MOTORISTIKA
VAŠA AUTOŠKOLA
SVE O VOZILU
MOTORISTIKA
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
VAŠA AUTOŠKOLA
STOP
WWW.AUTOSKOLA-L.COM
Tok plinova kroz glavu motora
[email protected]
Pravilno disanje
Nakon suhoparne fizike konačno započinjemo s
"pravim stvarima". Zapravo je ideja ovog nastavka
objasniti kako teorija izgleda unutar samog cilindra i
koliko se ona razlikuje od prakse. Pogledajmo stoga
što je potrebno napraviti da bismo ugurali smjesu
goriva i zraka tamo gdje će ju motor najbolje
"prožvakati"
Bez obzira na to kakvu ste sliku o načelima rada motora s
unutarnjim sagorijevanjem stekli nakon prva dva
(teorijska) nastavka Školice, ubrzo ćete spoznati kako
stvari u praksi funkcioniraju malo drugačije.
Osvrnemo li se na prvi nastavak u kojemu su ilustrirani
radni taktovi jasno nam je da se smjesa goriva i zraka u
cilindre uvodi kroz usisni ventil, a da produkti njezina
sagorijevanja izlaze kroz ispušni. Za otvaranje ventila Usisni ventili uvode smjesu goriva i zraka u cilindar, a ispuššni
brinu se bregaste osovine i još poneki metalni dio jednako odvode produkte izgaranja
neobična izgleda, no
o tim ćemo detaljima
raspravljati
kasnije. Teorija kaže da se gorivna smjesa usisava u cilindar u trenutku kada započne usisni takt, odnosno kada se
klip krene gibati od gornje mrtve točke (GMT) prema dolje. Jednakom teorijom možemo pretpostaviti kako je
za savršeno pravilan rad motora moguće usisni ventil otvoriti trenutak nakon što je klip krenuo prema dolje
kako bi stvoreni podtlak pomogao usisavanju smjese. Jednako tako, ovaj bismo ventil mogli početi zatvarati
kada je klip prošao nekih 80% puta prema dolje jer će tada stvoreni podtlak (koji usisava smjesu) postati gotovo
neupotrebljiv. No, cijela ova teorija pada u vodu s porastom broja okretaja motora. Naime, pri većim brzinama
rada manje vremena ostaje za usisavanje smjese te bi ovakav (teorijski) motor naglo ostao bez snage.
Adekvatno teoriji o usisnom možemo popričati i o ispušnom ventilu. Njega bi bilo idealno otvoriti kada se klip
počinje gibati prema gore (od donje mrtve točke - DMT) s početkom ispušnog takta. No, opet se javlja problem
brzine jer pri većim brojevima okretaja motora ubrzo može ponestati vremena za "tjeranje" svih ispušnih plinova van
cilindra.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Odgovor koji je u praksi (donekle) riješio ove probleme
zove se "preklapanje ventila". Radi se u stvari o tome da
usisni ventil otvaramo neposredno pred kraj ispušnog
takta, dok ispušni ventil ostaje otvoren na samom početku
usisnog takta. Time u praksi dobivamo
preklapanje,
odnosno vrijeme tijekom kojega su oba ventila
otvorena. Iako
ovo
sada
vjerojatno
djeluje
nelogično (ili čak pogrešno) štos je u tome da ispušni
plinovi stvaraju izvjestan podtlak gibajući se prema van
(kroz otvoreni isp. ventil), a taj podtlak pomaže pri
usisavanju smjese prije nego li se klip počeo gibati s
GMT prema dolje.
Uzevši sve do sada izrečeno vidimo da je izmeñu teorije i
prakse rada motora s unutarnjim sagorijevanjem
popriličan jaz, no to još nije sve. Posve je razumljivo
da cijelo vrijeme govorimo o nekakvim "većim brzinama
rada" ili povećanju broja okretaja motora. To u stvari
znači da bi motor morao u pravilnim vremenskim
periodima imati otvorene ventile kada se brzo vrti (tada
primjenjujemo preklapanje), ali i u sporom radu kada je
rad ventila sličniji teoriji. Dakako, u praksi nije moguće
napraviti motor koji bi idealno upravljao ventilima u oba
slučaja, odnosno kroz cijeli raspon brojeva okretaja.
Pravilno odmjereno preklapanje ventila omogućiti će motoru
Stoga, izlaz iz tegoba treba tražiti u kompromisu. Većina
podjednako dobre karakteristike pri različitim brojevima
praktičnih rješenja završava na tome da motori visoke
okretaja
najveće snage slabo rade na nižim brojevima okretaja
i obratno. U nekoj krajnosti motoru možemo staviti
izrazito "sportsku" bregastu osovinu koja će omogućiti
brzo otvaranje ventila ali će
takav stroj do (primjera radi) 5000 o/min biti "mrtav" bez obzira što se iznad tih okretaja pretvara u pravu zvijer. Uz to
pri nižim će brzinama vrtnje vjerojatno toliko nemirno raditi da ga nitko ne bi poželio u svojem automobilu. Jedno
od, djelomično, spasonosnih rješenja jest primjena sustava za prilagodbu rada ventila, no o tome ćemo detaljnije
kada se "bacimo" meñu bregaste osovine i razvodni sustav.
Brrr, hladno!
Sada kad znamo sve o pumpi i ventilatoru možemo se
baciti na nastavak teme u kojoj pingvini uživaju - priče o
hlañenju. Bacamo se u ralje termostata, ekspanzijske
posude i samog hladnjaka
Uz dijelove rashladnog sustava koji su nam preostali, dodajemo
i ponešto o antifrizu te motorima hlañenim zrakom, tek toliko za
sladokusce (naime, jedan od najpoznatijih ovakvih motora
je onaj iz starih modela VW Bube odnosno Porschea 911).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 1 - Termostat u zatvorenom (lijevo) i otvorenom položaju
Termostat je u stvari kontrolni ventil upravljan temperaturom rashladne tekućine. Njegov posao je
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
pomoći motoru da se brže zagrije što se postiže preusmjeravanjem toka rashladne tekućine.
U stvari, već je jasno kako rashladna tekućina u normalnom radu (zagrijanog) motora struji
kroz džepove bloka i glave, pa u hladnjak te opet natrag, potpomognuta pumpom. Kada je motor
hladan, termostat stoji zatvoren kako bi rashladna tekućina (tjerana pumpom) strujala samo
kroz blok i glavu. Kada se tekućina dovoljno zagrije, termostat se otvara i "voda" tada počinje
kružiti cijelim sustavom, dakle počinje se hladiti u hladnjaku. Najčešći termostati kakve danas
susrećemo (sl. 1) su tzv. "voštani termostati". Takav termostat ima u sebi malu komoru s
voskom zatvorenim u rastezljivoj membrani. Kada se temperatura rashladne tekućine podigne
dovoljno da se njezino strujanje može preusmjeriti kroz cijeli sustav za hlañenje (dakle i kroz
hladnjak), vosak u termostatu počinje se zagrijavati i rastezati (povećava mu se volumen).
Povećanjem volumena voska u termostatu, pomiče se i rastezljiva membrana koja "gura"
polugu za otvaranje termostata. Kada kažemo da je termostat otvoren, u stvari mislimo na
zagrijani termostat koji je počeo propuštati struju rashladne tekućine kroz hladnjak. Upotrebom
termostata postiže se brže zagrijavanje motora čime se štedi gorivo i smanjuje emisija
nesagorenih ugljikovodika te ugljičnog monoksida. Tako motor brže dostiže radnu temperaturu
(temp. tekućine pri termostatu obično se kreće oko 80-85°C) za koju je, uostalom, i predviñen
te na kojoj je trošenje pokretnih dijelova najmanje, a podmazivanje najbolje.
Ekspanzijska posuda rashladnog sustava (sl.
2) obično je ona velika prozirna plastična
kutija u koju se (u većini) motora nadolijeva
rashladna tekućina (voda i/ili antifriz). Na
ovoj posudi postoje i nekakve oznake "MIN" i
"MAX" izmeñu kojih bi trebala stajati razina
tekućine
kada
je
motor
hladan.
Ovako, uostalom, uvijek znamo ima li u
motoru dovoljno antifriza. Poznato nam je
da se tekućine prilikom zagrijavanja rastežu,
tj. da im se povećava volumen kao i
vosku u našem termostatu, što se odnosi i
na antifriz. Kako je za pravilno i kvalitetno
hlañenje motora značajno da je kompletan
rashladni sustav
(hladnjak, dovodne i
odvodne cijevi, džepovi u bloku i glavi)
potpuno ispunjen tekućinom, vidimo da
se pri zagrijavanju može pojaviti problem
njezinog viška. Tada u "igru"
dolazi
sl. 2 - Ekspanzijska posuda
ekspanzijska posuda u koju se prelijeva višak
tekućine za hlañenje kako bi se za nju
napravilo dovoljno "mjesta" u
rashladnom sustavu. Kada je motor ugašen i kada se voda u njemu ohladi, stvara se podtlak
u rashladnom sustavu koji "posrče" rashladnu tekućinu natrag iz ekspanzijske posude. Uz
ulogu
preuzimanja viška rastegnute rashladne tekućine, ekspanzijska posuda pomaže i
u
eliminiranju
mjehurića zraka koji se sakupljaju u sustavu čime se povećava njegova napunjenost tekućinom, a
time i efikasnost hlañenja. Rashladne sustave s
ekspanzijskom posudom nazivamo
"zatvorenim sustavima".
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Konačno, "srce". Možda malo nepravedno, no
za kraj smo ostavili najznačajniji dio
rashladnog sustava automobilskog motora s
"vodenim hlañenjem" - hladnjak. Hladnjak (sl.
3) ili izmjenjivač topline u stvari je isto što i
vaš
sobni
radijator.
Uloga
mu
je
odvoñenje topline s rashladne tekućine, a što
se postiže uz pomoć struje zraka. Hladnjak se
sastoji od četiri osnovna dijela, a to su: ulazni
i izlazni spremnik, cijevi za prolaz rashladne
tekućine te lamele. Ulazni spremnik je
komora na vrhu hladnjaka
u koju dolazi
zagrijana rashladna tekućina iz motora. Iz
njega, ona
struji kroz cijevi koje su
okružene
lamelama.
Lamele
su tanke
metalne trakice koje su pričvršćene za cijevi
kojima struji zagrijana tekućina, a njima se
povećava površina koju
ona
zagrijava.
Upravo tako,
povećava
se i površina
preko koje
struji
zrak
pokretan
ventilatorom ili naprosto kretanjem vozila.
Ovo strujanje zraka odvodi toplinu s lamela,
a posredno i s cijevi te tako hladi antifriz
(hladnjaci motora s ugrañenim klimasl. 3 - Osnovni dijelovi hladnjaka motora
ureñajima obično
imaju gustoću
od 14 lamela na 5 cm). Na dnu
hladnjaka nalazi se izlazni spremnik u kojem
se skuplja rashlañena tekućina od kuda ona,
pokretana pumpom, ide natrag u džepove bloka i glave. Cijevi s lamelama hladnjaka obično
se zajednički nazivaju jezgrom hladnjaka koja je na većini današnjih automobila uglavnom izrañena
od aluminija. Ulazni i izlazni spremnici današnjih hladnjaka izrañeni su od plastike, no koriste
se i metalni, a valja napomenuti kako su svi ti dijelovi (cijeli hladnjak) nekoć bili izrañivani od
bakra. Ovisno o položaju ulaznog i izlaznog spremnika razlikujemo hladnjake vertikalnog i
horizontalnog toka rashladne tekućine. Kod vertikalnog hladnjaka ulazni je spremnik smješten na
vrhu, a izlazni na dnu, dok su kod horizontalnog rasporeñeni lijevo i desno. Većina modernih
hladnjaka upravo je ove posljednje, horizontalne, konstrukcije koja smanjuje ukupnu visinu i
omogućava postavljanje hladnjaka pod položenije poklopce motora.
Riječ dvije o antifrizu. Rashladna tekućina motora u stvari je antifriz ili njegova mješavina s vodom.
Radi se o jednoj vrsti alkohola čija je odlika da, u smjesi rashlade tekućine, znatno
snižava temperaturu ledišta. No, ova tekućina služi i kao zaštita od korozije te kamenca
pa ju je preporučljivo držati u rashladnom sustavu cijele godine.
Kraj priče u kojoj su pingvini vjerojatno najviše uživali (hlañenje je
njihova omiljena tema), tiče se motora sa zračnim hlañenjem (presjek
na sl. 4). Često viñani na motociklima, ovakvi su motori prepoznatljivi
po rebrima koja okružuju cilindar. Rashladna rebra ovdje djeluju na
istom principu kao i lamele hladnjaka s time što su znatno veća i
u većini motora izlivena u komadu s
blokom. Kod ovih
rebara primjećujemo različitu duljinu te oblik koji se sužava prema
vrhu. Prvo ima razlog u tome što je za hlañenje toplinski više
opterećenih dijelova motora potrebno staviti i dulja rebra. Što se tiče
zašiljenosti, "igra" je u tome da toplina ima tendenciju širenja s
većeg na manji presjek te su rebra motora sa zračnim hlañenjem
tanja na najudaljenijoj točki. Zračno hlañenje automobilskih motora
u pravilu je potpomognuto ventilatorom koji stalno radi kako bi se
omogućilo provoñenje dovoljne struje zraka.
sl. 4 - Presjek motora sa
zračnim hlañenjem -
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
vidljiva su rebra različitih
dužina
Kanalizacija motora
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Kako se automobilski motor rješava svojeg
"otpada", uz pohvalnu brigu o zaštiti okoliša,
saznajemo na današnjem satu gdje opisujemo
cijelu hrpu vrućih metalnih cijevi, te nekakva
slova grčkog alfabeta
Poput svih živih bića, naš motor muči muku s
neprobavljenim sastojcima svoje hrane. Do sada smo
već naučili kako na njegova usta dolaze gorivo i zrak,
te kako se sve to u njegovom želucu probavlja uz
dramatično izgaranje pri visokim temperaturama. No,
motor nije savršen. Dio prožvakanog ipak ostaje
neprobavljen, što se na kraju prehrambenog procesa
mora nekako izbaciti. Razlika motora s unutarnjim
sagorijevanjem i živog bića ovdje je tek u tome što
on nusprodukte svoje prehrane izbacuje stalno
(užas!).
Osnovni dijelovi ispušnog sustava prikazani
su na sl. 1. Nakon izgaranja, vrući plinovi
kroz otvoreni ispušni ventil odlaze u ispušnu
granu, prolaze pokraj lamba-sonde (čemu ta
grčka slova?), ulaze u katalizator te nakon
njega prolaze kroz jedan ili više prigušivača.
Na poslijetku, sve što je ostalo odlazi u
atmosferu pa mi to onda lijepo udišemo, i
sl. 1 - Osnovni dijelovi ispušnog sustava automobila
tako to...
Ispušna grana, ili ispušni kolektor, svojim
je izgledom slična usisnoj grani. No,
ovdje se radi o cijevima koje se
nastavljaju na ispušne otvore cilindara.
Ispušna grana u "običnih" je automobila
najčešće izrañena od metala lijevanog u
kalupu, no ima ih i koje su izrañene od
meñusobno zavarenih valjanih cijevi
sl. 2 - Ispušni kolektor 4-cilindričnog motora
(poput grane motora visokih performansi
prikazane na sl. 2). O grani ne treba
mnogo pričati, osim što ćemo spomenuti da ju (dok motor radi) ne treba pipati jer su, kao što znamo,
ispušni plinovi koji kroz nju prolaze izuzetno visoke temperature. No, ono što je tehnički ipak
značajnije, je konstrukcija ispušne grane, od kojih na slici 3 vidimo četiri najuobičajenije. Lijevo je
prikazan ispušni kolektor jeftinog četverocilindraša, obično napravljen od lijevanog metala. Ispušni se
plinovi ovdje dovode iz sva 4 cilindra cijevima koje se spajaju na jednom mjestu odakle sve ide prema
katalizatoru i prigušnim loncima. No, druga slika prikazuje već malo "pametniji" kolektor. Kod njega su
ispušne cijevi spajane postepeno čime se smanjuju unutarnji otpori ispušnog sustava (protutlak) uz
što se ubrzava njihovo strujanje. Slijedeća je još jedna verzija iste priče, dok ona desno prikazuje
ispušni kolektor motora kakvi se ugrañuju na sportske automobile (pa i Formulu 1 i sl.). Ovdje je
osnovni cilj konstrukcije (sve su cijevi približno jednake duljine) da se minimalno smanji protutlak kako
bi ispušni plinovi strujali što brže olakšavajući tako "posao" motoru koji svoj radni vijek provodi na
relativno visokim brojevima o/min (jedna takva grana je i ona sa slike 2).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 3 - Različite izvedbe ispušnih grana - najkompliciranije je najbolje (i najskuplje)
U posljednjih godina, gotovo neizostavni, dio svih modernih motora je i tzv. Lambda sonda. Ova
neobična naprava grčkog imena u stvari je senzor koji očitava količinu kisika u ispuhu. Kako smo već
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
prije naučili, za potpuno izgaranje benzina potrebno je ostvariti omjer količine goriva i zraka od 14,7 :
1 (u korist zraka, dakako).
