Harty D.: Multibody Systems Approach to Vehicle Dynamicsa,
Elsevier Butterworth – Heinemann, 2004.
Braess H.H., Seiffert U. : Handbook of Automotive Engineering, SAE
International, Warrendale, Pennsylvania USA, 2005.
Bussien: Automobiltechnisches handbuck, A.Band, 2. Band, Technischer
Verlag Herbert Cram, Berlin, 1965.
ernej A.: Motorna vozila, 1 del, Univerza Maribor, Tehniške fakulteta,
Strojništvo, Maribor, 1992.
ernej. A., Dobovišek Ž.: Napajanje gorivom dizel i oto motora, IGKRO
Svjetlost Sarajevo, Sarajevo, 1980.
Dixon C.J.: The Shock Absorber Handbook, Second Edition, SAE
International Warrendale PA, KSA, 2007.
Dobovišek Ž., ernej A.: Idealni i stvarni ciklusi motora sa unutrašnjim
sagorijevanjem, Mašinski fakultet Sarajevo, Sarajevo, 1976.
Dobovišek Ž., ernej A.: Procesi sagorijevanja, Mašinski fakultet Sarajevo,
Sarajevo, 1978.
Dobovišek Ž., ernej A.: Oprema motora sus, II dio, Mašinski fakultet
Sarajevo, Sarajevo, 1979.
Draškovi E., Radovanovi M., Adži M.: Sagorijevanje, Mašinski fakultet
Beograd, Beograd, 1986.
Dui R.: Drumska prevozna sredstva, skripta, Saobraajni fakultet
Sarajevo, Sarajevo, 1985.
Dui
R.:
Dinamika
ABS,
Saobraajni
fakultet
Sarajevo,
Sarajevo, 1985.
Filipovi I.: Cestovna vozila, skripta, Fakultet za saobraaj i komunikacije
Sarajevo, Sarajevo, 2002.
Filipovi I.: Motori sa unutarnjim izgaranjem-dinamika i oscilacije, Mašinski
fakutlet Sarajevo, Sarajevo, 2007.
Filipovi I.: Motori i motorna vozila, skripta, Strojarski fakultet Mostar,
Mostar, 1996.
Filipovi I.: Konstrukcija motora, skripta, Mašinski fakultet Sarajevo,
Sarajevo, 1988.
Filipovi I.: Modeliranje procesa u motorima, skripta, Mašinski fakultet
Sarajevo, Sarajevo, 2010.
Filipovi I.: Natpunjenje motora sui, skripta, Mašinski fakultet Sarajevo,
Sarajevo, 1998.
Filipovi I., Bibi Dž., Pikula B.: Sistemi za dobavu goriva kod dizel
motora, Mašinski fakultet Sarajevo, Sarajevo, 2010.
424
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
Filipovi I., Bibi Dž., Pikula B.: Uputstvo o pregledu vozila namijenjenih za
meunarodni drumski transport, Mašinski fakultet Sarajevo, Sarajevo, 1997.
Genta G., Morello L.: The Automotive Chassis, Vol.1: Components
Designe, Springer Science + Business Media B.V., 2009.
Heywood B.M.: International Combustion Engine Fundamentals, McGraw
– Hill Book Co., 1988.
Hnatko E.: Motorna cestovna vozila, Tehnika knjiga Zagreb,
Zagreb, 1977.
Jankovi D., Todorovi J.: Teorija kretanja motornih vozila, Mašinski
fakultet Beograd, Beograd, 1990.
Janjiijevi N., Jankvoi D., Todorovi J.: Konstrukcija motornih vozila,
Mašinski fakultet Beograd, Beograd, 1991.
Joksimovi-Tjapkin S.: Procesi sagorijevanja, Tehnološko-Metalurški
fakultet Beograd, Beograd, 1981.
Kegl B.: Osnove motorjev z notarnjim zgorevanjem, Fakulteta za
strojništvo Maribor, Maribor, 2006.
Knor P.: Dinamika motornih vozila, skripta, Mašinski fakultet Sarajevo,
Sarajevo, 2004.
Lecher G.; Naunheimer H.: Automative Transmisions, Fundamentals,
Selection, Design and Application, Springe-Verlag Berlin Heidelberg, 1999.
Leyhausen J.H.: Die Meisterprufung in Kfz-Handwerk, Teil 2, VogelVerlag, Wurzburg, 1982.
Limpert R.: Brake Design an Safety, Second Edition, SAE International,
USA, 1999.
Milašinovi A., Kneževi D.: Tehnologija tehnikog pregleda vozila,
Saobraajni fakultet Doboj, Doboj, 2010.
Milidrag S.: Konstrukcija motornih vozila I, II, III i IV dio, Mašinski
fakultet Sarajevo, Sarajevo, 1983.
Reimpell J., Stoll H., Betzler J.: The Automotive chassis: Engineering
Principles, sec.edition, Reed Elsevier and Proffessional Publishing
Ltd., 2001.
Simi D.: Motorna vozila, Nauna knjiga Beograd, Beograd, 1988.
Stojii T.: Motori sus (ciklusi-teorija-razvoj), Mašinski fakultet Srajevo,
Sarajevo, 2001.
Todorovi J.: Koenje motornih vozila, Zavod za udžbenike i nastavna
sredstva, Beograd, 1988.
Todorovi J.: Ispitivanje motornih vozila, Mašinski fakultet Beograd,
Beograd, 1979.
Tomi V.M.: Oprema motora, Mašinski fakultet Beograd, Beograd, 2005.
Zubakin A.: Teorija i proraun motornih vozila, I dio, Mašinski fakultet
Sarajevo, Sarajevo, 1980.
Živanovi Z., Janiijevi N.: Automatske transmisije motornih vozila,
Ecolibri & Autori, Beograd, 2000.
425
43.
44.
Živkovi M.: Motori sa unutrašnjim sagorijevanjem, I dio, IV izdanje,
Mašinski fakultet Beograd, Beograd, 1988.
Prospektni materijali, standardi, ...
426
427
SPISAK NAJEŠE KORIŠTENIH OZNAKA
Oznaka
Mjerna
jedinica
Znaenje
a
m/s
Brzina zvuka
B
m
Širina traga tokova vozila
ci
cm
Cob
N/m
m/s
N/m
Krutost i-tog elastinog elementa
Srednja brzina klipa
Krutost opruge brizgaa
dv
D, Dk
m
m
Prenik klipa rasteretnog ventila
Prenik klipa
e
eM
en
m
-
Ekscentricitet
Elastinost momenta motora
Brzinski koeficijent elastinosti
Fc
Fk
Fo
Fp
Fv
FM
N
N
N
N
N
N
Centrifugalan sila na vozilu
Sila koenja
Sila predsabijanja opruge brizgaa
Poremeajna sila na vozilu
Sila na toku upravljaa
Sila na toku vozila
g
ge
G
Gh
m/s2
g/kWh
N
kg/h
Ubrzanje zemljine teže
Efektivna specifina potrošnja goriva
Težina vozila
asovna potrošnja goriva
hi
hk
hmin
hRV
h v , h 'v , h "v
m
m
m
m
m
Hod igle brizgaa
Hod klipa
Minimalna debljina ulja na brijegu bregastog vratila
Hod rasteretnog ventila
Put, relativna brzina i relativno ubrzanje ventila
ih
ihn
imm
-
inm
io
-
Prenosni odnos hidro prenosnika
Prenosni odnos u mjenjau za hod nazad
Prenosni odnos u posljednjem (najveem) stepenu
prenosa mjenjaa
Prenosni odnos u n-tom stepenu prenosa mjenjaa
Prenosni odnos u glavnom prenosniku
428
iT
iI, iII ...
-
Prenosni odnos u transmisiji
Prenosni odnos u I, II ... stepenu prenosa mjenjaa
jk
Jm
m/s2
kgm2
Usporenje vozila u procesu koenja
Moment inercije rotirajuih masa motora i zamajca
k
ki
Ns/m
Koeficijent transformacije obrtnog momenta
Koeficijent prigušenja i-tog elastinog elementa
lk1, lk2
lo
Lc
m
kg/kg
m
Dužin krakova klackalice
Stehiometrijski odnos zraka
Dužina cijevi visokog pritiska
g
m
mi
mm
z
m
Me
MK
Mp
Ms
MSA
Mt
MM
kg/s
kg
kg/s
Nm
Nm
Nm
Nm
Nm
Nm
Nm
Protok goriva
Masa i-tog elementa
Ukupan broj stepeni prenosa u mjenjau
Protok zraka
Srednji efektivni obrtni moment motora
Moment koenja na toku
Obrtni moment na kolu pumpe
Moment na spojci
Obrtni moment na sprovodnom aparatu
Obrtni moment na kolu turbine
Moment prijanjanja toka
n
nk
nmax
nMe max
nnom
np
nt
nT
nTmin
nI, nII, ...
o/min
o/min
o/min
o/min
o/min
o/min
o/min
o/min
o/min
o/min
Broj obrtaja motora
Broj obrtaja izlaznog vratila kardana
Maksimalni broj obrtaja motora
Broj obrtaja pri maksimalnom momentu Me
Broj obrtaja motora pri nominalnoj snazi
Broj obrtaja kola pumpe
Broj obrtaja kola turbine
Broj obrtaja toka
Minimalni stabilni broj obrtaja pogonskih tokova
Broj obrtaja izlaznog vratila mjenjaa u I, II ...
stepenu prenosa
p
pd
pe
po
N/m2
N/m2
N/m2
N/m2
pob
pzb
pII
N/m2
N/m2
N/m2
Pritisak u cilindru motora, pritisak
Pritisak u presjeku difuzora karburatora d
Srednji efektivni pritisak
Pritisak okoline, statiki (zaostali) pritisak izmeu
dva ubrizgavanja
Pritisak otvaranja brizgaa
Pritisak zatvaranja brizgaa
Pritisak ispred brizgaa
429
Pe
Penom
W
W
Efektivna snaga motora
Efektivna nominalna snaga motora
q
-
qc
qg
m3/cikl. cil.
-
Koeficijent raspodjele prenosnih odnosa kod
mjenjaa
Ciklusna dobava goriva
Koeficijent geometrijske raspodjele prenosnih
odnosa kod mjenjaa
rd
ro
R
Ro
m
m
J/kgK
m
Dinamiki poluprenik toka
Poluprenik osnovnog kruga bregastog vratila
Gasna konstanta
Radijus okretanja vozila
skl
sp
sv, s'v , s"v
m
m
Hod klipa
Koeficijent proklizavanja, koeficijent klizanja
Put, relativna brzina i relativno ubrzanje podizaa
ventila
t
To
Tr
Tt iz
Tt ul
s
K
K
K
K
Vrijeme, vrijeme jednog ciklusa
Temperatura okoline
Temperatura izduvnih gasova ispred turbine
Temperatura rashladne tenosti na izlazu iz motora
Temperatura rashladne tenosti na ulazu u motor
v
vsr
vv
vZ
V
Vc
Vh
Vh uk
Vmax
Vmin
VR
m3/kg
m/s
m/s
m/s
m3
m3
m3
m3
m3
m3
m3
Specifina zapremina
Srednja brzina kretanja vozila
Brzina vozila
Obodna brzina toka
Zapremina
Kompresiona zapremina
Hodna zapremina u cilindru
Ukupna hodna zapremina motora
Maksimalna zapremina u motoru
Minimalna zapremina u motoru
Rasteretna zapremina
XT
N
Horizontalna reakcija tla
YT
N
Poprena reakcija tla
ZT
N
Vertikalna reakcija tla
D
Dpv
°KV
°KV
Ugao obrtanja koljenastog vratila
Ugao prekrivanja ventila
430
Duv
J
Jm
Gk
Gs
'b 'pd
°
Ugao zakretanja vozila
°
Koeficijent zaostalih gasova
Ugao nagiba motora
m
m
Debljina zida košuljice
Stepen proklizavanja spojnice
m
N/m2
Boni pomak toka
Pad pritiska na difuzoru
H
M
Mp
O7
Oz
KHDTOM
Ke
Kk
Km
Ko
Ks
Kv
-
Stepen kompresije
°
-
Ugao
Koeficijent prijanjanja
°
-
Ugao nagiba toka
Ekvivalentni odnos zraka (koeficijent viška zraka)
-
Stepen korisnosti hidrodinamike transmisije
Efektivni stepen korisnosti
Stepen korisnog dejstva kardanskog vratila
Mehaniki stepen koristnosti
Stepen korisnog dejstva glavnog prenosa
Stepen ispiranja
Zapreminski stepen punjenja
P
-
Koeficijent trenja
Q
-
Stepen sigurnosti spojnice
Z
Z
Zp
Zt
s-1
s-2
s-1
s-1
Ugaona brzina radilice
Ugaono ubrzanje
Ugaona brzina kola pumpe
Ugaona brzina kola turbine
S
-
Koeficijent prozirnosti
Ub
\
m
Radijus zakrivljenja brijega
-
Koeficijent otpora puta
431
Skraenice:
Oznaka
Znaenje
MK
SMT
UMT
Leptir u izduvnoj grani
Spoljna mrtva taka
Unutarnja mrtva taka
432
433
ISPITNA PITANJA ZA VODITELJE NA STANICAMA
TEHNIČKIH PREGLEDA
POZNAVANJE CESTOVNIH VOZILA
1. Prema ECE propisima, motorna vozila namijenjena za prevoz putnika čija
masa ne prelazi 3.500 kg spadaju u:
a) kategoriju L5
b) kategoriju M1
c) kategorija N1
2. Prema ECE proipisima , motorna vozila namjenjena za prevoz tereta čija je
najveća masa opterećenog vozila iznad 3.500 kg, ali ne iznad 12.000 kg,
spadaju u:
a) kategoriju M1
b) kategoriju N1
c) kategoriju N2
3. Prema ECE propisima, prikolice čija je najveća masa opterećene prikolice
iznad 10.000 kg spadaju u :
a) kategoriju O2
b) kategoriju O3
c) kategoriju O4
4. U koju kategoriju, prema ECE propisima, spadaju motorna vozila
namjenjena za javni prijevoz putnika?