Lambda, koja je postavljena na mjestu gdje se sve
cijevi ispušnog kolektora spajaju u jednu, mjeri
količinu kisika u ispušnim plinovima i "usporeñuje" ju
s količinom njegovog postotka u atmosferi. Sama
sonda, veličine prosječne svječice, je električni ureñaj
koji na promjenu količine O2 (plinovi ulaze kroz otvore
na vrhu) u ispuhu reagira promjenom napona na
svom električnom priključku (raspon je obično izmeñu
0,15 i 1,30 V). Kada je omjer goriva i zraka ubačenih
u cilindar približan stehiometrijskom idealu (14,7:1)
sl. 4 - Lambda sonda
lambda daje napon od cca. 0,45 V (450 mV). Kada
sadržaj kisika padne ispod te vrijednosti, napon na
izlaznom konektoru lambde se povećava što upućuje na bogatu mješavinu. Dakako, kod siromašne
mješavine je obrnuto. Ovaj naponski signal iz lambda sonde putuje do središnjeg računala koje
pomoću njega prilagoñava količinu goriva što se ubrizgava u cilindre (položaj lambda sonde u
ispušnom sustavu i njezina konstrukcija
prikazani su na sl. 5).
Zanimljivo je napomenuti kako je lambda
sondu moguće koristiti i za podešavanje
starijih motora (bez katalizatora i sličnih
"divota") što, katkada, rade natjecatelji s
ograničenim budžetima. Za tu se svrhu na
ispušnoj grani (gdje se sve cijevi spajaju u
jednu) probuši rupa u koju se zavije
Lambda. Običnim se voltmetrom potom
mjeri napon na priključku lambde te je tako
moguće podesiti idealnu mješavinu, bilo na
rasplinjaču ili sustavu s ubrizgavanjem.
Noćna
mora
svih
"trkač
sl. 5 - Konstrukcija i smještaj O2 senzora
a" na
moder
nim automobilima svakako je katalitički konvertor (presjek - sl. 6)
ili, popularnije, katalizator. Ovo je, u stvari, metalna kutija u
kojoj se nalazi saćasti keramički monolit, najčešće, presvučen
platinom. Uloga katalizatora, koji se koristi kod motora
pokretanih bezolovnim benzinom, je u smanjivanju emisije
sl. 6 - Presjek keramičkog katalizatora
štetnih plinova. Današnji, tzv. trostazni, katalizatori djeluju na
s električnim grijačima
ispušne plinove tako da izazivaju oksidaciju ugljičnog monoksida
(CO) i ugljikovodika (HC) te redukciju dušičnih oksida (NOx). No,
da bi se ovi procesi mogli odvijati na šupljikavoj površini unutrašnjosti katalizatora, potrebno ga je
dovesti na radnu temperaturu (300 - 800 °C). Najveći problem ovdje se javlja kod pokretanja hladnog
motora kada ispušni plinovi prolaze kroz nezagrijani katalizator. U svrhu što bržeg dovoñenja
katalitičkog konvertora na radnu temperaturu, u ispušnim se sustavima današnjih motora pribjegava
različitim rješenjima. Najčešće se primjenjuje sustav naknadnog upuhivanja svježeg zraka u ispuh
(ispred katalizatora) čime se, dodavanjem kisika, povisuje temperatura ispušnih plinova. Druga verzija
zagrijavanja je ona s električnim grijačima unutrašnjosti katalizatora (male okrugle točkice na saćama
monolita - sl. 6). Noćna mora, spomenuta na početku ovog odlomka, u stvari proizlazi iz činjenice da
unutrašnja struktura katalizatora stvara veliki otpor strujanju ispušnih plinova čime se smanjuje snaga
motora (kod nekih, navodno, i do 20%!), pa su katalizatori danas (kako na benzinskim tako i diesel
motorima) još uvijek stvar velikih polemika i proučavanja (postavlja se pitanje svrhe redukcije štetnih
plinova ovakvim "blokiranjem" ako, potom, za postizanje iste snage kao i bez katalizatora, treba
staviti snažniji motor koji sagorjeva više goriva).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Na kraju ispuha dolazi, vjerojatno i najpoznatiji dio,
ispušni lonac. Pravilnije rečeno "prigušivač", ovaj je
dio ispušnog sustava, opet, nekakva metalna kutija
kojom se pokušava postići smanjenje buke. Naime,
plinovi koji nastaju izgaranjem smjese goriva i
zraka veoma se brzo šire izlazeći iz cilindara pod
visokim pritiskom (i nadzvučnom brzinom). Uslijed
toga, u ispušnom sustavu ovi plinovi uzrokuju
veoma snažne titraje (frekvencije od nekoliko
tisuća u minuti) koji bi, bez adekvatnog prigušenja,
stvarali ogromnu buku (vjerojatno ste, berem
jednom, čuli motor nekog natjecateljskog
automobila koji nije imao ispušni "lonac"). Kako bi
se umirilo ove titraje, na kraju (poslije katalizatora)
ispušnog sustava postavljaju se prigušivači.
Najjeftinija, i najčešća, konstrukcija prigušnog
lonca vidljiva je na vrhu slike 7. Ovdje se radi o
tzv. refleksijskom prigušivaču koji znatno usporava
sl. 7 - Najčešće konstrukcije ispušnog lonca (strelice
strujanje plinova, no time i stvara relativno veliki
pokazuju smjer strujanja plinova)
protutlak u ispušnom sustavu, smanjujući tako
upotrebljivu snagu motora. Najbolje rješenje, glede
protutlaka, je apsorpcijski prigušivač (na dnu slike 7). Kod njega plinovi prolaze perforiranom cijevi
omotanom apsorpcijskim (prigušnim) materijalom. No, kod ovakvih se prigušivača brzina strujanja
plinova ne smanjuje znatno što za posljedicu ima i znatno veću buku motora (uz to, tek će dobro
proračunate dimenzije ispuha dati doista veću snagu, kakav god prigušivač mi stavili). Kao i uvijek,
proizvoñači automobila nude kompromisno rješenje. To je apsorpcijsko - refleksijski prigušivač
(sredina slike 7) koji se prema stvorenom protutlaku i buci na izlazu nalazi, dakako, negdje oko "pola
puta" izmeñu prethodna dva rješenja.
Ipak, treba naglasiti kako je dozvoljena količina buke regulirana i zakonskim propisima. Stoga ćete
sa šminkerskim ispušnim loncem, poput "Peco big-bore" (sl. 8) teško izazvati vesele osmjehe policije
u pristojnim zemljama Zapada...
sl. 8 - Velika cijev - mnogo buke, ali ne i
uvijek više snage (dinamika fluida je
komplicirana stvar...)
Kako radi razvodnik paljenja
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Svjećica je u prošlom nastavku zapalila smjesu, klip se pokrenuo i
sve je super. No, tu je struju trebalo odnekud i dopremiti...
Možda ćete se malo začuditi što vam omiljena Školica objašnjava stvari
unatrag. Naime, vjerojatno bi logičnije bilo poći od akumulatora, pa preko
indukcijskog svitka i razvodnika paljenja doći do svječice. No, svječicu smo u
prošlom nastavku "načeli" jer je smjesu trebalo zapaliti. U nastavku prije tu
smo smjesu doveli u cilindar, u onom još prije smo gorivo miješali sa
zrakom u rasplinjaču itd. Dakle, danas su na redu indukcijski svitak (bobina)
i razvodnik paljenja, odnosno njegovi elektronički "nasljednici".
Iza učenog naziva Indukcijskog
svitka krije se u stvari neka
vrsta transformatora. Poznato
je da (većinom) automobilski
akumulatori isporučuju
istosmjernu struju napona 12V.
No, to ni izdaleka nije dovoljno
da bi iskra preskočila razmak
izmeñu elektroda svječice.
Stoga je, za početak, potrebno
povisiti napon struje. Za to se
brine indukcijski svitak koji
Razvodnik paljenja s
izgleda kao metalna cilindrična
pogonskim zupčanikom
kutija i u sebi ima dva namota
žice obmotana oko metalne
jezgre. Prisjetimo li se sada osnovnoškolske fizike jasno je
da struja niskog napona koja dolazi na primarni namot
može stvoriti magnetsko polje oko metalne jezgre. To,
pak, magnetsko polje inducira visoki napon u
sekundarnom namotu koji se sastoji od 15 - 30 tisuća
navoja žice. Tako se početnih 12V transformira u nekoliko
desetaka tisuća V potrebnih da bi svječica proradila.
E tako. Sada smo metodom ubrzanog tečaja naučili kako
se dobiva potrebni napon. No, problema ima još. Jasno je
da motori imaju po jednu svječicu na svaki cilindar (čast
iznimkama). Stoga treba postojati nekakva naprava koja će naš visoki napon razdijeliti svim
svječicama točno onda kada ga trebaju, odnosno u trenutku kada je potrebno zapaliti smjesu. Da bi
to
bilo moguće, koristi se razvodnik paljenja. Razvodnik je ureñaj koji se sastoji od pogonskog dijela
kojeg posrednim putem pokreće koljenasto vratilo, rotora s okretnom elektrodom, prekidača
(platina), sustava za prilagoñavanje
Osnovni dijelovi indukcijskog svitka
trenutka paljenja i kape razvodnika. Dakle,
struja visokog napona iz indukcijskog svitka
dolazi na središnji terminal (kontakt) razvodnika
paljenja i prelazi na okretljivu elektrodu rotora.
Unutar kape razvodnika, a oko središnjeg
terminala, nalaze se nepomične elektrode (ima
ih koliko i cilindara, odn. svječica) preko kojih
prolazi struja u trenutku kada se one spoje s
rotirajućom elektrodom. Grozno. To u stvari
znači da rotor i njegova elektroda "šeću" u krug
dotičući statične elektrode i prenoseći tako
struju do svječica. Tako je riješeno da svaka
svječica dobije struju visokog napona u trenutku
odreñenom brzinom vrtnje motora (koja pak
odreñuje brz. vrtnje rotora). Prekidač, popularno
zvan i "platine" zapravo je pomični kontakt
kojim se prekida veza izmeñu akumulatora i
primarnog strujnog kruga u ind. svitku. Kada se
ovaj krug prekine u sekundarnom se namotu
inducira struja visokog napona koja u tom
trenutku prelazi na razvodnik i odatle preko
okretljive elektrode na svječicu. Prekidač je tako
postavljen da ga otvara osovina razvodnika koja
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Osnovni dijelovi razvodnika paljenja
na sebi ima onoliko brijegova koliko ima i cilindara u motoru. Dakle, svaki puta kada se brijeg okrene
prema prekidaču, primarni se krug prekida i svječica dobiva svoju struju visokog napona. Posljednji, ali
nikako i najmanje bitan, dio razvodnika koji ćemo obraditi je sustav za promjenu trenutka paljenja.
Dva su osnovna sustava. Centrifugalni i podtlačni. Njihova je ulaga pomaknuti trenutak paljenja
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
unaprijed kada se poveća brzina vrtnje motora. Dakako, cilj je da se smjesi da dovoljno vremena za
potpuno izgaranje i pri visokim brzinama rada.
No, opet moramo riječ dvije posvetiti elektronici. Naime, ona je
prvi puta u ova područja zakoračila kada smo u našim
automobilima dobili čuvene sustave nazivane "elektroničko
paljenje". To je, u stvari, bila elektronička zamjena za kontakt
(platine) koji se relativno brzo trošio, trebalo ga je podešavati
itd. No, većina vlasnika današnjih modernih automobila neće,
kada zavire pod poklopac motora, naići na ništa što bi bilo nalik
ovdje opisanom razvodniku paljenja. Radi se o tome da
moderni motori zahvaljujući prvenstveno elektroničkim
sustavima imaju znatno jednostavnije riješeno paljenje.
Najuobičajeniji trenutno je tzv. DIS (Direct Ignition System)
sustav kod kojeg se koristi nekoliko manjih indukcijskih svitaka
(najčešće po jedan za dvije svječice), čime se izbjegava
Prekidač: veliki kut otvaranja i mali
potreba za mehaničkim razvodnikom paljenja. Ovdje
razmak kontakata - pravilno podešene
elektronika tek odreñuje koji će se svitak "napojiti" strujom
platine
niskog napona, a ostalo se dogaña "samo od sebe". Vjerojatno
najnapredniji sustav direktnog paljenja koji se danas koristi u
velikoserijskim automobilima je CDI (Capacitor Discharge Ignition) tvrtke Saab. Ovdje se koristi po
jedan mali svitak s kondenzatorom montiran direktno na svječicu. Uloga kondenzatora je da na
kratko vrijeme pohrani malu količinu električnog naboja prije nego li ga se isporuči primarnom
navoju. Ovdje se povišenje napona ostvaruje u dva koraka: prvi diže napon akumulatora s 12 na oko
400V dok se pred isporuku svječici taj napon povisuje na 40.000 V. Ovakav se sustav odlikuje
pouzdanim radom i velikom trajnošću.
I na kraju malo objašnjenje. Slika elektroničkih modula za paljenje nema iz jednostavnog razloga
što se u stvari radi o crnim bezličnim kutijama. Uostalom, tako je i s gotovo svom kontrolnom i
upravljačkom elektronikom automobila.
Kako radi motor?
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Iako je automobilska tehnika već odavno
raskrinkana meñu obožavateljima "limenih
ljubimaca", ona i dalje krije poneku tajnu, koliko
god da smo upućeni. Osim toga, moramo misliti
i na nove naraštaje. Stoga, počinjemo s
osnovama
Četverotaktni Otto motor
Prvih ćemo nekoliko nastavaka, s razlogom, posvetiti
motoru. On je naime, "srce" automobila, izvor snage
koja ga pokreće i koja mu daje karakter. Prema
motoru možemo saznati koliko je neki automobil brz,
koliko troši te gdje mu je mjesto na ljestvici cijena.
Nažalost, motor je i najskuplji dio na vozilu koji
možemo uništiti.
Pogon većini današnjih automobila daju motori s
unutrašnjim sagorijevanjem. Naime, energija
potrebna za pokretanje vozila kod ovih se motora
dobiva sagorijevanjem goriva (benzina, dizela, plina
itd.) i zraka u cilindrima. Zrak, potreban da bi gorivo
sagorjelo, uvodi se iz atmosfere u cilindar usisnim
kanalima, a gorivo, smješteno u spremniku,
priskrbljuje pumpa koja ga dostavlja rasplinjaču ili
sustavu za ubrizgavanje. Smjesu goriva i zraka potom
komprimira klip te se ona pali iskrom svječice u
slučaju benzinskog (Otto) motora, dok kod motora na
plinsko ulje (Diesel) paljenje goriva omogućava visoka
temperatura sabijenog zraka. Kada je smjesa
izgorjela, nastali se plinovi odvode kroz ispušni
sustav.
1. takt: Usis (usisni ventil je otvoren, ispušni
zatvoren)
2. takt: Kompresija (oba ventila su zatvorena, klip
sabija smjesu)
Govori li se o automobilima, najčešće ćemo čuti za
pojam četverotaktnog motora. Radi se, naime, o
pogonskim strojevima koji predhodno navedeno
obavljaju u četiri faze koje nazivamo taktovima.
Pojedinačno, radne faze četverotaktnog motora
nazivamo: usisnim, kompresijskim, ekspanzijskim i
ispušnim taktom.
Rekli smo da je za izgaranje potrebno pomiješati zrak
i gorivo. Uzmemo li u obzir da je za potpuno izgaranje
najpovoljniji omjer goriva i zraka stalan (14,7 : 1 u
korist zraka kod benzinskih motora), vidimo kako je
za povećanje dobivene energije (te tako i snage
motora) naprosto potrebno sagoriti više smjese.
Stoga, motori većeg obujma u pravilu razvijaju veću
snagu jer im u cilindar stane, dakako, i više smjese.