a) kategoriju M
b) kategoriju N
c) kategoriju O
d) kategoriju T
5. U koju kategoriju, prema ECE propisima, spadaju motocikli?
a) kategoriju A
b) kategoriju L
c) kategoriju M
d) kategoriju N
6. U koju kategoriju, prema ECE propisima, spadaju poluprikolice?
a) kategoriju L
b) kategoriju M
c) kategoriju O
d) kategoriju T
434
7. U koju kategoriju, prema ECE propisima, spadaju teretna motorna vozila?
a) kategoriju K
b) kategoriju L
c) kategoriju M
d) kategoriju N
8. Koja vozila za prijevoz putnika se mogu svrstati u Klasu I, II ili III i Klasu
A ili B?
a) M
b) M1
c) M2
d) M3
9. Koje kategorije mogu biti vozila specijalne namjene?
a) L
b) M
c) N
d) O
10. U koliko potkategorija, prema ECE propisima, su podijeljeni motocikli?
a) 3
b) 5
c) 7
d) 9.
11. Prema kojoj svojoj karakteristici su razvrstana teretna motorna vozila u
potkategorije N1 do N3?
a) prema najvećoj dopuštenoj masi
b) prema najvećoj nosivost
c) prema ukupnoj masi
12. Koji dijelovi motora spadaju u nepokretne dijelove?
a) cilindar
b) klipnjača
c) karter
d) radilica
e) glava motora
13. Koji dijelovi motora spadaju u pokretne dijelove?
a) blok motora
b) klipnjača
c) klipni prstenovi
d) radilica
e) glava motora
435
14. Koje izvedbe motora SUS možemo najčešće sresti kod savremenih vozila?
a) ležeći
b) lebdeći
c) stojeći
d) viseći
15. Koji motor SUS ima veći stepen iskorištenja hemijske energije goriva?
a) otto (benzinski) motor
b) diesel motor
c) oba motora podjednako
16. Zbir kojih zapremina čini ukupnu zapreminu cilindra?
a) hodna zapremina
b) kompresiona zapremina
c) korisna zapremina
d) radna zapremina
17. Šta čini kompresionu zapreminu cilindra?
a) zapremina od donje mrtve tačke do glave cilindra
b) zapremina između donje i gornje mrtve tačke
c) zapremina između klipa u gornjoj mrtvoj tački i glave motora
18. Šta čini hodnu zapreminu cilindra?
a) zapremina od donje mrtve tačke do glave cilindra
b) zapremina između položaja klipa kada se nalazi u donjoj i gornjoj
mrtvoj tački
c) zapremina između klipa u gornjoj mrtvoj tački i glave motora
19. Koji medij se sabija u taktu sabijanja kod starijih Diesel motora?
a) vazduh (zrak)
b) diesel gorivo (EN 590 ili drugo)
c) smjesa diesel goriva i vazduha u odgovarajućem omjeru
20. Kako se nazivaju motori koji mogu stabilno raditi koristeći različita goriva?
a) common rail motori
b) kombinovani motori
c) hibridni motori
21. Šta predstavlja stepen kompresije motora?
a) odnos ukupne i kompresione zapremine cilindra
b) odnos hodne i kompresione zapremine cilindra
c) odnos hodne i ukupne zapremine cilindra
436
22. Šta se dešava povećanjem stepena kompresije kod Otto motora?
a) bolje iskorištavanje goriva
b) povećava se efikasnost motora
c) produžava se vijek trajanja motora
d) smanjuje se temperatura gasne smjese
23. Klipovi motora sa unutarnjim izgaranjem rade se od:
a) legura aluminija
b) nodularni sivi liv
c) olovna bronza
24. Kako se kreće klip u cilindru motora SUS tokom takta usisavanja?
a) od GMT ka DMT
b) od DMT ka GMT
c) rotira oko ležaja radilice
25. Kako se kreće klip u cilindru motora SUS tokom takta izduvavanja?
a) od GMT ka DMT
b) od DMT ka GMT
c) rotira oko ležaja radilice
26. Kako se rješava problem toplotnog širenja klipa kod savremenih motora?
a) ulivenim čeličnim trakama
b) keramičkim čelom klipa
c) honovanjem
d) uzdužnim ili poprečnim prorezima
e) tokarenjem
27. Koji elementi su sastavni dijelovi klipne grupe SUS motora?
a) klip
b) klipnjača
c) osovinica
d) radilica
e) klipni prstenovi
28. Koji sklop motora SUS pretvara pravolinijsko kretanje klipa u kružno
kretanje?
a) klip
b) klipnjača
c) klipni prstenovi
d) koljenasto vratilo
e) bregasta osovina
437
29. Klipnjača se izrađuje od:
a) legura aluminija
b) visoko legiranih čelika za poboljšanje
30. Koju vrstu kretanja ima klipnjača tokom rada motora?
a) kružnu
b) pravolinijsku
c) ravansko
d) sinusoidalnu
31. Cilindarske košuljice u kombinaciji sa blokom motora rade se kao:
a) monoblok
b) mokre cilindarske košuljice
c) vanjske cilindarske košuljice
d) suhe cilindarske košuljice
32. Konstrukcija cilindarske glave zavisi od:
a) rasporeda ventila, brizgača i svjećica
b) oblika prostora izgaranja
c) zapremine kartera
d) oblika i rasporeda usisnih i izduvnih kanala
e) dužine klipnjače
33. Koji elemenat motora je najopterećeniji u mehaničkom smislu?
a) čelo klipa
b) klipnjača
c) koljenasto vratilo
d) ventili
34. Nacrtajte dijagram vanjskih brzinskih karaktersitika Pe i Me jednog
savremenog dizel motora.
438
35. Koja su alternativna goriva za cestovna vozila?
a) metanol
b) kerozin
c) prirodni plin/gas
d) vodonik
e) benzin
f) bio-gorivo
36. Koji motor sa unutrašnjim sagorijevanjem u toku svog radnog ciklusa
koristi bogatiju radnu smjesu?
a) diesel motor
b) benzinski motor
37. Kakvi se u konstrukcionom smislu izvode zaptivači između kartera i bloka
motora kod savremenih vozila?
a) pločasti
b) lamelirani
c) prstenasti
d) kombinovani
38. Koji su koncepti dovođenja goriva kod Otto (benzinski) motor?
a) spoljašnje stvaranje smješe
b) stvaranje smješe u karteru
c) stvaranje smješe u izduvnoj grani
d) unutrašnje stvaranje smješe
39. Sistemi za ubrizgavanje goriva kod benzinskih motora se dijele na:
a) sistemi sa centralnim ubrizgavanjem
b) sistemi sa karburatorom
c) sistemi sa ubrizgavanjem ispred usisnih ventila
d) sistemi sa ubrizgavanjem ispred izduvnih ventila
e) sistemi sa ubrizgavanje direktno u cilindar motora
40. Kako se prema vrsti regulacionih organa dijele karburatori?
a) karburatori sa cjevčicama
b) karburatori sa leptirom
c) karburatori sa zasunom
d) kombinovani
41. Obzirom na pravac kretanja zraka kroz difuzor i komoru smješe,
karburatori se dijele na:
a) zrak se na prolazu kroz karburator diže
b) zrak na prolazu kroz karburator miruje
c) zrak na prolazu kroz karburator pada
d) zrak struju na prolazu kroz karburator horizontalno.
439
42. Na elementarnom karburatoru nalaze se:
a) uređaj za osiromašenje smješe na malim i srednjim opterećenjima
b) uređaj za usporenje
c) uređaj za ubrzanje
d) uređaj za prazan hod
e) uređaj za obogaćenje smješe
f) uređaj za startovanje na niskim temperaturama
g) uređaj za startovanje na visokim temperaturama.
43. Prednosti ubrizgavanja benzina u odnosu dovođenje putem karburatora su:
a) ravnomjernija raspodjela smješe gorivo-zrak po cilindrima
b) povećanje koeficijenta punjenja
c) smanjenje stepena korisnog dejstva
d) smanjenje brzine motora
e) prihvatanje naglog ubrzanja motora.
44. Sa stanovišta načina regulisanja sistemi ubrizgavanja benzina mogu biti:
a) sistemi sa mehaničkom regulacijom
b) sistemi sa pneumatskom regulacijom
c) sistemi sa hidro-pneumatskom regulacijom
d) sistemi sa elektronskom regulacijom.
45. Na sistemu ubrizgavanja benzina nalaze se senzori:
a) senzori opterećenja motora
b) senzori hoda ventila
c) senzori broja okretaja motora i položaja koljenastog vratila
d) senzori temperature
e) senzor sastava izduvnih gasova.
46. Osnovni razlozi raspršivanja dizel goriva su:
a) uvećanje kontaktne površine goriva zbog boljeg isparavanja i
sagorijevanja
b) homogenizacija mješavine gorivo-zrak u komori sagorijevanja
c) bolje hlađenje prostora oko komore sagorijevanja
d) namjerna ili organizovana nehomogena raspodjela goriva zbog
kontrolisanog zapalenja i sagorijevanja
e) povećanje stepena punjenja motora.
47. Prema obliku komore za sagorijevanje dizel motori se dijele na:
a) dizel motore sa jedinstvenim prostorom sagorijevanja
b) dizel motore sa tri komore
c) dizel motore sa pretkomorom
d) dizel motore sa vihornom komorom
e) dizel motore sa komorom povratnog dejstva.
440
48. Pumpe visokog pritiska kod sistema za dobavu dizel goriva mogu biti:
a) linijske (redne)
b) vertikalne
c) rotacione aksijalne distribucione
d) rotacione radijalne distribucione pumpe
e) napojne pumpe
49. Rasteretni ventili na pumpama viskog pritiska mogu biti:
a) sa konstantnom rasteretnom zapreminom
b) sa konstantnim zaostalim pritiskom između dva ubrizgavanja
c) sa promjenjivom rasteretnom zapreminom
d) sa konstantnom rasteretnom zapreminom i dodatnom
prigušnicom.
50. Pumpe visokog pritiska, prema načinu regulacije potisnute količine goriva,
djele se na:
a) pumpe sa mehaničkom regulacijom
b) pumpe sa pneumatskom regulacijom
c) pumpe sa elektronskom regulacijom.
51. Osnovni elementi brizgača za ubrizgavanje dizel goriva su:
a) cijev visokog pritiska
b) rasprskivač sa iglom brizgača
c) opruga igle brizgača
d) štap prečistač
e) prelivni ventil.
52. Prema obliku karakteristike ubrizgavanja, ubrizgavanje može biti:
a) polustepeno
b) jednostepeno
c) dvostepeno
d) višestepeno.
53. Brizgači sa piezoelektričnim aktuatorom služe za:
a) nekontrolisano otvaranje brizgača
b) kontrolisano otvaranje brizgača
c) obezbjeđenja višestepenog ubrizgavanja
d) postizanje viših pritisaka sagorijevanja.
54. Konvencionalni brizgači (brizgači sa automatskim otvaranjem brizgača)
imaju:
a) isti pritisak otvaranja i zatvaranja brizgača
b) veći pritisak zatvaranja od pritiska otvaranja brizgača
c) veći pritisak otvaranja od pritiska zatvaranja brizgača
441
55. Ostala oprema u instalaciji za dobavu dizel goriva je:
a) zamajac motora
b) niskotlačna pumpa
c) regulator broja okretaja
d) varijator ugla predubrizgavanja
e) prečistač ulja
f) prečistač goriva.