3. takt: Ekspanzija (iskra svječice pali smjesu, a
plinovi se šire potiskujući klip)
4. takt: Ispuh (ispušni ventil je otvoren, usisni
zatvoren)
Klip (koji sabija smjesu odn. zrak) u radu se giba izmeñu dva položaja - donje i gornje mrtve točke pri
čemu prelazi put koji nazivamo hod klipa. Uzmemo li u obzir njegov promjer (klipovi su u pravilu
okruglog presjeka), moguće je obujam cilindra predočiti kao prostor koji se nalazi izmeñu ta dva
krajnja položaja klipa. Pri tome, dakako, obujam nekog motora možemo predstaviti kao umnožak
obujma jednog cilindra i broja cilindara. Omjer najvećeg obujma cilindra (kada je klip u donjoj mrtvoj
točki) i prostora u koji je smjesa sabijena dolaskom klipa u gornju mrtvu točku nazivamo omjerom
kompresije. O omjeru kompresije znatno ovisi energija koju dobivamo izgaranjem smjese, a u pravilu
njegovim povećanjem (do izvjesne granice) raste i snaga motora. Posljedica sagorijevanja gorivne
smjese je povećanje volumena plinova unutar cilindra. Ova ekspanzija pokreće klip prema dolje, a on
posredstvom klipnjače zakreće koljenasto vratilo. Ovako se pravocrtno gibanje klipa pretvara u kružno
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
koje se potom predaje prijenosnom sustavu te na kraju kotačima.
Da bi motor mogao pravilno "disati", tj. usisavati smjesu u cilindar te izbacivati iz njega produkte
sagorijevanja, brinu se ventili. Postoje dvije vrste ventila: usisni i ispušni, a ritam njihovog otvaranja i
zatvaranja diktira broj okretaja motora koji se mijenja obzirom na to koliko je pritisnuta papučica
gasa. Moderni su motori radi bolje izmjene plinova opremljeni s više ventila po cilindru. Tako dva
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
usisna i dva ispušna ventila jednom (četverocilindričnom) 16-ventilskom motoru omogućavaju
znatno bolje "disanje", a time i ostvarivanje veće snage u usporedbi s klasičnom (dvoventilskom)
izvedbom.
Olovne ploče u kiselom umaku
U našem proučavanju struje i njezine uloge u radu motora, ovog
ćemo se puta posvetiti izvoru toliko neophodnog napona akumulatoru
Da ne bismo zvučali kao izvjesni djedica koji sva svoja izlaganja započinje
dvosatnim povijesnim uvodom, naši su nastavnici skratili (nezaobilaznu)
povijest akumulatora na minimum. Pa, poslušajte. Akumulator (kakav
danas poznajemo) izum je Francuza Gastona Plantea nastao još 1859.
godine. No, iako su do tada već postojale različite izvedbe izvora struje,
Plante se sjetio uroniti olovne elektrode u elektrolit (razrijeñenu kiselinu)
stvorivši tako "kiseli akumulator" koji se mogao puniti. Tako je još
sredinom prošlog stoljeća nastala baterija kakvu, iako podosta modificiranu, koristimo i u
današnjim automobilima.
U želji da naprave nekakvu definiciju ovog izvora struje, naši su nastavnici napisali i slijedeće:
Akumulator je ureñaj koji služi za
prozvodnju električne energije neposrednim
pretvaranjem kemijske energije u
električnu a fizikalno se temelji na principu
rada galvanskog članka (baterije) koji se u
najjednostavnijem obliku sastoji od 2
elektrode i elektrolita (elektrolit je otopina,
odnosno vodič). Akumulator spada u
sekundarne galvanske članke, tj. one u
kojima su promjene reverzibilne, što znači
da se postupcima punjenja akumulator
vraća u početno stanje i tako ponovno čini
sposobnim za davanje struje. Elektrode u
akumulatoru su spužvasta olovna ploča
(elementarno olovo sive boje, negativna
elektroda) i rešetka s olovnim dioksidom
(tamno smeña pozitivna elektroda), dok je
elektrolit razrijeñena sumporna kis (33%
kiseline i 67% destilirane vode). Na temelju
razlike potencijala izmeñu te dvije elektrode
Shematski prikaz jediničnog elementa (članka) akumulatora.
dolazi do toka struje meñu njima. Osnovni
Nazivni napon ~ 2V
element akumulatora je članak (tzv.
"čelija") (dvije elektrode u elektrolitu
meñusobno odvojene pregradom) čiji je nazivni napon 2V i kojih ima više, a meñusobno su spojeni
serijski. Tako su napravljeni akumulatori koji sa 6 članaka daju napon od 12V, no danas se koriste i oni
od 6, pa i 24V. Kada se na akumulator priključi potrošač (elektroureñaji u automobilu) elektrode od
olovnog dioksida se nabijaju pozitivno, a one od elementarnog olova negativno. Električna struja tada
počinje teči s negativnih ploča, preko strujnog kruga kroz potrošače, na pozitivne ploče i natrag u
kiselinu. Kemijskom reakcijom se na površinu obiju elektroda izlučuje olovni sulfat, pri čemu se
sumporna kiselina veže s pločama, a elektrolit se pretvara u vodu. Kada se aktivna tvar obiju elektroda
u potpunosti pretvori u olovni sulfat akumulator je prazan, tj. više ne može davati struju. Prilikom
punjenja akumulatora električnom strujom dogaña se upravo obrnuta reakcija pri kojoj se olovni sulfat
razgrañuje na elementarno olovo i olovni dioksid, a oslobaña se i sumporna kiselina. No, ovaj proces
nije vječan. S vremenom se na površinama elektroda u člancima počinje hvatati kora olovnog sulfata
te akumulator postepeno postaje neupotrebljiv, odnosno, nije ga više moguće napuniti.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Osnovni dijelovi olovnog akumulatora
Kupujete li akumulator prvo što će vas pitati je koliki kapacitet želite. Dakle, osim napona na koji
(naravno) treba paziti (iako je danas 12V uvriježeno, pa se to niti ne spominje), značajan je i
kapacitet. Radi se u stvari o tome koliko struje može pohraniti neki akumulator, odnosno koliko dugo
možemo odreñenu jakost struje "izvlačiti" iz njega. Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za Ampersate, ili
ste na nekom akumulatoru vidjeli oznaku Ah iza koje je stajala neka brojka. Upravo to je oznaka
kapaciteta, a 50 Ah u stvari znači kako (teorijski) taj akumulator može davati struju jakosti 1A
(Amper) tijekom 50 sati. No, iako u teoriji akumulator od 50 Ah možemo prazniti dva dana i dvije noći
dok njegov napon ne padne ispod minimalnog (potrebnog za rad elektroureñaja u automobilu), njegov
stvarni kapacitet znatno ovisi o temperaturi. Tako se pri -20°C kapacitet uobičajenog automobilskog
akumulatora može smanjiti i do 50%. Uzmemo li pri tome u obzir da elektropokretač motora upravo
pri niskim temperaturama troši znatno više struje postaje jasno kako je tijekom zime akumulator u
većoj opasnosti od pražnjenja, te da hladan motor treba paliti pokrećući ga u kratkim (po nekoliko
sekundi) periodima rada elektropokretača.
Hrpa metala
Kao i svako živo biće i naš motor ima trbuh.
Samo što se kod njega to zove "blok". U
njemu se kriju razni dijelovi i rupe, a od kuda
mu ime, nikada nismo ustanovili...
Eh da. Kao prvo, moramo vam objasniti zašto
Školica kasni. Naime, jučer je direktor škole
zatekao svoje nastavnike kako spavaju u zbornici.
Doista! Kada ih je probudio, objasnio im da će
dobiti smanjenu plaću za srpanj i razgovor sa
stegovnom komisijom, oni su se lijeno ustali i
počeli spremati za novi sat. Eto, no školica je ipak
tu, a slijedećeg tjedna opet sve po starom. Dakle,
srijeda. Obećavamo.
Blok je, u stvari, osnovni dio motora. Možda ne
svojom konstrukcijskom kompleksnošću, no tu je
titulu zaslužio obzirom da su na njega pričvršćeni
praktički svi ostali dijelovi motora. Blokovi su,
najčešće, izrañeni od lijevanog željeza (sivi lijev)
ili željeza miješanog s drugim metalima, poput
nikla i kroma. Dakako, sve više motora u
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
modernim
sl. 1 - Tko pod haubom svog auta nañe ovakav blok
(W12) dobiva odmah besplatnu kavu od cijele
redakcije!
automobilima ima blokove izrañene od aluminijskih legura čija je osnovna prednost u relativno maloj
težini. Uz to, aluminij lakše provodi toplinu te se takvi motori mogu i bolje hladiti. Sam naziv "blok"
vjerojatno i potječe od toga što je ovaj dio motora u osnovi hrpetina metala u kojoj se nalaze razni
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
otvori i provrti. Tako su u bloku motora smješteni provrti cilindara ali i razni provrti s kojekakvim
navojima namijenjenim pričvršćivanju drugih dijelova motora. Takoñer, u bloku se nalaze i otvori (tzv.
"džepovi") namijenjeni strujanju vode za hlañenje (kod motora koji imaju vodeno hlañenje, dakako).
Blok motora, od kojeg god da je materijala, izrañuje se lijevanjem u višedjelnom kalupu u kojem su
unutrašnji dijelovi motora (npr. džepovi za rashladnu tekućinu) oblikovani od pijeska. Nakon lijevanja,
ovaj se pijesak istresa ostavljajući za sobom slobodne otvore unutar bloka. Slijedeća faza u izradi je
čišćenje, nakon čega na red dolazi bušenje svih potrebnih otvora (rupa za vijke i protok ulja za
podmazivanje), strojna obrada cilindara i površina na koje drugi dijelovi moraju precizno nalijegati.
sl. 2 - Kako skratiti motor - košuljice cilindara
slijepljene su jedna na drugu čime se štedi na
prostoru
Na obrañeni blok motora pričvršćuju se slijedeći
(osnovni) dijelovi: koljenasto vratilo (koje je
pričvršćeno s donje strane bloka), klipovi s
prstenovima i klipnjačama koje se pak, spajaju na
koljenasto vratilo, glava motora (u kojoj su
oblikovani prostori za izgaranje) te pumpa za ulje s
koritom motora. Dakako, blok motora služi i kao
"držač" za razne druge dijelove. Na njemu su
pričvršćeni i alternator (generator struje),
elektropokretač motora, pumpa za rashladnu
tekućinu itd. Takoñer, iz bloka motora izlaze i nosači
kojima se motor pričvršćuje za karoseriju automobila.
Novi motori nakon sklapanja, u tvornici, dobivaju ulje
i marš na posao! No ipak, to je obično tek kratki
probni rad nakon kojeg slijedi ugradnja u automobil
itd. Zadnji dio priče, dakako, je onaj kada prolazite
ispred izloga nekog salona i gledate čeznutljivo u
auto, gleda on vas, kao da je oduvijek tu. Ipak, taj je
auto prošao dosta toga, prije, što ćemo sve naučiti
pažljivo prateći Školicu.
sl. 3 - Razni blokovi, razni motori: od linijskog 6 cilindraša, preko V6 motora do 4
cilindričnog boksera
Kako je već bilo spomenuto, najzanimljivija varijacija na temu bloka motora svakako je upotreba
aluminijskih legura. No, osim spomenutih prednosti manje težine i boljeg odvoñenja topline (u
usporedbi s blokovima od sivog lijeva) aluminijski blokovi imaju i jednu popriličnu manu - malu
tvrdoću. Kao što se sjećate (to se odnosi samo na one koji su pazili na satu), u priči o cilindru i klipu
spominjali smo i nekakve košuljice cilindara. Radi se u stvari o tome da klip sa svojim prstenovima
"struže" po unutrašnjoj strani cilindra koja stoga mora biti otporna na trošenje. U motorima čiji je blok
izrañen od alu-legura konstrukcija bez košuljice ne bi bila upotrebljiva jer bi se relativno mekani blok
prebrzo potrošio. Stoga se u takvim motorima gotovo u pravilu nalaze košuljice, bilo "suhe" ili "mokre"
(vidi 12. sat predavanja). Ipak, i tu ima iznimaka, a rješenje dolazi u vidu magičnog materijala silikona. Silikonske su čestice, naime, veoma tvrde te ih neki proizvoñači ubacuju u leguru od koje se
izrañuje blok. Nakon lijevanja, cilindri takvog bloka podvrgavaju se jetkanju (nagrizanju kiselinom)
koje praktički skida izuzetno mali sloj aluminija s unutrašnjosti cilindara ostavljajući tako tvrda
silikonska zrnca izloženima. Klip tada može kliziti preko tih zrnaca uz minimalan otpor i trošenje.
Upravljanje ventilima
Eto nas na temi za sladokusce. Koliko je svaki
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Autoljubac u životu čuo priča o bregastoj, ne
može se niti zamisliti. Ovu smo opširnu temu
stoga podijelili na dva nastavka, a danas
započinjemo s osnovama
Dakle, ventili koji su odgovorni za pravilno "disanje" motora imaju jednu veliku manu - ne znaju sami
po sebi kada motor namjerava udahnuti, a kada izdahnuti. Upravo stoga, netko je nekada davno
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
izmislio magičnu bregastu osovinu. Iako bi možda bilo fer da prvo pojasnimo što je to u stvari ventil,
krećemo od pretpostavke da njegov oblik poznaju svi u našem "razredu" pa ćemo ga opisati u
jednom od kasnijih, manje napornih nastavaka. Dakle, bacimo se u "ralje" bregastih osovina.
Kako ventili motora, zbog svoje konstrukcije
(odn. oblika) zahtijevaju pravocrtno gibanje
da bi otvarali i zatvarali tok plinova, potrebno
je nešto što će ih pokretati gore-dolje. No,
većinu pokretnih dijelova nekog motora
sačinjavaju razne osovine, čija je
karakteristika da se rotiraju, te je potrebno
na neki način spojiti ta dva načina gibanja.
Upravo tu u "igru" uskače bregasta osovina
čiji je osnovni posao da kružno gibanje
pretvara u pravocrtno (fizičari i strojari,
molim nemojte se sada hvatati za svaku
riječ...). Princip kojim se to postiže ujedno je i
osnovni princip rada bregaste osovine, a
postiže se gibanjem ekscentra (sl. 1). Uf, o
čemu on to priča...? Samo "tijelo" bregaste u
stvari je dugačka metalna osovina koja se
rotira pokretana snagom motora. Meñutim,
sl. 1 - Načelo rada bregaste osovine: kružno se gibanje
na nekoliko se mjesta oko te osovine nalaze
pretvara u pravocrtno
nepomični (u odnosu na osovinu) ekscentri,
odnosno bregovi. Rotiranje osovine uzrokuje,
dakako, i rotiranje tih bregova koji zbog svog ekscentričnog položaja u odnosu na osovinu izazivaju
pravocrtno gibanje tijela na koje su naslonjeni. Tako rotacijom bregaste osovine uspijevamo
proizvesti pravocrtno gibanje ventila, neophodno za njihov rad. Druga bitna pojedinost bregaste
osovine u stvari je oblik samih ekscentara (bregova) i u tome se zapravo krije tajna rada ovog dijela
motora. Kao što
smo već nekoliko puta do sada (tijekom proteklih školskih satova) naglasili, za uspješan je rad motora
jedna od najznačajnijih stvari pravilno odreñivanje trenutka. Prije je bilo riječi o preklapanju ventila,
potom o pravilnom odreñivanju trenutka paljenja smjese, a sada ćemo naglasiti kako je jedan od
značajnijih trenutaka i pravilan rad ventila. Kada to kažemo, mislimo prvenstveno na brzinu kojom se
oni otvaraju. Iz samog je oblika ekscentra vidljivo da njegov presjek ima glavnu ulogu u načelu rada
bregaste osovine, odnosno da će o njemu ovisiti brzina otvaranja ventila. Osovine s oštrim
bregovima, jasno je, brže će otvoriti ventil.
sl. 2a - Lončasti podizač ventila kod motora s
bregastom osovinom u glavi
sl. 2b - Upravljanje radom ventila s
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
bregastom osovinom u bloku motora
No, bregovi osovine nikada nisu u izravnom kontaktu s ventilima. Izmeñu njih se nalaze tzv. podizači.
Oni zapravo služe kako bi ventil pravilnije pratio gibanje brijega, odnosno kako bi se ono pravilno
prenosilo na šipku podizača, ovisno o konstrukciji razvoda. Uzmimo za početak primjer
(jednostavnijeg) razvoda s bregastom osovinom u glavi motora (sl. 2a). Okretanje bregova osovine
ovdje se prenosi na "lončasti podizač" po kojemu brijeg u svojem gibanju klizi. Lončasti podizač pak,
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
prenosi to gibanje na stablo ventila i otvara ga savladavajući silu njegove opruge. Dakako, nije
potrebno posebno napominjati kako je ovdje oblik bregova osovine primaran parametar govorimo li
o brzini rada ventila.
No, posao bregaste osovine niti izdaleka nije
završen kada se ventil otvori. Dakako,
potrebno ga je i zatvoriti, a za to se brine
opruga koja preko podizača pritišće stablo
ventila na brijeg osovine. Ovdje je značajno
uzeti u obzir da taj povratak ne smije biti
prebrz i da mora biti u potpunosti kontroliran
želimo li izbjeći da ventil pri zatvaranju udari
u svoj dosjed, nakon čega bi se počeo odbijati
itd. Druga (zastarjela) izvedba razvoda ona je
s bregastom osovinom smještenom "sa
strane", odnosno u bloku motora (sl. 2b).
Ovakva se verzija koristila u nekadašnjim
motorima, sve do masovnijeg uvoñenja u
proizvodnju viševentilskih motora (3, 4 ili čak
Svaka bregasta osovina svoj život započinje savršeno
5 ventila po cilindru). Princip rada i ovdje je
okrugla, prije nego li se oblikuju bregovi
isti, s tom razlikom što bregasta osovina sada
pokreće podizač, ali on zatim podiže "šipku
podizača". Pravocrtno gibanje šipke potom se prenosi na tzv. "klackalicu" koja na kraju pokreće
ventil.
U prvom bismo nastavku školice, čekajte još nije zvonilo!!!, trebali spomenuti još i sustave
pokretanja bregastih osovina. Dakle, najzastupljeniji je sustav pokretan zupčastim remenom, potom
slijedi onaj s lancem, a poznajemo i razvode sa zupčanicima. No, o ovome detaljnije na slijedećem
satu Školice.
Varijacije na temu
23. lipnja 1999.
Drugi nastavak priče o bregastoj, upoznat će nas s
izvedbama s više bregastih osovina u glavi motora,
pogonom te izmjenjivačem faze
Govoreći o načinu na koji bregasta osovina pokreće ventil u
proteklom smo se nastavku dotakli teme smještaja bregaste
osovine. Rekli smo kako je tradicionalna konstrukcija motora
imala bregastu osovinu smještenu u bloku motora. Ona je
putem podizača i njegove šipke djelovala na "klackalicu" koja je
potom pritiskala (otvarala) ventil. No, veliki mehanički gubici
ovakvog prijenosa, kao i potreba za viševentilskom
tehnologijom polako su izbacili motore s bregastom osovinom u
bloku. Danas, gotovo svi pogonski strojevi u automobilima
imaju bregastu (bregaste) osovinu smještenu u glavi motora.
Smještaj bregaste osovine u glavi (sl. 1), osim
pojednostavljenja konstrukcije, omogućio je i da se na
jednostavan način kontrolira upravljanje u viševentilskim
motorima. Naime, s napredovanjem tehnologije materijala i
sl. 1 - Dvije bregaste osovine u glavi i
četiri ventila po cilindru klasika su
ulaskom u upotrebu izdržljivijih legura, postepeno je počela
današnjih motora malog obujma
rasti specifična snaga motora (npr. broj KS po 1 l obujma). U
tom "nabrijavanju" veliku ulogu odigrala je i ideja o
postavljanju viševentilske tehnologije. Iako nije revolucionarno nova, ovakva je konstrukcija tek u
posljednje vrijeme stvorila pravu poplavu malih jurilica, poput Swifta GTI i sličnih mu zvijerki. Dakako,
ideja je jednostavna i temelji se na činjenici da je kroz dva ventila moguće ugurati više smjese goriva i
zraka nego li kroz jedan, koji u praksi nikada ne može biti velik kao ta dva zajedno. No, vratimo se na
temu, bregasta je osovina sada počela igrati vodeću ulogu u napretku automobilskih motora.
Uobičajena konstrukcija kakvu danas susrećemo u iole sposobnijim pogonskim strojevima klasična je
shema 4-cilindraša sa 16 ventila i dvije bregaste osovine u glavi. Popularni natpisi sa stražnjeg dijela
spomenutih jurilica (Twin cam i sl.), odnosno natpisi s poklopca bregaste osovine motora (DOHC...)
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
govore upravo to: "Viševentilska tehnologija krije se u mojem malom motoru pa me stoga nemoj
potezati za nos!" U velikoj većini motora konstrukcija s dvije bregaste osovine pokretat će ventile
putem lončastih podizača (vidi prošli nastavak) koji su opremljeni hidrauličkim sustavom za
automatsko podešavanje. Jednostavno - praktično - zgodno - skupo.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 2 - Razvodni remen pokretan je remenicom na
radilici, a u ovom slučaju okreće jednu bregastu u
glavi motora
Kada spomenemo riječ "razvod", a govori se o
automobilskim motorima, ne mislimo na to da su se
mama i tata posvañali, već mislimo na razvodni
mehanizam bregastih osovina (slična se terminologija,
doduše, koristi i za razvod paljenja). Riječ je, u osnovi,
o načinu na koji se pokreće bregasta (bregaste)
osovina. Dva su osnovna principa: pogon zupčastim
remenom (sl. 2) i pogon lancem. Radi se, u stvari, o
tome da je bregaste osovine potrebno zavrtiti kako bi
profunkcionirale. Pogon se stoga dovodi s koljenastog
vratila (radilice) na kojem se nalazi remenica ili
zupčanik. Od tamo, potom, remen ili lanac kreće prema
glavi motora gdje zahvaća remenice ili zupčanike koji
su pričvršćeni na jednom kraju bregaste osovine. I
remen i lanac imaju svoje zatezače kako bi u svakom
trenutku rada bili propisno napeti. Popuštanje napetosti
remena ili lanca može, u krajnjem slučaju, dovesti do
preskakanja preko zubaca remenice (supčanika) na
glavi motora, a time i do poremećaja u usklañenosti
otvaranja ventila. Rezultat je, dakako, katastrofalan jer
pri tome klipovi svojim čelom nalijeći na predugo
otvorene ventile i sl. Kod većine normalnih DOHC
motora ovakav kvar mjeri se u tisućama DEM, stoga
remen (lanac) mora redovito doktoru na pregled!
Za kraj, riječ-dvije o tzv. "izmjenjivačima faze". Kao
što smo već u nekoliko nastavaka spominjali, uvjeti
rada motora znatno se mijenjaju s promjenom brzine
rada. Pri većim brzinama mnoge je radnje potrebno
ubrzati, pa se tako trenutak paljenja pomiče na
ranije, a koristimo i preklapanje ventila. No, već je
davno otkriveno da bi se korekcijama u upravljanju
ventilima moglo iz motora izvući još malo više snage.
Uzmjenjivači (varijatori) faze u stvari su sustavi koji
omogućavaju zakretanje bregaste osovine u odnosu
na pogonsku remenicu (zupčanik) čime se
omogućava pomicanje perioda u kojemu su ventili
otvoreni ili zatvoreni. Izmjenjivači faze (sl. 3) rade na
nekoliko principa, s obzirom na sustav koji zakreće
bregaste osovine. Najčešće su to mehanički i
hidraulički (elektronikom kontrolirani) sustavi.
sl. 3 - Porscheov izmjenjivač faze djeluje
mijenjajući položaj natezača pogonskog lanca
Početak priče
30. lipnja 1999.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Hvala Bogu, ovaj je nastavak doista
jednostavan. Malo odmora za vas, ali i
naše predavače na dvanaestom satu
školice
Možda je priča o klipovima, klipnim prstenima i
cilindrima trebala doći na samom početku
školice, no, naši nastavnici su rekli da mora
ovako. Pa dobro.
Cilindar je, vjerojatno, osnova svega. On
odreñuje jediničnu zapremninu motora
(ukupna zapremnina = jedinična x broj
cilindara), ali i buku koju ćete proizvesti
škripajući gumama na semaforu. U pravilu, oni
koji pod poklopcem motora imaju više
sl. 1 - Položaj, provrt i hod klipa
cilindara glasnije škripe... No, šalu na stranu.
Cilindar je, kao što mu i samo ime govori, dio
motora okruglog presjeka (odsječak cijevi) koji je definiran prvenstveno promjerom, ali i
dužinom. Ona dužina koja nas kod cilindra u
stvari zanima je razmak izmeñu GMT (gornje mrtve
točke - najvišeg položaja čela klipa) i DMT (donje...) ili,
kako se ta dužina još naziva Hod klipa. Čitate li
tehničke podatke nekog automobila često ćete naići na
podatak "provrt x hod". Recimo da piše 75 x 79 mm to
znači da je unutrašnji promjer cilindra 75, a hod klipa
79 mm. Tako možemo izračunati jedinični obujam
nekog motora (=obujam jednog cilindra). Iz toga bi
proizašlo da naš motor provrta i hoda 75 x 79 mm ima
jedinični obujam od 0,349 litara. Ako je to, npr., 4 cilindraš, jedinični obujam množimo s 4 i dobivamo
obujam motora (1,396 l = 1396 cm3). Malo
matematike, (rječima: promjer na kvadrat puta Pi puta
dužina) neće nikoga ubiti... Dakako, postoje motori i s
više, ali i manje cilindara. Najčešći rasporedi cilindara u
motoru su sljedeći: redni motori imaju cilindre u nizu
(najčešće kod motora malog obujma), V motori u
obliku slova "v" čime se štedi na ukupnoj dužini
motora, a boxer motori imaju cilindre postavljene
jedan nasuprot drugog (veoma ravnomjeran raspored
sila i niska silueta motora). Za kraj treba spomenuti i
sl. 2 - Osnovni dijelovi klipa
izvedbe cilindara. Klasično rješenje svakako su cilindri
s "košuljicom". Takvi imaju unutar promjera još jednu
"cijev" od drugog materijala otpornog na trošenje. Motori napravljeni od kvalitetnih slitina
nemaju košuljice te klip direktno "dere" po stijenkama cilindra koje su ujedno i dio bloka
motora. Posebno rješenje su tzv. "plivajuće košuljice" česte kod motora visokih
performansi.
Takav motor (rješenje često u malim japanskim "zujalicama" niskog obujma) ima košuljice
koje nisu usañene u cilindrični dio bloka, već stoje (gotovo) samostalno kako bi se olakšao
pristup do njih vodi za hlañenje motora.
Klip je "ono" što u cilindru trči gore-dolje. Radi se u
stvari o metalnom dijelu koji ima otprilike oblik čaše
okrugla presjeka okrenute naopako. Njihov je zadatak
da na sebe (na čelo klipa) preuzmu potisak sile koja se
u cilindru stvara izgaranjem smjese goriva i zraka.
Klipovi su klipnjačama spojeni na koljenasto vratilo
gdje se njihovo pravocrtno gibanje prevodi u kružno (o
klipnjačama i koljenastim vratilima, "radilicama", bit će
više riječi u slijedećem nastavku Školice). No, kako bi
se omogućilo gibanje klipa, njegov je promjer nešto
manji od unutrašnjeg promjera cilindra (odn. košuljice
cilindra). Da bi se ipak omogućilo
brtvljenje, tj. da
prilikom izgaranja plinovi ne bi
prolazili pokraj klipa u donji dio
motora, klipovi su opremljeni s
nekoliko prstenova. U najvećem broju
slučajeva radi se o tri prstena od kojih
su dva kompresijska, a jedan uljni.
Kompresijski prstenovi zaduženi su za
brtvljenje izmeñu klipa i stijenke
cilindra, dok uljni prsten "briše"
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 3 - Presjek klipnih prstenova (gornja dva su
kompresijski, donji je uljni)
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
višak ulja sa stijenke i odvodi ga u donji dio motora. Ovi prstenovi (nazivaju se i "karike")
glavni su razlog zbog čega stari i istrošeni motori dime. Vjerojatno ste već više puta čuli kako
netko kaže da je taj i taj motor nekog automobila istrošen jer mu iz ispuha izlazi plavičasti
dim. Radi se upravo o istrošenim klipnim prstenovima koji (prvenstveno uljni) propuštaju
male količine ulja u prostor za izgaranje. Dakako, takva je pojava štetna, smanjuje snagu
motora, a dugim zanemarivanjem može se dovesti i do potpunog uništenja klipnih prstenova,
oštećenja košuljice cilindra i sl.
Na svu sreću, današnji moderni motori malo pate od ovakvih mehaničkih boljki. Danas
krepava elektronika...
Mozak
28. srpnja 1999.
Došao je trenutak za sve ljubitelje elektronike. Na
današnjem ljetnom satu upoznat ćemo se s prvim
dijelom priče o računalu koje kontrolira rad motora
Iako bi neki od kolega iz matične novine ovaj tekst
sigurno mogli bolje napisati, naši su se nastavnici
potrudili sastaviti jednostavan i svakome razumljiv prikaz
rada automobilske elektronike. Svjesni smo isto tako da
spram prirode možda i nije fer automobilski kompjuter
(Elektronički upravljački modul) nazivati mozgom, no on
je nešto čiji bi se rad, meñu svim komponentama od
kojih je motor sastavljen, najbolje mogao opisati kao
"razmišljanje". Elektronički upravljački modul (ECU Electronic Control Unit; ECM - Electronic Control Module)
u stvari je bezlična metalna kutija s čije se vanjske
strane nalazi niz nekakvih električnih konektora i nastavci
za montiranje kutije u automobil, dok joj je "iznutrica"
ispunjena kojekakvim čipovima, tiskanim pločicama i
drugim elektroničkim divotama. Unutrašnjost ECU-a u
stvari izgleda poput malog računala, što on zapravo i
jest. Ipak, radi se o poprilično primitivnim ureñajima čija
je "pamet" još kilometrima daleko od, npr., pameti stroja
na kojem trenutno čitate Školicu.
sl. 1 - Položaj senzora za očitavanje broja o/min na motoru i njegov prikaz
(detalj)
Osnova rada ECU-a temelji se na obrañivanju ulaznih parametara s odreñenih dijelova motora, te
odašiljanju podataka nekim drugim komponentama istog. Najveći dio posla što ga ECU obavlja jest
kontrola trenutka paljenja i količine goriva koje se isporučuje motoru. Do podataka potrebnih za
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
"razmišljanje" naš Elektronički kontrolni modul (ECU) dolazi uz pomoć niza senzora. Prisjetimo li se
nastavka školice u kojem je bilo opisano koljenasto vratilo (radilica) sjećamo se da je na jednom
njegovom kraju bio pričvršćen nekakav kotač koji podsjeća na zupčanik. O čemu se radi? Optički, ili
magnetski, senzor postavljen uz taj kotač šalje ECU-u signal svaki puta kad ispred njegovog "nosa"
projuri oznaka pričvršćena na kotaču (sl.1). Ona je najčešće izvedena u vidu utora, rupice ili zupca na
njegovom obodu. Kako se radilica okreće, ta oznaka prolazi ispred senzora koji trenutno o tome
obavještava ECU. U ECU-u se potom mjeri vrijeme koje je proteklo izmeñu dva prolaza oznake i na taj
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
se način izračunava brzina okretanja radilice (br. okretaja motora u min.). Brzina rada motora je, kao
što smo već svojedobno naučili, osnovni parametar za proračunavanje trenutka paljenja. Ovako
obrañen podatak, ECU šalje sustavu za paljenje koji potom točno zna kada treba dati struju svječici. U
teoriji, naš bi kotač na radilici mogao imati tek jedan zubac, dok se u praksi pokazalo dovoljnim
postavljanje tek 2 takve oznake. Ipak, to vrijedi samo kod motora koji se vrte velikom brzinom i gdje
su promjene broja o/min relativno male (motor Kavasaki 16V od 908 ccm služi se upravo s 2
očitavanja po jednom okretu radilice, no on se vrti oko 11000 o/min).
Problem se, kod automobilskih motora, javlja prvenstveno pri pokretanju. Kada okrenete ključ u
kontakt-bravi motor se zavrti s nekih 250 o/min, no taj broj skače na 800 ili više u trenutku paljenja
prvog cilindra. Stoga je u praksi potrebno postaviti daleko više oznaka na taj kotač koji onda doista
nalikuje nekakvom zupčaniku. Tako, npr., Opelovi motori iz serije ECOTEC koriste 58 zubaca, dok se
na Ford Mondeu nalazi 36. U ova dva slučaja rezultat je taj da ECU dobiva update brzine okretanja
motora 58 odnosno 36 puta za jedan okret (360°) koljenastog vratila, što je sasvim dovoljno. Ovdje
treba još napomenuti kako ćete, gledajući ove zupčanike, primijetiti da neki zupci nedostaju (kod
Opela 2, Forda 1). To je postavljeno kao referentna točka kako bi ECU "znao" točno u kojem se
položaju u nekom trenutku nalazi radilica. Drugi značajni ulazni parametar Elektroničkog kontrolnog
modula je položaj leptira na usisnom sustavu. kako je položaj leptira direktno vezan uz to koliko je
pritisnuta papučica akceleratora, o njemu ovisi koliko će ECU goriva "odobriti" motoru. I tu je, na
leptiru, smješten jedan senzor koji svoje podatke šalje u ECU odakle oni, obrañeni, idu k sustavu za
ubrizgavanje. Ovaj, pak, prema dobivenim parametrima odreñuje koliko će trajati "puls" ubrizgavanja,
tj. koliko će vremena mlaznice biti otvorene (podsjetite se priče o ubrizgavanju goriva). Treći ulazni
parametar ilustriran na shemi (sl.2) je podatak koji dolazi s lambda sonde. O ovom će senzoru
(lambda je senzor koji mjeri postotak kisika u ispušnim plinovima) biti više riječi u jednom od budućih
nastavaka Školice u kojem ćemo opisivati ispušni sustav. No, recimo tek da je i taj podatak od
presudne važnosti za točan proračun koji se radi u ECU-u, s ciljem održavanja pravilnog rada motora.