56. Najvažnije izlazne karakteristike sistema za ubrizgavanje dizel goriva su:
a) ciklusna dobava goriva
b) gustina goriva
c) karakteristike mlaza goriva
d) brzinska karakteristika ciklusne dobave goriva
e) brzinska karakteristika snage motora.
57. Na konvencionalnim sistemima za dobavu goriva koriste se regulatori:
a) jednorežimski
b) dvorežimski
c) trorežimski
d) sverežimski
58. Kakav je to sistem ubrizgavanja goriva Common rail?
a) sistem usporenog djelovanja
b) sistem direktnog ubrizgavanja goriva
c) sistem postupnog ubrizgavanja goriva
59. Kod koje vrste motora se upotrebljava Common rail sistem?
a) kod hibridnih motora
b) kod diesel motora
c) u oba navedena slučaja
60. Koji vodovi gasa su vodovi niskog pritiska (u vozilima koja kao pogonsko
gorivo koriste tečni naftni gas LPG)?
a) vodovi od regulatora pritiska do motora
b) vodovi za punjenje rezervoara
c) vodovi od rezervoara do isparivača
d) vodovi od isparivača do regulatora pritiska
61. Koji vodovi gasa su vodovi visokog pritiska (u vozilima koja kao pogonsko
gorivo koriste tečni naftni gas LPG)?
a) vodovi za punjenje rezervoara
b) vodovi od rezervoara do isparivača
c) vodovi od regulatora pritiska do motora
d) vodovi od isparivača do regulatora pritiska
442
62. Koji materijali se mogu koristiti za izradu vodova gasa visokog pritiska (u
vozilima koja kao pogonsko gorivo koriste tečni naftni gas LPG)?
a) bakar
b) čelik
c) aluminijum
d) karbon
63. Čime smije biti izvedeno spajanje dijelova vodova visokog pritiska
izrađenih od bakra (u vozilima koja kao pogonsko gorivo koriste tečni
naftni gas LPG)?
a) atestiranim gumenim crijevima
b) spojnicama izrađenim od bakra ili njegovih legura
c) varenjem
d) lemljenjem
e) spojnicama izrađenim od aluminijuma ili njegovih legura
f) spojnicama izrađenim od čelika ili njegovih legura
64. Čime smije biti izvedeno spajanje dijelova vodova niskog pritiska (u
vozilima koja kao pogonsko gorivo koriste tečni naftni gas LPG)?
a) obujmicama
b) gumenim crijevima atestiranim na određeni pritisak
c) navojem
d) lemljenjem
65. U kojim motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem se kao pogonsko gorivo
može koristiti tečni naftni gas LPG?
a) isključivo u benzinskim motorima
b) isključivo u diesel motorima
c) može i u benzinskim i u diesel motorima
66. Koja je osnovna uloga razvodnog sistema SUS motora?
a) razdvajanje usisnog i izduvnog ciklusa dvotaktnog motora
b) pravovremeno zapaljenje radne smjese – korisni radni takt
c) izmjena radne tvari u cilindru
d) smanjenje inercijalnih sila ventila, podizača i klackalica
67. Koji su mehanizmi za zakretanje bregaste osovine razvodnog sistema?
a) ručni
b) mehanički
c) pneumatski
d) hidraulični
443
68. Čime se vrši prenos rotacionog kretanja sa radilice do bregaste osovine kod
savremenih vozila?
a) zupčastim remenom
b) lancem
c) klinastim remenom
d) zupčanicima
69. Kod kojih savremenih motora su usisni i izduvni ventili istovremeno
otvoreni?
a) kod dvotaktnih sus motora;
b) kod standardnih četverotaktnih motora;
c) kod hibridnih motora;
d) kod motora trkaćih vozila;
e) takvo konstrukciono rješenje je besmisleno.
70. U kom taktu kod četverotaktnog motora su usisni i izduvni ventili
zatvoreni?
a) u taktu usisavanja
b) u taktu sabijanja
c) u taktu širenja (ekspanzije)
d) u taktu izduvavanja
71. Ugao prekrivanja usisnog i izduvnog ventila ima zadaću da:
a) vrši bolje ispiranje gasova sagorijevanja iz cilindra
b) poveća stepen punjenja motora
c) smanji emisiju zagađivača iz motora.
72. Koliku temperaturu dostižu ventili tokom rada motora?
a) 800 °C
b) 900 °C
c) 1000 °C
73. Bezudarni brijeg na razvodnom mehanizmo, predstavlja brijeg koji
obezbijeđuje:
a) udare prilikom rada razvodnog mehanizma
b) ubrzanje podizača brijega jednako nuli u trenutku dodira klackalice
i ventila
c) komtinualni tok promjene diagrama ubrzanja podizača brijega.
74. Ekscentrično postavljeni podizač na brijegu razvodnog mehanizma
omogućava:
a) veće ubrzanje ventila
b) bolje podmazivanje brijega
c) rotiranje podizača oko svoje ose u cilju ravnomjernijeg habanja.
444
75. Kakvu mogućnost imaju savremeni razvodni mehanizmi?
a) podešavanje uglova otvaranja i zatvaranja ventila
b) podešavanje hoda ventila
c) isključenja pojedinačnih ventila iz rada
d) podešavanje brzine kretanja ventila
76. U kojim elementima izduvnog sistema se obavlja hemijska obrada gasova?
a) u izduvnim granama
b) u filteru
c) u kondenzatoru
d) u katalizatoru
e) u izduvnom loncu
77. Koji su glavni elementi izduvnog sistema kod motora SUS?
a) fleksibilne i krute cijevi
b) izduvni ventil
c) katalizator
d) prigušivač buke
e) kondenzator
78. Koji motor je veći emiter ugljen monoksida (CO)?
a) otto (benzinski) motor
b) diesel motor
c) oba motora podjednako
79. Sa kolikom vrijednošću faktora zraka katalizator ima najveću mogućnost
transformacije štetnih gasova, pa time i najbolji ekološki efekat?
a) sa faktorom zraka 0,7 < λ <1
b) sa faktorom zraka λ=1
c) sa faktorom zraka 1 < λ <∞
80. Preko kojeg ventila se obavlja recirkulacija ispušnih plinova i njihovo
miješanje sa svježim zrakom u usisnoj grani?
a) EGR ventila
b) ARSK ventila
c) VTG ventila
81. Glavni zagađivači od motornih vozila su:
a) CO, H2O, NOx
b) HC, C, O2, N2
c) CO, HC, NOx, C (ugljik u vidu čađi), Pb
d) Pb, P, NOx, CO2.