Iz do sada izrečenog, vidljivo je kako se
struktura elektroničkog upravljanja
motorom (Motor management) sastoji iz tri
osnovne grupacije prikazane na sl.2. To
su: senzori ulaznih parametara (plavo),
sam Elektronički kontrolni modul (ECU) te
sustavi koji upravljaju motorom, a koji
informacije potrebne za pravilan rad
dobivaju od ECU-a (zeleno). Dakako, tu je
i napajanje svih komponenti električnom
energijom. Zavirimo li malo u unutrašnjost
ECU-a vidjeti ćemo tri osnovna dijela. To
su CPU, ROM i RAM. Vjerujemo da nikome
nije posebno potrebno objašnjavati što
ove, u svijetu računala uvriježene,
skraćenice znače, no... CPU (Central
Processing Unit) je glavni procesor koji
preračunava dobivene ulazne parametre
pomoću programa koji se nalazi u njemu.
sl. 2 - Shematski prikaz elektroničkih ureñaja motora
ROM (Read Only Memory) je memorija
sastavljena od jednog ili više čipova u kojoj
se nalaze podaci prema kojima CPU usklañuje proračun podataka. Drugim riječima, ROM je poput neke
vrste knjige u kojoj će liječnik naći opis bolesti tipične za neke simptome (ulazni parametri), a u njoj će
naći i preporučeni lijek za istu. Značajno je da CPU ne može mijenjati parametre zapisane u ROM
memoriji. Stoga neki ECU-i imaju ugrañen izmjenjivi čip nazvan PROM (Programmable Read Only
Memory) u kojem takoñer nije moguće mijenjati podatke, ali ga se može zamijeniti čipom s
pohranjenim drugačijim podacima. Tako možemo utjecati na "dijagnozu" koju donosi CPU, a time i na
rad motora. Treća izvedba ove memorije zove se EEPROM (Electrically Erasable PROM) i predstavlja
memorijski čip koji možemo priključiti na računalo te tako mijenjati unesene parametre. RAM (Random
Access Memory) je memorijski čip koji je aktivan samo dok je motor uključen. Drugim riječima,
njegovi se podaci počinju upisivati paljenjem motora, a brišu se gašenjem. RAM čipovi služe kako bi
CPU u njih mogao upisati podatke dobivene od senzora s ulaza, trenutne kalkulacije i slične
informacije koje se stalno mijenjaju. CPU u radu stalno pristupa RAM memoriji, briše stare i unosi nove
podatke.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Posljednji memorijski čip koji treba opisati je KAM (Keep Alive
Memory) i jedna je vrsta RAM-a. U ovaj čip CPU takoñer može
unositi podatke, brisati ih i zamjenjivati novima, a poseban je
prema tome što "pamti" upisano dok god je priključen na izvor
napona. KAM memorije služe prvenstveno za pohranu "kodova
poteškoća u radu motora" (trouble codes), a to su informacije
koje je (u servisu) moguće očitati pomoći kontrolnog računala i
tako doznati kakav su problem u radu motora zabilježili senzori.
Dakako, KAM memorija se briše isključivanjem napona, tj.
odspajanjem akumulatora.
sl. 3 - Bez straha, ovo nije stonoga
već jedan najobičniji CPU
Učitana pamet
4. kolovoza 1999.
Sve opisano u prošlom nastavku govorilo je
kako elektronika motora donosi zaključke.
No, ona je prvo trebala nešto i naučiti. O
tome govorimo ovaj puta
Ovaj vas puta nećemo previše gnjaviti. Zapravo,
današnji je nastavak Školice skraćen, a u klupi
ćete sjediti znatno manje. Razlog je tome taj što
nam je ostalo za objasniti tek nekoliko detalja
vezanih uz automobilsku elektroniku. Prvi dio
današnjeg nastavnog sata objašnjava kako ECU
"uči". Dakako, jasno je da se nitko sam po sebi
nije rodio pametan, pa tako niti naše upravljačko
računalo. Sva pamet kojom Elektronički kontrolni
modul donosi brze zaključke vezane uz trenutak
paljenja i potrebnu količinu goriva nalazi se u programu koji je unesen u njegovoj memoriji. U stvari,
kada pred utrku Formule 1 vidite zakrabuljene mehaničare kako mahnito priključuju svoja prijenosna
računala u nekakve konektore na bolidu, bit će vam jasno da provjeravaju ili dorañuju parametre
potrebne za ispravan rad elektroničkih sustava. Bolidi Formule 1 su, na njihovu sreću, u stvari
"instant" vozila kod kojih je na brzinu moguće promijeniti sve, pa tako i software koji upravlja radom
motora, te ga prilagoditi karakteristikama odreñene staze i sl.
Sadržaj ROM memorije jedna
je od najznačajnijih "knjiga"
potrebnih za rad motora.
Podaci upisani u ovaj čip
nazivaju se "Mapom" i
sadržavaju tablice pomoću
kojih CPU, uz unos ulaznih
parametara, proračunava
kakvi su izlazni parametri
potrebni. Jedna takva Mapa
prikazana je i na sl.1. Okomito
na mapi poredani su podaci o
položaju leptira (opterećenje),
dok se vodoravno nalaze
kolone podijeljene obzirom na
brzinu rada motora (broj
sl. 1 - Mapa prema kojoj ECU donosi 'pametne zaključke' izgleda poput
tablice množenja
o/min). Kao u nekakvoj tablici
množenja, CPU u ovoj mapi
pronalazi mjesto na kojem se križaju vrijednosti ulaznih parametara položaja leptira i broja okretaja
motora te očitava unaprijed unesenu vrijednost koja je ujedno i šifra za odreñivanje izlaznih
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
parametara. Tako, npr., jedan ulazni parametar može prikazati položaj leptira kodiran kao "4" (recimo
oko "pola gasa"), a drugi brzinu motora kodiranu kao "6" (recimo 3000 o/min). Na križanju tih dviju
kolona nalazi se šifra "96" koja za CPU znači točno odreñenu količinu goriva koje je potrebno ubrizgati
i/ili točan trenutak paljenja.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Završetak priče o Elektroničkom kontrolnom
modulu tiče se "tuniranja", odn. prerañivanja
parametara potrebnih za rad motora. Treba uzeti
u obzir da serijski ECU-i koje nalazimo u
svakodnevnim automobilima nikako nisu
reprogramabilni. Točnije, iako je iz njihove KAM
memorije moguće očitati što "muči" motor, ne
može se utjecati (softverski) na njegov rad i
eventualno mu povećati snagu i sl. Razlog tome
je jednostavan i objašnjiv je time što proizvoñači
automobila žele zadržati sve za sebe, odnosno
natjerati vlasnike da odlaze isključivo ovlaštenim
servisima koji jedini imaju računala i software
kojim se može očitavati KAM. Dakako, nova su
vremena donijela mnoštvo elektronike u
automobile, pa jednostavno brušenje glave,
poliranje usisnih kanala i sl. više nisu jedini i
pravi putevi ka uspjehu, želimo li povećati snagu
motora. Ono što danas prvo treba "napasti" jest
upravo ECU. U tu svrhu raznorazni prerañivači
automobila (tuneri) nude kojekakva rješenja.
Najčešće se tu radi o nadomjesnom CPU za koji,
ovi isti, garantiraju kako će značajno osnažiti
motor. Ipak, ako i uspijete išćupati stari CPU iz
sl. 2 - Uobičajen smještaj upravljačkog računala u
ECU-a te ubaciti novi, rezultat će obično biti
automobilu - kutija je sakrivena ispod obloge pokraj
polovičan. Problem je u tome što se zamjenom
suvozačevih vratiju
CPU-a najčešće dobiva elektronika koja radi s
istim ROM parametrima (mapama), ali naprosto
na svim šiframa dodaje malo više goriva. No ipak, to nije pravi put. Najbolje (i najskuplje) rješenje u
stvari je zamjena cijelog ECU-a ili barem CPU-a i ROM čipova ili reprogramiranje ovih posljednjih
(EEPROM) odn. njihova zamjena (PROM). Tako je moguće u automobil "uvaliti" novi CPU ali i novu
mapu parametara prema kojoj on radi.
Tko nema u glavi...
Naš
je motor veoma čudan. Ima trbuh na
kojeg je nalijepljena glava. O glavi
motora i prostoru za izgaranje priča
današnji nastavak
Dakle, da nije sve u glavi dokaz je i
motor s unutarnjim sagorijevanjem.
Najbolji dokaz tome jest taj da se
"mozak" nalazi negdje drugdje. No, o
čipovima pomoću kojih naš motor misli,
u jednom od slijedećih nastavaka. Danas
će biti riječi o glavi motora i nekakvim,
čudnim, udubljenjima u njoj, koja
nazivamo prostorima za izgaranje.
Kako glava motora izgleda, vidljivo je sa
slika. Uočit ćete veoma brzo da je
njezina sličnost s blokom motora
poprilična. Glava je, doduše, manja (blok
je uostalom trbuh motora, kako smo već zaključili), no ponovo se radi o nekakvoj hrpi
lijevanog metala. Da nas sada za riječ ne bi uhvatili sitničavci strojarske struke reći ćemo
kako se: glave i blokovi motora "u pravilu" izrañuju lijevanjem, no kao i svugdje i tu ima
iznimaka. No, dobro. Sad kada smo ustanovili kako se izrañuje glava motora (postupak je,
dakle, identičan onome koji smo opisali u prošlom nastavku govoreći o procesu izrade bloka)
napomenut ćemo tek jedno. To je da se lagane legure, poput aluminijskih, češće primjenjuju
pri izradi glave motora, nego li pri izradi bloka. U modernim automobilima gotovo da i nema
više pogonskog stroja čija glava nije izrañena od aluminijskog lijeva (ili lijeva Al legure), dok
su blokovi od sivog lijeva (lijevano željezo) još dosta česti. Razlog tome je višestruk i odnosi
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
se prvenstveno na činjenicu da Al legure mogu lakše podnijeti opterećenja kojima je izložena
glava motora te da se glava izuzetno jako zagrijava (jer su u njoj smješteni prostori za
izgaranje smjese) te ju je potrebno dosta hladiti (aluminij provodi i odvodi toplinu znatno
bolje od željeza). Kao još jedan razlog, još uvijek, velike rasprostranjenosti blokova od SL-a
navest ćemo i primjer iz prošlog nastavka: Al je premekan da bi po njemu bez velikog
trošenja mogli kliziti klipovi itd...
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Jasno je, takoñer iz prošlog nastavka, da različiti
motori imaju različite oblike. Linijski (redni)
motori imat će tako jednu glavu, "V" motori
često dvije, a bokseri u pravilu dvije (vidi sliku 3
iz 14. nastavka: "Hrpa metala"). No, ono što nas
najviše zanima je čemu glava služi. Prvenstveno,
tu su komore za izgaranje u kojima iskra
svječice izaziva izgaranje smjese. Prostora za
izgaranje ima u svakojakim oblicima (sl. 2), no
"školski primjer" svakako je prostor u obliku
sl. 1 - Četverocilindrični bokser motor iz
polukugle. U njemu su 2 (ili više) ventila pravilno
Alfe 33 u stvari je "Dvoglavo čudovište"
razmještena u krug, dok se u sredini nalazi
svječica. Takav oblik je zahvalan jer iskra
najefikasnije pali cijelu smjesu te je osigurano (gotovo) potpuno izgaranje. Drugi ilustrirani
prostor za izgaranje je onaj oblika kade. Takva se konstrukcija odlikuje kratkim putem iskre i
velikom otpornošću prema detonativnom izgaranju, no problem se javlja kada u njega
poželimo smjestiti više ventila. Treći oblik sa slike 2 prikazuje prostor za izgaranje koji je
uvučen u čelo klipa. Ovakav oblik (poznat i kao Heronova glava) omogućava postizanje
veoma visokog stupnja kompresije i često se koristi kod motora kojima je provrt cilindra veći
od hoda klipa. Tipičan je prema tome što je kod njega glava motora gotovo potpuno ravna,
bez udubljenja. Posljednji oblik prostora za izgaranje je klinastog oblika. Ovdje su prednosti
slične kao i kod drugog oblika (kade), no ponovo se javlja problem sa smještajem većeg
broja ventila, dok čelo klipa gotovo uvijek mora biti duboko urezano kako bi se napravilo
mjesta za ventile (dok su otvoreni). Jasno je da niti jedan od ovih oblika prostora za
izgaranje nije idealan. Stvar izbora, kao i toliko puta do sada, pitanje je konkretnog motora
koji se projektira (ili prerañuje) te njegovih očekivanih karakteristika.
Govoreći o glavi motora
moramo se osvrnuti i na
njezin gornji dio. Već pri
letimičnom pogledu (dakako,
kada je skinut "poklopac
ventila") možemo procjeniti
radi li se o OHV (Overheadvalve) ili o OHC (Overheadcamshaft) glavi motora. Prva
sl. 2 - Najčešći oblici prostora za izgaranje
na sebi ima tek ventile s
oprugama i klackalicama koje
pomiču šipke pokretane bregastom osovinom smještenom u bloku motora (tko nema u glavi,
ima u bloku...) (vidi nastavak "Bregasta osovina I", sl. 2b), dok je druga, upravo ona
famozna priča s bregastom osovinom (osovinama) u glavi motora (sl. 2a). Uz OHV oznaku
srećemo tako i, jednako famoznu, DOHC oznaku koja ne znači ništa drugo do "Glava motora
s dvije bregaste osovine" (Double OverHead Camshaft). Spomenuti poklopac ventila nije
ništa drugo do komad lima koji je dobro zabrtvljen s gornje strane glave motora i koji služi
da sačuva ulje u kojemu se sustav za pokretanje ventila "kupa" dok motor radi. Na tom je
poklopcu obično smješten i čep za ulijevanje ulja u motor.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Završetak priče je jedna kratka napomena, a zove se
brtvilo glave motora. Radi se u stvari o brtvi koja se
postavlja izmeñu glave i bloka i koja "dihta" taj spoj,
sprečavajući moguće curenje plinova ekspandirane
smjese, ulja ili tekućine za hlañenje.
sl. 3 - Da konačno jednom
riješimo dilemu: Što je što!!!
(izvučen tankom linijom je
poklopac ventila)
Navodnjavanje
Odlična
tema za ljetne vrućine zapravo je
naš nastavak kretanja prema
"periferiji" jer se, već od
pretprošlog sata, polako
udaljavamo od samog motora
proučavajući dodatne sustave
Jasno je, vjerojatno, svima da je radi
održavanja pravilnog rada bilo koji
stroj potrebno dovesti (i održavati na
njoj) na radnu temperaturu.
Uostalom, i mi sami funkcioniramo
najbolje na nekih 36,6°C radne
temperature za održavanje koje se
brine naš organizam. Jednako tako, i motor automobila zahtjeva nekakve, približno, idealne
uvjete kako bi mogao dobro raditi. Uzmemo li u obzir da se u unutrašnjosti cilindra prilikom
izgaranja smjese goriva i zraka razvijaju temperature od oko 2200°C jasno je da bi se bez
nekog sustava hlañenja motor ubrzo počeo raspadati, a njegovi dijelovi deformirati i/ili čak
topiti. Kako se same stijenke cilindara ne smiju zagrijavati na više od 260°, kada nastupa
raspadanje ulja i drastično pada njegova sposobnost podmazivanja, stvorenu je toplinu
potrebno nekako odvesti. Za to se odvoñenje topline (hlañenje) u većini današnjih
automobilskih motora brine rashladna tekućina. U prosjeku, ovom se metodom odvodi oko
1/3 ukupne količine topline proizvedene u komori za izgaranje. No, osim hlañenja, rashladni
sustav motora ima još dvije uloge. Prva prema značaju svakako je ona u kojoj ovaj sustav
brine za održavanje ispravne radne temperature motora, dok je drugi zadatak omogućavanje
grijanja putničke kabine.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Osnovnih dijelova rashladnog sustava kod
motora s vodenim hlañenjem (uobičajeni
izraz za motore hlañene rashladnom
tekućinom) su: vodeni džepovi u bloku i
glavi motora, pumpa za vodu (rashladnu
tekućinu), termostat, hladnjak i ventilator.
Pa, počnimo redom. Tzv. "vodeni" džepovi u
stvari su šupljine u lijevu bloka motora
(podsjetite se priče o tome kako se izrañuje
blok) u obliku nekakvih džepova, a
namijenjene su strujanju rashladne tekućine
kako bi ona mogla oplakivati i samim time
hladiti vanjske stijenke cilindara. Iste takve
džepove za hlañenje nalazimo i u glavi
motora (u oba su to slučaja otvori okruglih
ali i nepravilnih presjeka koje vidimo na
gornjem dijelu bloka i donjem glave), a
ovima je svrha odvoñenje topline s vanjskih
stijenki komora za izgaranje. Prisjetimo li se
priče o cilindru, poznat nam je i pojam tzv.
"mokre košuljice" cilindra. U tom slučaju, u
sl. 1 - Pumpa za rashladnu tekućinu
bloku rashladna tekućina ne struji kroz
džepove, već njih predstavlja prostor izmeñu
unutrašnjih stijenki bloka i vanjskih stijenki ovakve košuljice cilindra. Drugi dio "priče" čini
pumpa za vodu (sl. 1). Kod većine tekućinom hlañenih motora radi se o centrifugalnoj pumpi
koja koristi impeler (dio s mnogo lopatica za pokretanje struje tekućine). Pumpe za vodu
obično su pokretane klinastim remenom koji dolazi s remenice smještene na izlaznom dijelu
koljenastog vratila, no neke pokreće i sustav zupčanika. U najjačem tempu rada pumpa za
vodu može potjerati i do 28.500 l vode tijekom jednog sata kada je termostat otvoren. U
svojem okretanju, lopatice impelera "vuku" tekućinu s dna hladnjaka te ju tjeraju kroz motor
(džepove) i natrag u gornji dio hladnjaka. Osovina pumpe za vodu postavljena je u
zabrtvljene ležajeve i ne treba ju dodatno podmazivati.
Pri većim brzinama kretanja vozila,
struja zraka koji kroz masku (ili
uvodnike) dolazi do hladnjaka i
prolazi kroz njegovu rešetkastu
konstrukciju, dovoljna je za
hlañenje rashladne tekućine. No,
kada automobil stoji ili se kreće
iznimno sporo, potrebno je pojačati
struju zraka kroz hladnjak. Upravo
stoga, uz hladnjake motora s
vodenim hlañenjem viñamo
ventilator (e). Ventilatori
automobilskih motora razlikuju se
prema načinu na koji su pokretani,
pa poznajemo ventilatore
pokretane remenicom odnosno
sl. 2 - Kada serijsko hlañenje nije dovoljno - dodatni
elektromotorom. Ove prve,
ventilatori tvrtke Pacet za pojačano strujanje zraka
pokreće remenica pumpe za vodu s
obzirom da su na nju (nepomično)
pričvršćeni. Koliko brzo se okreće radilica, toliko će se brzo okretati pumpa za vodu, a
jednako tako i ventilator. Ovakvi su ventilatori češći kod većih motora koji su, obično,
postavljeni uzdužno u automobilima sa stražnjim pogonom. Jedna od izvedbi mehanički
pokretanog ventilatora je i ventilator koji ima ugrañeno termostatsko kvačilo koje reagira
na
toplinu zraka što struji kroz hladnjak. Tako se, isključivanjem, smanjuje opterećenje motora i
buka koju proizvode lopatice ventilatora, dok se ventilator pokreće prema potrebi. Meñutim,
u većini današnjih automobila, a pogotovo onih s poprečno postavljenim motorom i
prednjim pogonom, nalazimo ventilator pokretan elektromotorom. Prednost takvog
ventilatora je u tome što njegov rad oduzima manje snage motora, a moguće ga je i
preciznije uključivati
(pri 93°C). Značajno upozorenje vezano uz ventilatore automobilskih hladnjaka je to da se ni
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
u kojem slučaju ne smiju dodirivati lopatice ventilatora dok motor radi. Temperatura motora
se, naime, najbrže podiže kada nema strujanja zraka kroz hladnjak (stajanje na mjestu), te
iznenadno paljenje ventilatora može imati veoma teške posljedice po znatiželjne prstiće! Ovo
upozorenje pogotovo treba ozbiljno shvatiti kod motora opremljenih klima ureñajem. Naime,
njegov kondenzator zahtjeva gotovo stalnu isporuku jake struje zraka te je kod ovakvih
automobila ventilator gotovo uvijek u pokretu (ili barem dok radi klima-ureñaj).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 3 - Kada motor radi čuvajte prstiće !
25. svibnja 1999.
Kako zapaliti smjesu i skuhati kavu
Nakon što smo u proteklim nastavcima na sve moguće
načine uguravali smjesu u cilindar, vrijeme je da ju zapalimo
Ulaskom smjese zraka i goriva u cilindar, nažalost, nismo uspjeli
riješiti sve probleme vezane s usisom. Doduše, naš se rasplinjač (ili
sustav ua ubrizgavanje) pobrinuo da mješavina goriva i zraka
pokuca na vrata usisnog ventila, no iza njih dočekalo ju je još
štošta.
Osnovni dijelovi svječice (otpornik prigušuje radio
frekvencijske interferencije RFI)
Samo
izgaranje
smjese
goriva i zraka
(vjerojatno
ne moramo
napominjati
da je zrak
potreban
kako bi
gorivo
P.S. Ovo nije
izgorilo uz
reklama...
prisustvo
kisika) proces
je koji možemo usporediti s gorenjem
papira. Zapalite li ga na jednom kraju
plamen će se početi širiti dok cijeli
papir ne izgori. Bitno je sada
napomenuti da smjesa u cilindru u
stvari izgara, a ne eksplodira. Ovo
posljednje bilo bi kao da se naš list
papira zapalio istovremeno cijeli. No,
već je sada jasno da izgaranje smjese
zahtijeva odreñeno vrijeme. Odnosno,
plamen "putuje" kroz prostor za
izgaranje dok se sva smjesa ne zapali.
Dakako, pri povećanom broju okretaja
klip se kraće zadržava oko GMT te se
vrijeme u kojemu smjesa mora izgoriti
drastično smanjuje. Jasno je da nema
nikakve koristi od smjese koja izgara
kada je klip već pobjegao daleko
prema DMT. Jedan od najsigurnijih
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
načina da se ubrza izgaranje jest
sabijanje smjese. Uostalom, već smo naučili što je to kompresijski takt. No, u svemu treba
biti umjeren pa tako i u sabijanju smjese. Preveliki pritisak sabijanja (omjer kompresije)
može dovesti do detoniranja smjese , ovisno dakako o njezinom sastavu, temperaturi
prostora za izgaranje ali i same svječice. Omjer kompresije (dvije brojkice od kojih je
posljednja uvijek 1, a zajedno izgledaju kao rezultat nogometne utakmice), prisjetimo se, je
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
omjer obujma prostora za izgaranje + obujam cilindra (razlika izmeñu GMT i DMT) i obujma
prostora za izgaranje. Dakle, ako je zapremnina prostora za izgaranje 10, a ostatka cilindra
100 onda (s klipom u DMT) prostor u koji ulazi smjesa iznosi 110. Podijelimo li ga s obujmom
prostora za izgaranje (10) dobiti ćemo omjer kompresije 11:1 (jedan od tipičnih omjera za
Otto motore).
No, da stvari ne bi bile
toliko jednostavne, uz
mehanički omjer
kompresije (opisan)
javlja se i dodatna
zavrzlama. Naime, omjer
kompresije efektivno će
se povećati ubacimo li u
cilindar više smjese, što
se dogaña kada vozač
pritisne jače papučicu
akceleratora. Sada je
jasno da konstruktori u
stvari moraju omjer
kompresije
proračunavati uzimajući
prvenstveno u obzir
uvjete rada motora kada
se kroz usis dovodi
maksimalna količina
smjese. Upravo stoga
npr. u tehničkim
Oblik i veličina prostora za izgaranje značajni su za kvalitetno
podacima većine turbosagorijevanje smjese
motora možemo naći
relativno niske
kompresijske omjere (u odnosu na naš 11:1) jer se kod njih smjesa u cilindar ubacuje pod
povećanim pritiskom te je samim time stane više što povećava efektivni omjer kompresije.
Dakle, sada imamo novi problem. Jasno je kako želimo da smjesa uvijek izgara kako smo to
zamislili, odnosno u točno proračunatom vremenu u odnosu na položaj klipa. S obzirom da
veći efektivni omjer kompresije uzrokuje i brže izgaranje smjese jedino što možemo učiniti je
da pomaknemo trenutak njezina paljenja. Cilj je (teorijski) postići da cijela smjesa bude
zapaljena kada se klip nalazi u GMT. Stoga, obzirom da smjesi ipak treba neko vrijeme da se
cijela zapali, paljenje podešavamo tako da ono započne malo prije dolaska klipa u GMT.
Dakako, ovaj trenutak paljenja treba "usporiti" kada se povećava količina smjese i kada ona
izgara brže. Sami trenutak paljenja, te shodno tome i njegovo usporavanje, prikazujemo u
stupnjevima okretaja koljenastog vratila prije GMT. Za kontrolu trenutka paljenja nekoć se u
automobilima brinuo sklop utega i opruga no danas je to prepušteno ECU.
Uz efektivni omjer kompresije i brzinu rada motora u procesu izgaranja javlja se još jedan
problem, a to je kretanje smjese unutar cilindra. Zamislite si dvije šalice kave. Ulijte mlijeko
u prvo i ono će gotovo u potpunosti nestati. Drugu prethodno dobro promiješajte i dok se
ona još vrti u šalici ulijte mlijeko. Ono će se sada ravnomjerno pomiješati s kavom. Upravo
to dogaña se i kada smjesa ulazi u cilindar. Ovisno o položaju usisne cijevi (u odnosu na
prostor za izgaranje i cilindar), obliku prostora za izgaranja, obliku čela klipa i sl. ovisiti će
strujanje smjese. Smjesa koja se brže zavrti potpunije će i brže sagorjeti što je, uostalom, i
cilj konstruktora motora. Takoñer, na kretanje smjese znatno će utjecati i klip koji u
kompresijskom taktu juri prema GMT.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
I za kraj ostavljamo "glavnog
krivca" za paljenje smjese u Otto
motoru - svječicu. Svječica je u
stvari sklop dvaju vodiča koji
izmeñu sebe imaju neki razmak.
Kada struja doñe središnjom
elektrodom iskra će preskočiti
izmeñu nje i vanjske elektrode
paleći smjesu. Ono što je značajno
jest položaj i karakteristike
svječice. Položaj svječice u glavi
motora (prostoru za izgaranje)
značajan je zbog toga što o njemu
ovisi put kojim se plamen
izgarajuće smjese širi, a time i
pravilnost izgaranja. Pod pojmom
"krakteristike svječice" obično se
O položaju svječice u prostoru za izgaranje uvelike ovisi
kvaliteta sagorijevanja smjese
misli na njezinu toplinsku
a) dobar položaj - najkraće vrijeme izgaranja
vrijednost. Naime, proces izgaranja
b) loše postavljena svječica - dug put plamena i sporo
u cilindru stvara izvjesne količine
izgaranje
depozita po površini elektroda
(prvestveno čañe). Ovo bi veoma
brzo moglo dovesti do prekida kontakta meñu elektrodama te i do prestanka rada motora.
Stoga su svječice konstruirane tako da se u radu dovoljno zagriju kako bi se ove naslage
spalile. Ovo "samočišćenje" svječice veoma je značajno za pravilan rad motora te je jasno da
prilikom zamjene prvenstveno treba voditi računa o tome odgovara li toplinska vrijednost
nove svječice propisanoj. Tako svjećice namijenjene "običnim" motorima katkada nazivamo i
"toplijima (jer radnu temp. postižu pri nižim temp. unutar prostora za izgaranje), a one za
"opake" makine nazivamo "hladnijima". Dakako, prilikom zamjene svječica potrebno je voditi
računa i o duljini navoja.
O limu, općenito
19. siječnja 2000.
Školjka i šasija elementi koji muku
muče da onih nekoliko tisuća
dijelova automobila drže na
okupu, što god mi s njime radili
Za početak, moramo razjasniti jednu
stvar: šasija i školjka nikako nisu isto!
Katkada se ovi pojmovi miješaju, no,
vjerujte nam, radi se o dva različita
elementa kojima je namijenjena
podjednaka uloga - one sačinjavaju
podlogu na koju su pričvršćeni svi dijelovi automobila. Uf, sada kad smo spomenuli školjku
još ćete i pomisliti da pričamo o morskim
bićima ili sanitarijama... OK, možemo u
razradu.
sl. 1 - Osnova nekadašnjih automobila - šasija
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Šasija
Nekadašnji su automobili u pravilu kao
podlogu svoje konstrukcije koristili šasiju.
Porijeklo te ideje, dakako, vuče svoje
korjene još iz doba kočija. Ovdje se radi o
konstrukciji koja se doima doslovno poput
okvira (slika 1) na koju se (izravno i
neizravno) pričvršćuju svi ostali dijelovi
automobila. Dok su nekadašnje šasije bile
izrañene od kojekakvih metalnih,
vjerojatno isključivo željeznih, a kasnije i
čeličnih,
cijevi ili tračnica, danas je to sofisticirana
konstrukcija koju se u pravilu koristi tek
pri
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
izradi automobila visokih karakteristika (slika 3). Priča o šasiji dosta je jednostavna. Na
drugoj slici prikazana je nosiva platforma (što je sada pak to?) VW Bube. Nosiva platforma u
stvari je razrada priče o šasiji od metalnih cijevi odnosno okvira. Ovakva platforma uz okvir
ima pričvršćene i kojekakve plohe, takoñer namijenjene montiranju drugih dijelova
automobila.
No, jasno je kako sama šasija nije dovoljna da bi se
pričvršćivanjem raznoraznih agregata, sjedala i
ostalog, dobio kompletan automobil. Nedostaje karoserija. karoserija, opet, nije isto što i školjka.
Iako bi neki jezikoznalci sada mogli uplesti svoje prste
tvrdeći ovo ili ono, uzmimo kao zdravo za gotovo da
je karoserija automobila ona limena konstrukcija koja
se postavlja na šasiju ili nosivu platformu i koja mu, u
stvari, daje oblik i izgled. Dakako, na tako postavljenu
karoseriju potrebno je još montirati vrata, poklopac
motora, prtljažnika itd. Ah, da, ne zaboravimo i plohe
koje sačinjavaju blatobrane, krov...
sl. 2 - Nosiva platforma - VW
Buba
Šasije današnjih automobila u pravilu su
izrañene od aluminija ili njegovih legura,
jednostavne su i veoma čvrste
konstrukcije koja je otporna na uvijanja.
Aluminijska šasija fordovog konceptnog
modela Contour (1994.), napravljena u
suradnji sa Siemensom, Bayerom,
Tevesom i Reynoldsom, prikazuje nam
ideju osnove automobila budućnosti.
sl. 3 - Moderna alu-šasija (Ford Contour)
Naime, nakon što su proizvoñači sa
šasija prešli na samonosive karoserije (vidi slijedeće poglavlje), sada se polako
ponovno vraćaju na ovaj, nazovimo ga tako, arhaični oblik gradnje vozila. Logika je
jednostavna. Šasija može biti jedna za različita nadgraña, a više karoserijskih
oblika na jednoj te istoj platformi sve je izglednija strategija auto industrije u
budućnosti.