445
82. U zavisnosti od materijala i oblika nosača katalitičkog sloja razlikuju se:
a) katalizatori sa rastresitim jezgrom
b) katalizatori sa tečnim jezgrom
c) katalizatori monolitni keramički
d) katalizatori sa metalnom folijom kao nosačem katalitičkog sloja.
83. Prema vrsti motora katalizatori se dijele na:
a) katalizatori za dizel motore
b) katalizatori za četvorotaktne motore
c) katalizatori za oto motore
d) katalizatori za nadpunjene motore.
84. Katalizatori kod dizel motora odstranjuju:
a) CO i O2
b) NOx i čvrste čestice
c) CO i CxHY.
85. Koji sadržaj izduvnih gasova mjeri lambda sonda kako bi se na osnovu
dobijenih informacija regulisala količina goriva na usisnom dijelu motora?
a) CO
b) CO2
c) O2
d) NOX
86. Koje se vrste lambda sondi ugrađuju u savremena vozila, s obzirom na tip
signala koji daju?
a) jednostepene
b) dvostepene
c) pojasne
d) širokopojasne
87. Različite usisne konstrukcije sa promjenjivim dimenzijama (dužina cijevi
i/ili prečnika) omogućavaju:
a) povećanje stepena punjenja motora
b) poboljšanje karakteristike stepena punjenja u određenom djelu
radnog područja
c) smanjenje emisije zagađivača
d) povećanje maksimalne snage motora.
88. Koji je cilj nadpunjenja kod savremenih motora?
a) Povećanje snage i broja obrtaja motora;
b) Povećanje broja obrtaja motora;
c) Povećanje snage motora.
446
89. Uobičajeni vidovi nadpunjenja motora sa turbokompresorom su:
a) sistemi nadpunjenja sa konstantnim pritiskom
b) sistemi nadpunjenja sa konstantnom temperaturom
c) sistemi impulsnog nadpunjenja.
90. Uobičajene kombinacije turbine i kompresora kod motora sus su:
a) aksijalni kompresor i aksijalna turbina
b) radijalni kompresor i aksijalna turbina
c) radijalni kompresor i radijalna turbina.
91. Međuhladnjak zraka je potreban kada se dostigne temperatura zraka iza
kompresora:
a) 300 K
b) 383 K
c) 400 K.
92. Varijabilna geometrija na turbini turbokompresora omogućava:
a) poboljšanje dinamičkih karakteristika motora
b) povećanje ekonomičnosti motora
c) smanjenje potrošnje ulja za podmazivanje
d) smanjenje emisije zagađivača.
93. Na koji način se poboljšava loša karakteristika turbine pri malom broju
obrtaja radilice kod savremenih SUS motora?
a) uradnjom mehaničkog kompresora
b) promjenjljivom geometrijom lopatica
c) ugradnjom pumpe visokog pritiska
d) povećavanjem dimenzija turbine
94. Na koji način se može startovati motor SUS?
a) ručno startovanje
b) elektromagnetno startovanje
c) električno startovanje
d) upuhivanjem sabijenog zraka
e) elektronsko startovanje
95. Prema vrsti mehanizma za kvačenje elekrtopokretači mogu biti:
a) elektropokretač sa inercionim mehanizmom za kvačenje
b) elektropokretač sa
neposrednim ili elektromagnetnim
pomjeranjem mehanizma za kvačenje
c) elektropokretač sa pužnim ukopčavanjem mehanizma za kvačenje
d) elektropokretač sa hidrauličkim pomjeranjem mehanizma za
kvačenje.
447
96. Koji su osnovni dijelovi generatora električne struje na vozilu?
a) stator
b) rotor
c) klizni prstenovi za odvođenje električne struje
d) regler
e) ispravljačke diode
97. Baterijski sistemi paljenja mogu biti:
a) ručni
b) induktivni
c) kapacitivni
d) pneumatski.
98. Osnovni elementi sistema baterijskog induktivnog paljenja su:
a) baterija (akumulator)
b) alternator
c) autotransformator
d) sinhroni prekidač
e) kondenzator
f) razvodnik paljenja sa regulatorom ugla pretpaljenja
g) varijator ugla predubrizgavanja
h) svjećica.
99. Instalacije za podmazivanje motora djele se na:
a) instalacije gdje se ulje za podmazivanje dovodi prskanjem
b) instalacija sa prinudnom cirkulacijom ulja
c) instalacija sa prirodnom cirkulacijom ulja
d) dodavanjem ulja u gorivo kod dvotaktnih motora.
100.Koji su glavni elementi sistema za podmazivanje motora?
a) pumpa za ulje;
b) karter;
c) regulator pritiska;
d) hladnjak ulja;
e) filter ulja;
f) termostat.
101.Koji sistemi za hlađenje se koriste kod savremenih SUS motora?
a) protočni
b) cirkulacioni otvoreni
c) cirkulacioni zatvoreni
d) prirodni
e) prinudni
f) kombinovani
448
102.Koji su osnovni elementi sistema za hlađenje motora?
a) hladnjak
b) pumpa za tečnost
c) nepovratni ventil
d) ventilator
e) termostat
f) dijafragma
103.Termostat u sistemu hlađenja služi za:
a) kontrolu temperature tečnosti za hlađenje
b) preusmjeravanje toka tečnosti za hlađenje zbog bržeg zagrijavanja
motora
c) kontrolu pritiska tečnosti za hlađenje.
104.Nedostatci sistema za hlađenje tečnošću su:
a) kompliciran sistem hlađenja
b) veći stepen punjenja motora zrakom
c) opasnost od curenja i zamrzavanja
d) pojava korozije i kavitacije
e) smanjeno habanje ležajeva na radilici.
105.Koje standarizirane oblike zamajca za jednolamelaste i dvolamelaste
spojnice susrećemo na savremenim vozilima?
a) ravne
b) lončaste
c) lamelirane
d) kombinovane
106.Kakve spojnice se uglavnom koriste u transmisijama savremenih vozila?
a) frikcione
b) hidrodinamičke
c) pneumatske
d) električne
e) elektromagnetne
107.Osnovni elementi sistema transmisije su:
a) spojnica (kvačilo)
b) mjenjač
c) gibnjevi
d) prenosni mehanizam upravljača
e) kardansko vratilo
f) vodeći most sa diferencijalom i poluosovinama.
449
108.Kakvi mogu biti zupčasti mehanički mjenjači prema načinu uključivanja?
a) automatski
b) polusinhronizovani
c) sinhronizovani
d) asinhronizovani
109.Zupčasti mehanički mjenjači imaju uređaj za uključenje zupčastih parova,
koji se zove:
a) sinhron-sinhrona spojka
b) frikciona spojka
c) torziona opruga.