Školjka
Da ipak nismo odlučili pričati o morskim
stvorenjima dokaz je i naša slika 4 koja
prikazuje školjku Xsare Picasso. Pokušamo
li preciznije definirati pojam školjke, reći
ćemo kako se u stvari radi o "samonosivoj
karoseriji". Dakle, radi se o nečemu veoma
sličnom karoseriji, no što uključuje i ulogu
šasije. Dakle, školjku u stvari nazivamo
samonosivom karoserijom jer je njena
sl. 4 - Samonosiva karoserija - školjka (Citroën
uloga i da služi kao podloga na koju se
Xsara Picasso)
pričvršćuju ostali dijelovi automobila, a
daje mu i vanjski oblik te osnovu na koju
se pričvršćuju vrata, blatobrani, krov kako bi se dobio kompletan automobil. Pametni ljudi,
industrijalci, izmislili su samonosivu karoseriju (školjku) iz jednostavnog razloga. Ovakvom je
konstrukcijom pojednostavnjena proizvodnja automobila u velikim serijama. Ipak, poñemo li
detaljnije analizirati automobile sa samonosivom karoserijom (školjkom), a to je 90%
današnjih osobnih vozila, doći ćemo do spoznaje da ono što je jednostavno za izradu stroju
nije i jednostavno oku. Komplicirani oblik školjke sastavljen je od mnogo različitih dijelova
prešanog lima koji su u pravilu zavareni zajedno (vidi presjek na slici 5).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Ipak, školjka ima nekih svojih negativnih osobina. Serijska
automatizirana proizvodnja ovakvog automobila zahtijeva
mnogo posebnih strojeva, otežano je popravljanje zbog
složene konstrukcije školjke, a nerijetko se rade i
konstrukcijski kompromisi kako bi se neki dio mogao lakše
"uvaliti" unutar školjke, na štetu karakteristika.
Automobilski puristi svakako će glasati za konstrukciju sa
šasijom koja je jednostavnija, ali i pruža bolja dinamička
svojstva.
sl. 5 - Presjek elementa
školjke (zavareni prešani
limovi)
Ostalo
Na kraju, na
redu su varijacije na temu. Prva koju
spominjemo svakako je prostorni okvir (Space
Frame) kakav je primjenjen na aluminijskoj
konstrukciji Audia A8 (slika 6). Ovdje se,
možemo to slobodno reći, radi o mješavini
svih do sada spominjanih rješenja, a u Audiu
su zaključili da će upravo ovakvom
konstrukcijom do kraja iskoristiti potencijal
aluminija kao materijala za izradu cijelog
sl. 6 - ASF prostorni okvir od aluminija
automobila. Drugim riječima, ASF (Audi Space
Frame ili Aluminium Space Frame), djelo
stručnjaka tvrtki Audi A.G. i Alcoa, je čvrst poput čelične samonosive karoserije, no pri tome
lakši adekvatno manjoj specifičnoj težini aluminija. Ipak, još se uvijek lome mnoga koplja
oko opravdanosti proizvodnje aluminijskih automobila. Prednosti su očite - manja težina
vozila štedi gorivo te su zagañenja okoliša manja, uz to, aluminij je i 100% reciklabilan. S
druge pak strane, proizvodnja i prerada aluminija još uvijek nisu na razini dovoljnoj za
masovniju uporabu. U procesu pripreme i obrade ovog materijala u auto industriji još se
uvijek troši daleko previše energije čime su ukupna zagañenja barem dostigla, ako ne i
premašila, ona koja se javljaju u proizvodnji i eksploataciji klasičnih automobila.
Posljednja verzija priče kojom rješavamo
temu šasija i karoserija svakako je i
mistični monocoque (monokok). Ovdje se
radi o konstrukciji zatvorenih ploha.
Drugim riječima, monocoque automobila
u stvari je nekakva "kada" koja najčešće
predstavlja prostor za vozača/putnike te
najnužniju opremu. Ostali dijelovi
ovakvog automobila pričvršćeni su na
monocoque s prednje i stražnje strane
pomoćnim okvirima.
Tipičan primjer monocoque konstrukcije
sl. 7 - Monocoque od ugljičnih vlakana s
svakako su natjecateljski jednosjedi poput
ovjesom, sjedalom i uvodnicima zraka
bolida Formule 1. Uvedena u
(Stewart F1, 1998.)
"predkarbonsko" doba, ovakva je (uvjetno
rečeno) šasija postavila nove standarde u
smanjenju ukupne težine bolida podižući čak i čvrstoću cijele konstrukcije, a time i
sigurnost vozača koja je u tim vremenima bila prilično krhka.
Prve monocoque konstrukcije bolida Formule 1 bile su izrañene od aluminijskih limova, no u
80-im su ih godinama zamijenili umjetni materijali (kevlar i karbon - ugljična vlakna). Put do
"civilnih" automobila monocoque konstrukcijama još je uvijek veoma ograničen,
prvenstveno zbog visoke cijene materijala i izrade. Doduše, još se veliki Colin Chapman
(nekadašnji šef Lotusa F1) okušao pred tridesetak godina izradivši model Elan sa
stakloplastičnom monocoque konstrukcijom. Danas "sreću" da budu ovako konstruirani
imaju tek rijetki automobili poput Bugattia EB 110 i Ferraria F 50 (karbon).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Servoureñaj
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Ako ste se ikada pitali kako je jednom
nogom moguće zaustaviti tonu ili dvije
jureće limene nemani, proučite današnji
servo-nastavak Školice
Možda neki od vas smatraju da o servoureñaju
kočnica niti ne bi trebalo govoriti jer je on
danas sasvim uobičajena stvar. No, naši su
nastavnici veoma temeljiti. Uostalom, izdržat
ćete još jedan sat u školskim klupama s
obzirom da je ovo ionako posljednji nastavak
priče o kočenju. Servoureñaj je, ipak, jedan od
izuma koji su znatno podigli razinu aktivne
automobilske sigurnosti.
Kočnički sustav
Dijelovi kočničkog sustava koji nas danas
zanimaju prvi su dio "procesa" kočenja. Već smo
u prvom nastavku priče o kočenju objasnili
fizikalna načela povećanja snage pritiska u
hidrauličkom sustavu povećanjem površine
klipova. Stoga bi, naši se nastavnici nadaju (!),
ovaj dio priče o kočničkom sustavu trebao biti
više ili manje potpuno razumljiv. Razlika od
prije rečenog tek je u tome što sada u taj
sustav "ubacujemo" još jedan dio - servoureñaj
ili, preciznije, servoojačivač kočničkog sustava.
sl. 1 - Kočnički sustav: 1) papučica, 2)
Kao što je vidljivo sa slike 1, cijela priča o
glavni koč. cilindar, 3) servoureñaj, 4)
kočenju započinje pritiskom na papučicu
posuda za izjednačavanje, 5) cijevi
kočnice. Ona, potom, stvara pritisak u glavnom
kočničkom cilindru odakle se on prenosi do
servoureñaja. Iz servoureñaja kočnička tekućina, sada pod još većim pritiskom, nastavlja
svoj put prema kočnicama, odnosno cilindrima i/ili klipovima na svakoj od njih. Posuda za
izjednačavanje u stvari je glavni spremnik tekućine, no o njoj malo opširnije pred kraj ovog
sata. Sada ćemo objasniti kako servoureñaj radi.
Rad podtlačnog servoojačivača Sa slike
2 vidljivi su osnovni dijelovi (klipnog)
podtlačnog servoureñaja kakav se u pravilu
koristi za povećavanje sile kočenja na
današnjim automobilima. U stanju
mirovanja kočnica, dakle kada vozač ne vrši
pritisak na papučicu kočnice, opruga drži na
mjestu podtlačni klip (desno od opruge) s
čije je obje strane jednaki pritisak, odnosno
dovedeni podtlak. Istovremeno je ventil za
podešavanje zraka (zračni ventil) zatvoren.
Hidraulički klip kojeg polugom pokreće
podtlačni klip stoji u krajnjem (desnom)
položaju, a membrana komore na čijem je
vrhu zračni ventil nije pod opterećenjem.
sl. 2 - Kočnica miruje - 1) zračni ventil
(zatvoren), 2) priključak podtlačnog voda
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Kada započinje kočenje, tekućina dolazi
iz glavnog kočničkog cilindra u otvor
servoureñaja (2). Pritisak tekućine za
kočenje sada je pomaknuo zračni
ventil, posredovanjem malog klipa, te
zrak ulazi u servoureñaj kroz zračni
ventil. Kako je (atmosferski) pritisak
zraka iz okoline viši od dotadašnjeg
pritiska u servoureñaju (podtlaka)
počinje se pomicati podtlačni klip (kratke
crvene strelice pokazuju pomak
podtlačnog klipa protiv sile povratne
opruge) koji putem poluge djeluje na
hidraulički klip. Ovaj, pak, potiskuje
sl. 3 - Slabo kočenje - 1) zračni ventil je
kočničku tekućinu (sada višim pritiskom)
otvoren, 2) ulaz kočničke tekućine, 3) pritisak
u sustav cijevi koje vode prema svakoj
pomiče podtlačni klip
od kočnica. Tako se ostvaruje povećanje
pritiska u
kočničkom sustavu zahvaljujući razlici atmosferskog pritiska i dovedenog podtlaka.
Prilikom kočenja punom snagom još
više tekućine dolazi iz glavnog
kočničkog cilindra u servoureñaj. To
uzrokuje potpuno otvaranje zračnog
ventila (obratite pažnju na položaj
membrane ispod njega) te još više
zraka ulazi u komoru podtlačnog klipa.
Time se, dakako, maksimalno povećava
razlika pritisaka što pomiče podtlačni klip
u krajnji (lijevi) položaj pritišćući do kraja
njegovu povratnu oprugu. Hidraulički je
klip (2) takoñer u
krajnjem položaju te se kočničkom
sustavu isporučuje najveći mogući
pritisak kočničke tekućine.
sl. 4 - Jako kočenje - 1) zračni ventil je potpuno
ovtoren (ulazi više zraka), 2) i 3) hidraulički i
podtlačni klip su u krajnjem položaju
Jednostavno, zar ne? No, dobro. Ostali smo
dužni objasniti od kuda uopće taj podtlak.
Komora servoureñaja na čijem se vrhu nalazi zračni ventil te u kojoj je i spomenuta
membrana, priključena je na usisni razvodnik motora (prisjetite se kako to radi) ili na
posebnu podtlačnu (vakumsku) pumpu. Opisanu vrstu servoojačivača za kočnički ureñaj
nazivamo "podtlačnim klipnim servoojačivačem", a poznajemo i "podtlačni membranski
servoojačivač". Razlika je tek u tome što ovaj posljednji umjesto podtlačnog klipa ima
postavljenu elastičnu membranu preko koje se potom prenosi pritisak zraka na polugu i,
dalje, na hidraulički klip. Kako to sve izgleda u praksi, najjednostavnije ćete vidjeti zavirite li
pod prednju "haubu" nekog automobila. Metalna "posuda" okruglog presjeka koja stoji
okomito u blizini pregradnog lima upravo je naš servoureñaj.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Posuda za izjednačavanje
Od četvrtog (i posljednjeg) nastavaka naše
priče o kočenju oprostit ćemo se kratkim
opisom posude za izjednačavanje. Naime,
vjerojatno ste se do sada susreli s pojmom
dvostrukog (dvokružnog) kočničkog
sustava. Radi se o tome da konstruktori
automobila pod svaku cijenu (hvala im)
pokušavaju izbjeći potpuni prestanak rada
kočničkog sustava u slučaju kvara na
nekoj od instalacija. U tu su svrhu
izmišljeni dvostruki kočnički sustavi koji
se, da ne kompliciramo previše, sastoje od
dva kompleta instalacija kako bi jedan od
njih preuzeo ulogu u slučaju da drugi
otkaže. Na našoj slici 5 vidimo posudu za
sl. 5 - Posuda za izjednačavanje dvokružnog
izjednačavanje (to je ona poluprozirna
kočničkog sustava
mala posudica u kojoj kontrolirate razinu
tekućine za kočenje) dvostrukog kočničkog
sustava. S brojevima 1) i 2) označena su dva, odvojena, kočnička sustava (kruga) koji svaki
za sebe mogu zaustaviti automobil (ipak, u praksi nisu oba sustava spojena na sve kotače,
već se preklapaju dijagonalno ili sl.). Brojkom 3) označen je klip potisnika koji djeluje na
dvostruki sustav prenoseći mu pritisak kočenja. On djeluje na oba kruga s time da krug 1)
dovodi pod pritisak posredovanjem meñuklipa 4). Cilj ovog ureñaja je da u svakome
trenutku omogući ostvarivanje pritiska u oba kruga tako da u slučaju pucanja instalacija na
jednom od njih drugi i dalje omogućava kočenje. Posuda za izjednačavanje 5) u cijeloj ovoj
priči ima ulogu održavanja dovoljne razine kočničke tekućine tijekom rada klipa, a odvojena
je u dva dijela od kojih svaki opskrbljuje jedan krug sustava.
Disk kočnice
24. studenog 1999.
Da je kočenje automobila doista
uznapredovalo kada su izmišljene
disk kočnice probat ćemo vam
objasniti u ovom nastavku. Diskovi
su danas, uostalom, najznačajniji
dio aktivne automobilske
sigurnosti
Disk kočnice, dakako, rade na
jednakom načelu kao i bubanj kočnice
- načelu trenja. No, ovdje je osnovna
razlika u tome što se trenje koje je
potrebno za usporavanje okretanja
kotača ne ostvaruje pritiskanjem
kočnikih obloga o unutarnju površinu
bubanja, već kočničke obloge (pločice)
izmeñu sebe stišću metalni disk.
Uostalom, sada smo vam upravo otkrili i od kuda disk kočnice "vuku" svoje ime.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 1 - Sastavni dijelovi disk kočnice
Konstrukcija disk kočnice
Osnovu disk kočnice sačinajva (zamislite!) metalni disk. Radi se obično o disku koji je
napravljen od lijevanog željeza ili čelika, a pričvršćen je za glavčinu kotača tako da se okreće
zajedno s njime. Nepokretno pričvršćena uz nosače kotača nalaze se kliješta (čeljust) disk
kočnice. Ova kliješta služe kao nosač kočničkih obloga (koje kod disk kočnica nazivamo i disk
pločicama ili, jednostavnije, pločicama) koje meñu sobom "hvataju" disk. Kako su i disk
kočnice pokretane hidraulički, opet u "igru" ulaze nekakvi kočnički klipovi, smješteni unutar
kliješta. Kliješta disk kočnice u stvari su neka vrsta "sedla" (ponekad ih tako i nazivaju) u
kojem su takoñer smješteni i hidraulikom pokretani klipovi. Ovi klipovi, pak, pritišću kočničke
pločice koje meñu sobom stišću disk. Tako (posredno) dolazi do trenja izmeñu pokretnih i
nepokretnih dijelova te se automobil zaustavlja.
Osnovna prednost disk kočnica pred bubanj kočnicama jest u tome što se diskovi slobodno
okreću (kliješta ih obuhvaćaju tek u jednom malom dijelu) te se tako i bolje hlade.Time je
povećana efikasnost kočenja, a posredno i sigurnost automobila.
sl. 2 - Kako radi disk kočnica: a) papučica kočnice miruje, b) kočenje
Kako to radi?
Pogled od naprijed na slici 2 prikazuje nam osnovne dijelove disk kočnice. Vidljiv je metalni
disk (sivo) koji je na jednom dijelu obuhvaćen kliještima (bijelo). Na ovoj slici vidimo takoñer
i kočničke pločice (smeñe) koje su oslonjene na klipove koje, pak, pokreće kočnička tekućina
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
(crveno). Kada vozač pritisne papučicu kočnice, poveća se pritisak kočničke tekućine i
pomaknu se klipovi. Poznato nam je, iz predhodnih nastavaka, da se zbog povećanja
površine izmeñu klipa glavnog kočničkog cilindra i klipa koji pokreće pločicu disk kočnice
povećava i sila pritiska. Tako je moguće da disk pločice velikom snagom pritisnu disk te
uspore odn. zaustave kotač.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Varijacije na istu temu Sada
kad smo objasnili konstrukciju
te načelo rada disk kočnice,
red bi bio da spomenemo i
neke druge verzije iste priče.
Kao prvo, spomenut ćemo
disk kočnicu čija kliješta imaju
više klipova. Na našim
primjerima (slika 1 i
2) prikazane su disk kočnice s
dva hidraulički pokretana klipa
od kojih svaki pritišće po jednu
kočničku pločicu (disk kočnice,
gotovo uvijek, imaju dvije
pločice - svaku s jedne strane
sl. 3 - Četveroklipna disk kočnica
diska). Sada trebamo naglasiti
kako neki, jeftiniji, modeli
automobila koriste i kliješta sa samo jednim klipom. Takva su kliješta pomična. Kod njih se
pritiskanjem pločice dovodi do pomicanja cijelih kliješta u jednu stranu što, na kraju, dovodi i
do kočenja drugom pločicom, bez obzira što klip pritišće tek jednu.
No, vjerojatno mnogo zanimljivija konstrukcija jest ona s višeklipnim kliještima. Na slici 3
prikazana je tako disk kočnica sa četveroklipnim kliještima. Ovakva konstrukcija omogućava
postavljanje većih kočničkih pločica (samim time i postizanje veće površine trenja te jaču silu
kočenja) jer je veliku pločicu moguće ravnomjerno opteretiti većim brojem manjih klipova
(koriste se i šesteroklipna kliješta na automobilima visokih performanski itd...).