110. Hidraulički mjenjači mogu biti:
a) hidrostatički
b) sa pokretnim osama vratila
c) hidrodinamički.
111.Koji su sastavni dijelovi hidrodinamičkog pretvarača?
a) pumpno kolo
b) turbinsko kolo
c) lamela
d) reaktorsko kolo
112.Kontinualni prenosnici (mjenjači) mogu biti:
a) mehanički
b) pneumatski
c) hidraulički
d) električni.
113.Hidro pumpe koje se koriste kod hidrostatičkih pretvarača su:
a) klipne
b) zupčaste
c) zavojne
d) krilne
e) ručne.
114.Frikcioni kontinualni prenosnici (CVT) mogu biti:
a) sa ravnim površinama
b) sa konusnim površinama
c) sa toroidnim površinama.
115.Prema načinu prenošenja ugaone brzine kardanski prenosnici se dijele na:
a) mehaničke kardane
b) asinhrone kardane
c) sinhrone kardane.
450
116.Na kojim pogonskim osovinama se obavezno upotrebljavaju sinhroni
(homokinetički) prenosnici snage?
a) na upravljačkoj osovini
b) na zadnjoj osovini
c) na prednjoj osovini
117.Funkcije zglobnih prenosnika su:
a) prenos snage isključivo između motora i spojnice
b) prenos snage između dva agregata motornog vozila
c) kompenzacija ugaonih razlika između dva agregata koje povezuje
d) kompenzacija uzdužnih rastojanja između dva agregata koje
povezuje
e) kompenzacija vertikalnog pomjeranja vozila kao posljedica
promjene opterećenja.
118.Glavni
a)
b)
c)
d)
e)
prenos može biti:
zupčasti
pužni
sa jednostrukom redukcijom
sa polovičnom redukcijom
sa duplom redukcijom.
119.Osnovni zadatak diferencijala je:
a) prenos obrtnog momenta na lijevi i desni točak pri različitim
brojevima okretaja
b) povećanje obrtnog momenta
c) smanjenje brzine vozila.
120.Sa konstruktivnog stanovišta diferencijali se izvode sa:
a) koničnim zupčanicima
b) cilindričnim planetarnim zupčanicima
c) remenicama i remen kaiševima
d) pužnim planetarnim prenosnicima.
121. Sa stanovišta stepena blokade diferencijali se dijele na:
a) diferencijale sa 100% blokadom
b) diferencijali sa ograničenom blokadom
c) diferencijali sa polublokadom
d) diferencijali sa aktivno kontrolisanom blokadom.
122.Kako se prema principu samoblokiranja dijele diferencijali sa automatskim
blokiranjem?
a) samoblokirajući diferencijali zavisni od razlike ubrzanja
b) samoblokirajući diferencijali zavisni od razlike brzina
c) samoblokirajući diferencijali zavisni od razlike obrtnog momenta
451
123.Koji su glavni podsklopovi pogonskog mosta?
a) nosač pogonskog mosta
b) glavni prijenosnik i diferencijal
c) točak
d) poluosovine
e) vratilo
124.Šta je to klirens vozila?
a) hladnjak vozila koje se hladi rashladnom tečnošću
b) rastojanje od poda vozila do podloge
c) najkraće rastojanje između površine zemlje i najniže fiksne tačke na
vozilu
125.Razvodnici pogona imaju zadatak da:
a) izvrše raspodjelu obrtnog momenta na pogonske mostove
b) smanje gubitke trenja u transmisiji
c) povećaju ugaonu brzinu prema pogonskim mostovima.
126.Kako se dijele razvodnici pogona prema načinu rada?
a) razvodnici za stalno razvođenje obrtnog momenta
b) integrisane
c) jednostepene
d) dvostepene
e) razvodnici za povremeno razvođenje obrtnog momenta
127.Pogonska poluvratila (poluosovine) mogu biti:
a) polurasterećena od savijanja
b) tričetvrtine rasterećena od savijanja
c) rasterećena od uvijanja
d) rasterećena od savijanja.
128.Pneumatici po svojoj arhitekturi mogu biti:
a) dijagonalni
b) kružni
c) radijalni.
129.Koji su glavni podsklopovi sistema upravljanja?
a) Mehanizam za upravljanje
b) Prijenosni mehanizam
c) Mehanizam za elastično oslanjanje
d) Upravljački točkovi
452
130.Elementi i podsistemi u sistemu oslanjanja su:
a) elastični elementi
b) prenosni elementi
c) elementi za vođenje
d) elementi za upravljanje
e) elementi za prigušenje oscilacija
f) stabilizatori.
131.Sistem oslanjanja treba da ispuni sljedeće:
a) ima optimalne sopstvene frekvence oscilovanja
b) dovoljan dinamički hod koji isključuje udare o graničnike
c) zanemariv prenos vertikalnih sila
d) optimalne veličine prigušenja oscilovanja nadgradnje
e) veliki broj oscilacija prenosnih elemenata
132.Elastični elementi na vozilu mogu biti:
a) gibanj
b) zavojna opruga
c) torziona opruga
d) zavrtanj
e) pneumaski elastični elemenat
f) zamajac.
133.Prigušenje jakih oscilacija prilikom kretanja vozila se uglavnom ostvaruje
korištenjem:
a) zavojnih opruga
b) torzionih štapova
c) amortizera
d) lisnatih opruga (gibnjeva).
134.Koji vid ovjesa se koristi kod Mc Pherson (Mek Fersonove) izvedbe
prednjeg upravljačkog točka?
a) nezavisni
b) poluzavisni
c) zavisni
135.Pneumatski elastični elementi oslanjanja se koriste:
a) kod putničkih vozila
b) kod vozila koja posjeduju instalaciju komprimiranog zraka
c) kod vozila sa električnim servouređajem za pojačanje signala
453
136.Osnovni zadaci elemenata za vođenje u sistemu oslanjanja su:
a) zadržavanje potrebne kinematske karakteristike točkova u svim
uslovima kretanja
b) omogućavanje lakšeg zaustavljanja vozila
c) izvršenje pouzdanog prenosa horizontalnih opterećenja.
137.Hidraulički amortizeri za prigušenje oscilacija se dijele na:
a) amortizeri sa polugom
b) jednosmjerni amortizeri
c) telskopski amortizeri.
138.Zadatak stabilizatora u sistemu elastičnog oslanjanja je:
a) stabilnije kočenje vozila
b) smanjenje bočnog naginjanja vozila u krivini
c) smanjenje radijusa zakretanja vozila.
139.Prema karakteru upravljanja sistemi upravljanja se dijele na:
a) upravljanje točkovima
b) upravljanje motorom
c) upravljanje osovinama
d) bočno zanošenje (gusjenična vozila)
e) hidrauličko upravljanje.
140.Upravljački mehanizmi se mogu podjeliti na:
a) pužne
b) zavojne
c) hidrauličke
d) zupčaste
e) kulisne.
141.Prenosni mehanizmi kod sistema upravljanja mogu biti:
a) mehanički
b) hidromehanički
c) pneumatski
142.Koje su osnovne geometrijske veličine upravljačkih točkova (u
konstruktivnom smislu)?
a) nagib točkova
b) bočni nagib osovinice rukavca
c) progib osovinice rukavca
d) zatur točkova (uzdužni nagib osovinice točka)
e) uvlačenje točkova (konvergencija točkova)
454
143.Koje su osnovne funkcije nagiba upravljačkih točkova?
a) povećana stabilnost kretanja vozila u krivini
b) vođenje vozila u pravcu
c) lakše ispravljanje vozila na pravcu
d) povećanje manevarskih sposobnosti vozila
144.Servouređaji na sistemu upravljanja , po svojoj izvedbi mogu biti:
a) mehanički
b) hidraulički
c) pneumatski
d) električni
e) zupčasti.
145.Koji su uređaji za zaustavljanje vozila?
a) radna kočnica
b) ručna kočnica
c) pomoćna kočnica
d) parkirna kočnica
e) retarder
f) ABS
146.Karakteristični režimi kočenja su:
a) kočenje u slučaju iznenadne opasnosti
b) normalno kočenje
c) stepenasto kočenje
d) djelimično kočenje
e) kočenje u stanju mirovanja
f) kočenje na uzbrdici.
147.Prema rasporedu cijevi od glavnog kočionog cilindra do kočnica prenosni
mehanizmi u kočnoj instalaciji mogu biti:
a) jednokružni
b) višekružni
c) dvokružni
148.Kako se izvodi prenosni podsistem kod sistema kočenja?
a) mehanički
b) električni
c) hidraulični
d) pneumatski
e) hidrodinamički
f) kombinovani
455
149.Šta se kod savremenih motora dešava sa protokom goriva prilikom kočenja
motorom?
a) povećava se
b) prekida se u potpunosti
c) ostaje isti
150.Kakvi mogu biti retarderi na vozilima?
a) pneumatski
b) hidro-dinamički
c) elektro-magnetni
d) električni
151.Retarderi (trajni usporivači) se dijele na:
a) leptir motorna kočnica
b) motor-kompresor
c) pneumatski usporivač
d) elektromagnetni usporivač
e) hidrodinamički usporivač.
152.Šta omogućava sistem ESP (Electronic Stability Program) kod savremenih
vozila?
a) smanjenje puta kočenja
b) povećanje stabilnosti vozila prilikom prolaska kroz krivinu
c) proklizavanje točkova pri polasku vozila iz mjesta
153.Šta omogućava sistem ABS (Antilock Braking System) kod savremenih
vozila?
a) proklizavanje točkova pri polasku iz mjesta
b) sprečavanje blokiranja točkova
c) stabilnost vozila prilikom prolasko kroz krivinu
154.Šta omogućava sistem ASR kod savremenih vozila?
a) sprečavanje blokiranja točkova
b) pokretanje vozila maksimalnom snagom bez proklizavanja točkova
c) proklizavanje točkova pri polasku iz mjesta
155.Kakva je uloga ARSK ventila kod savremenih vozila?
a) sprečavanje blokiranja točkova
b) proklizavanje točkova pri polasku vozila
c) regulacija pritisaka u kočionim cilindrima
d) korekcija pritiska zraka u kočionoj grani u kojoj se nalaze kočnice
zadnjih točkova u skladu sa vertikalnim opterećenjem
456
156.Od kojih elemenata se sastoji noseći sistem vozila?
a) okvira/šasije
b) karoserije
c) amortizera
d) torzionih opruga
e) aksijalnih ležajeva
157.Karoserija vozila mora omogućiti:
a) dovoljan prostor za smještaj tereta
b) udoban ulaz i izlaz putnika i lagano manipuliranje teretom
c) dobru vidljivost
d) bolje zaustavljanje vozila
e) potreban komfor (grijanje i ventilaciju).
158.Koji elementi čine električnu instalaciju na vozilu?
a) kablovi
b) alternator
c) električne spojnice, prekidači i osigurači
d) akumulator
e) davači
159.Koji elementi čine elektronske sisteme na vozilu?
a) mikroprocesori
b) instrument tabla
c) senzori
d) releji
e) alternator sa diodama
160.Koji uređaji spadaju u osnovne grupe svjetlosnih uređaja?
a) uređaji za osvjetljavanje ceste
b) uređaji za označavanje vozila
c) uređaji za označavanje teretnih vozila
d) uređaji za davanje svjetlosnih znakova
e) uređaji za označavanje vozila sa pravom prvenstva prolaza
161.Koja svjetla spadaju u kategoriju aktivnih svjetala?
a) svjetla koja se mogu uključiti i isključiti automatski
b) svjetla koja prate pravac kretanja vozila
c) svjetla koja se sama uključuju i podešavaju
162.Koju funkciju ima dinamički sistem osvjetljenja?
a) automatsko podešavanje dometa svjetlosnog snopa
b) automatsko uključivanje i isključivanje
c) automatsko praćenje pravca kretanja vozila
457
163.Koje vrste sirena se ugrađuju na vozila kao uređaji za davanje zvučnih
signala?
a) električni
b) hidraulični
c) elektro-pneumatski
d) kombinovani
164.Koji uređaji spadaju u kontrolno-signalne uređaje putničkih automobila?
a) brzinomjer
b) putomjer sa sijalicom za osvjetljavanje
c) kontrolna plava sijalica za veliko svjetlo farova
d) pokazivač broja obrtaja radilice motora
e) svjetlosni ili zvučni znak za kontrolu rada pokazivača pravca
f) svjetlosni znak za dodatna svjetla za osvjetljavanje puta
165.Kakve moraju biti brave koje se ugrađuju na vrata vozila?
a) jednostepene
b) dvostepene
c) višestepene
d) kombinovane
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
49
File Size
10 121 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content