Vjerojatno nikome nije nepoznat pojam samoventilirajuće
disk kočnice. Naime, s povećanjem snaga motora koji se
ugrañuju u današnje automobile, porasle su i brzine, a time
i potreba za snažnim kočnicama. Kako je glavni neprijatelj
automobilskih kočnica oduvijek bilo pregrijavanje,
konstruktori su ubrzo shvatili da će
hladnija kočnica moći podnijeti više. Upravo zato
izmišljena je i tzv. samoventilirajuća disk kočnica. Ovdje
metalni disk nije izveden od jednog lijevanog dijela , već
je obično nešto širi i po svom obodu ima otvore za
hlañenje. Kod samoventilirajućih je kočnica tako
poboljšano hlañenje diskova, a time se i povećava njihova
izdržljivost, odnosno trenutak kada nastupa "fading" slabljenje sile kočenja uslijed pregrijavanja. Ipak,
potrebna je jedna mala napomena: smaoventilirajuće
sl. 4 - Samoventilirajuća
(S/V) kočnice obično imaju nešto veću ukupnu masu
disk kočnica
(naprosto u njima ima više metala) od
običnih te stoga trebaju malo više vremena da dosegnu radnu temperaturu. To je
pogotovo značajno nakon što ujutro krećete s hladnim automobilom. Stoga,
napomena glasi: prilikom prvih nekoliko kočenja hladnim kočnicama ostavite dosta
mjesta do vozila ispred!
No, osim samoventilirajućih susrećemo i poprečno bušene diskove (vidi disk na slici
5). Poprečni otvori na ovakvim diskovima služe prvenstveno odvoñenju plinova koji
se stvaraju zagrijavanjem kočničkih pločica, uz što dodatno poboljšavaju hlañenje i
čišćenje samog diska.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Iako mogućih "varijacija na temu"
kod disk kočnica vjerojatno ima
bezbroj, spomenut ćemo tek još
jednu, u posljednje vrijeme veoma
aktualnu. Naime, često se susrećemo
s pitanjem materijala od kojeg je
izrañen kočnički disk . Čuli smo tako
i da se diskovi natjecateljskih
automobila (npr. F1) izrañuju od
ugljičnih vlakana (karbona) te da su
veoma otporni
na zagrijavanje. To je sve točno, no
takvi diskovi imaju i znatno višu
radnu temperaturu od metalnih te
nisu pogodni za primjenu na
običnim automobilima. Upravo
stoga, dvije su europske tvrtke
(Mercedes-Benz i Porsche) nedavno
sl. 5 - Keramički disk ojačan ugljičnim vlaknima
razvile diskove od keramike ojačane
(Porsche AG)
ugljičnim vlaknima. Ovakvi bi
diskovi trebali dati veću silu kočenja
od konvencionalnih na temelju povećane izdržljivosti spram pregrijavanja
(izdržavaju 1400-1600 °C što je čak dvostruko od toplinskih opterećenja metalnih
diskova). Mercedes je svoj novi "Ceramic brake disc" namijenio modelu SLR, dok
Porsche svoj PCCB (Porsche Ceramic Composite Brake) još uvijek ispituje.
Guma i naplatak
27. listopada 1999.
Ako je motor srce automobila, kotač je svakako
njegova duša ili, hm, tako nekako... Kako god bilo,
moderni kotrljajući svijet svoju slobodu može
zahvaliti tek jednom izumu - kotaču
Kao prvo, da se razumijemo nešto. Svima vam je,
nadamo se, poznato kako automobil stoji na nečemu
okruglom. To okruglo se, pak, sastoji od metalnog i
gumenog. Metalno nazivamo naplatkom (felgom), a
gumeno, zamislite, gumom. Pod pojmom kotača
podrazumijevamo naplatak s gumom i/ili zračnicom
unutar nje.
Bilo jednom...
Povijest kotača kao sredstva pokretanja mogla bi nas
odvesti daleko u prošlost ljudskog roda. No, povijest
kotača u današnjem smislu stara je tek nekih stotinu i
pedesetak godina. Za izumitelja napuhane gume danas
smatraju škotskog inženjera Roberta W. Thomsona koji je svoju ideju prvi puta uobličio 1845.
godine. No, nije se dugo održala. Već 1870. pojavljuju se prvi kotači s navlakom od čvrste
gume koji su omogućili nešto udobniju i sigurniju vožnju. Ipak, gumeni je sloj bio neotporan
na trošenje te je 1888. Škot John Boyd Dunlop (veterinar, huh!) izvadio iz naftalina staru
Thomsonovu ideju. Dunlopova guma, napravljena za bicikl njegova sina, sastojala se od
gumene cijevi ispunjene zrakom. Početkom ovog stoljeća prvi se puta u upotrebi javlja
dvodjelna guma, konstrukcija koja se u osnovi zadržala i do današnjih dana. Ideja je bila
jednostavna - unutrašnju gumu (zračnicu) trebalo je zaštititi čvršćim gumenim slojem kako bi
mogla izdržati veće težine tadašnjih vozila. Krajnji stadij evolucije klasične automobilske gume
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
nastaje 1948. godine kada je upotrijebljena prva guma bez zračnice (tubeless, "šlauhlos").
Ovakva guma izgleda poput vanjske gume, no opremljena je posebno čvrstim unutarnjim
rubom koji ju brtvi uz naplatak. Dakako, gume bez zračnice dobile su i posebno oblikovane,
jednodjelne i nepropusne naplatke.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 1 - Sastavni dijelovi radijalne gume bez zračnice
Guma
Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za pojmove "dijagonalna" i "radijalna" guma. Ovdje se radi o
različitim konstrukcijama unutrašnjosti gume. Unutrašnji dijelovi gume (obojeni dijelovi sa
slike 1) napravljeni su od slojeva tkanine izrañene od tankih čeličnih niti. Kod dijagonalnih
guma svi su ovi slojevi poredani koso (dijagonalno) jedan obzirom na drugi (kao dva plava
sloja na slici) odakle i naziv ovoj konstrukciji guma. No, danas se gotovo u pravilu susrećemo
s radijalnim gumama. I one imaju slojeve koso postavljenih niti u čeličnoj tkanini, no glavna
su im odlika čvršće niti postavljene poprečno na gumu (zeleno). Ove niti položene su radijalno
(naziv) te daju znatno bolja dinamička svojstva od niti u dijagonalnim gumama. Današnje su
radijalne gume stoga otpornije na savijanje bočnih stranica te time i na deformacije tijekom
vožnje. Takoñer, ovakva guma pruža i veću udobnost te sigurnost vožnje s obzirom da se i pri
visokim brzinama pravilnije deformira. Radijalna je konstrukcija danas uobičajena za
automobilske gume.
U donjem rubu sloja radijalnih niti (zeleno) vidljiva je i okrugla čelična (obično višedjelna)
žica. Upravo je povećanjem čvrstoće ove žice omogućeno da se s "običnih" guma prijeñe na
one bez zračnice. Dio gume koji se nalazi oko ove žice naziva se "noga" gume, a zadužen je
za brtvljenje s naplatkom.
Od vanjskih dijelova gume svakako je najznačajnija gazna površina. Gazna površina je sloj
gume na kojem se nalaze "šare" odnosno profil. Radi se, u stvari, o kanalima kojima je
ispresjecana gazna površina gume, a koji služe za odvoñenje vode. Jasno je da bi gazna
površina bez ovih šara (glatka guma) imala veću površinu prijanjanja na cestu, a samim time
bi i bolje držala automobil u zavojima. Ipak, glatke bi gume (slick gume, kod natjecateljskih
automobila) nalijetanjem na sloj vode veoma brzo "zaplivale" (aquaplaning) te bi vozilo
izgubilo kontakt s cestom. Posljedicu ovoga, vjerojatno, nikome ne treba posebno opisivati.
Oznake guma
Jedna od najvećih noćnih mora svih autoljubaca početnika uvijek su bile oznake na gumama.
Radi se, u stvari, o oznakama dimenzija, najveće dozvoljene brzine, konstrukcije, ali i
oznakama za identifikaciju proizvoñača. Ono što nas najviše zanima svakako su oznake koje
nam govore o dimenzijama guma i najvećoj dozvoljenoj brzini vožnje koju one omogućavaju.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Oznake dimenzija govore nam koliko
je guma široka te kolika je visina
njezinog poprečnog presjeka.
Takoñer, oznake dimenzija govore
nam i o promjeru gume koji je
ujedno i jednak promjeru naplatka.
Na slici 2 vidljiva je oznaka 195/70
HR 14. Brojka 195 podatak je koji
nam govori o širini gume i u pravilu
je izražen u milimetrima. Broj 70
označava visinu poprečnog
presjeka.To znači da je razmak od
mjesta gdje guma prijanja na
sl. 2 - Oznaka dimenzije, razreda brzine i konstrukcije
naplatak (noga) i vrha gazne
gume
površine (vidi sliku 3) jednak 70%
širine gume. Visina poprečnog
presjeka uvijek je izražena u odnosu na širinu gume. Vezano uz to, dolazi nam i pojam
niskoprofilne gume. Ovakvim se gumama smatraju one čija visina poprečnog presjeka iznosi
80 ili manje postotaka najveće širine.
Slijedeća je na redu oznaka "H". Ona nam govori o
brzinskom razredu u koji spada naša guma, odnosno
pokazuje koliko se najbrže možemo s njome voziti.
Oznake najveće dozvoljene brzine
Q ...
S ...
T ...
H ...
V ...
W ...
160 km/h
180 km/h
190 km/h
210 km/h
240 km/h
270 km/h
sl. 3 - Visina poprečnog presjeka
gume
Oznaka "R" opisuje nam konstrukciju gume. Jasno je, iz
prethodnog poglavlja, kako se radi o radijalnoj gumi.
Posljednja brojka pokazatelj je promjera gume i izražava se u colima (1 col = 25,4 mm). Ova
dimenzija gume služi nam kako bi mogli odabrati odgovarajući naplatak, s obzirom da će
njegova dimenzija takoñer biti prikazana u colima. Promjer gume, izražen u colima, je
promjer unutrašnjeg ruba gume, odnosno promjer kruga koji zatvara noga gume (rub koji
naliježe na naplatak).
Naplatak
Do sada ste već, vjerojatno, shvatili što je to naplatak. Za one tvrdoglave, ponovit ćemo kako
se radi o metalnom dijelu na koji je navučena guma i koji je pričvršćen na automobil (točnije,
na glavčinu kotača). Iz prakse vjerojatno većina vas znade i kako postoje dvije najčešće
izvedbe naplataka - čelični i aluminijski. Pod pojmom čeličnih naplataka podrazumijevamo
one koji se dobivaju uz prosječne automobile ili u nižim paketima opreme. Ovdje se radi o
čeličnom disku koji je oblikovan u preši (u pravilu jedan se čelični naplatak sastoji od najčešće
dva zavarena dijela) oko kojeg je postavljen nekakav obruč. Obruč omogućava da se na njega
montira guma i u tu je svrhu oblikovan. Čelični naplaci obično na sebi imaju i nekakve otvore.
Radi se o rupama kroz koje struji zrak radi lakšeg hlañenja kočnica, no naplatak je
zahvaljujući tim rupama i lakši.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Lijevani naplaci (najčešće
nazvani i aluminijskim
naplacima) izrañeni su
lijevanjem metala u kalupe i s
iznimkom naplataka za
natjecateljske i skuplje sportske
automobile, izrañeni su u
jednom komadu. Termin
"aluminijski" ovdje stavljamo
pod navodnike jer nisu svi
lijevani naplaci nužno izrañeni
od aluminija. Katkada su to tek
legure aluminija, katkada
magnezij itd. Prednosti
aluminijskih naplataka, uz bolji
vizualni dojam, pred čeličnima
prvenstveno se očituju u manjoj
težini. Ovo je pogotovo
sl. 4 - Lijevani naplatak i njegovi dijelovi: a) obruč, b) krak, c)
središnji dio s otvorima za vijke
značajno s obzirom da
postavljanje guma većih širina
iziskuje i postavljanje širih naplataka koji su, adekvatno, teži. Za kraj opisujemo oznake
naplataka. U našim ste tehničkim podacima nerijetko naišli na nekakve "dimenzije
naplataka". Nešto poput oznake 5 J x 13 govori nam, u stvari, kako se radi o naplatku širine
od 5 cola čiji su rubovi odreñenog oblika (J - najčešći oblik). Oznaka "x" govori nam kako se
radi o jednodjelnom naplatku dok brojka na kraju označava njegov promjer u colima veličina jednaka promjeru gume.
U slijedećem ćemo vas nastavku Školice naučiti kako odabrati odgovarajuće široke gume
za automobil, te koliki je za njih pravilan pritisak. Takoñer, naučit ćemo kako se iz osnovnih
tehničkih podataka nekog automobila može izračunati njegova najveća brzina u odreñenom
stupnju prijenosa, s obzirom na veličinu montiranih guma.
Šminka i(li) potreba
Sve što trebate znati prije nego li se
zaletite po nove "šlape" za svog miljenika
pročitajte na ovom mjestu. Danas vas
vodimo do čari širokih guma
Kao što smo obećali, na ovom vas satu učimo
o tome kako izabrati pravu veličinu širih guma
za čeličnog ljubimca, kako pronaći
odgovarajuće naplatke, te još neke sitne
proračune. Ovi se proračuni odnose na
otkrivanje najveće brzine automobila, a na
izvjestan su način i rekapitulacija gradiva s
proteklih sati Školice.
Da se odmah razumijemo. Široke vas gume
neće, same po sebi, učiniti bržima. No, da auto
s njima izgleda bolje stara je činjenica i amen.
Stoga, umjesto da vas uvjeravamo kako sa
"šlapetinama" povećavate opasnost od aquaplaninga, kako vam auto troši više i koješta
drugo, objasnit ćemo puteve do idealnog izbora širih guma, dakako prema pitanju dimenzija,
a ne modela. Jest da bismo sada mogli filizofirati i o tome koje su gume bolje, no tu ćemo
temu ostaviti nekom drugome.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 1 - Neke od dimenzija: 1) visina
poprečnog presjeka, 2) unutarnji promjer
(promjer naplatka), 3) vanjski promjer
gume
Ispravna dimenzija
Kao što već znademo s prošlog sata, gume su
označene nekakvim dimenzijama. Podsjetimo se:
165 / 70 - 13 znači da je naša guma široka 165
mm, da joj visina poprečnog presjeka iznosi 70%
širine, te da ima unutarnji promjer od 13 cola
(13 x 25,4 mm). Važno je sada napomenuti
slijedeće: Želimo li staviti gume drugačijih
dimenzija, obavezno moramo imati na umu da
njihov opseg treba biti (približno) jednak opsegu
guma što ih je proizvoñač isporučio s
automobilom. Drugim riječima, od nekoliko
opcija koje razmatramo odabrat ćemo onu koja
nam daje opseg najsličniji originalnom.
Traženje "jačih" guma započet ćemo odabirom
njihove širine. Dakako, ovdje je teško naći pravu
mjeru. Kako smo već zaključili, "šire je ljepše", no ni u čemu ne treba pretjerivati. Stavite li
pretjerano široke gume, moglo bi vam se dogoditi da one počnu zapinjati po unutarnjim
dijelovima blatobrana, bilo kad automobil "sjedne" na nekoj izbočini ili kad smotate
upravljač. Za "obranu" od odabira prevelike širine jedini realni lijek je da se raspitate kolika
je najveća širina što ju proizvoñač nudi uz neku od izvedbi vašeg automobila. Druga
dimenzija koju možemo odabrati prema volji je osnovni (unutarnji) promjer. Jasno je da niže
gume (one s nižim postotkom poprečnog presjeka) takoñer izgledaju ljepše. No, gumi treba
ostaviti i malo mogućnosti da se savija. Značajan element udobnosti, ali i ležanja
automobila, pruža svojstvo guma da se "gnječe" pod opterećenjem. Stavimo li na automobil
gume preniskog presjeka, smanjit ćemo prostor ugibanja gume, automobil će postati tvrñi i
neudobniji, a mogli bi nastradati i dijelovi karoserije koji će ovako trpjeti znatno jače udarce
(nema dovoljno debele gume da ih amortizira). Dakle, recimo da su originalne gume
dimenzija 165 / 70 - 13 i da ih želimo zamijeniti gumama širine 185 mm te promjera 14 cola
(veći promjer - manja visina presjeka). Znamo, jedino na što dalje treba paziti jest opseg
gume. Radi se o tome da brzina okretanja kotača mora biti usklañena s brojem okretaja
motora onako kako je to proizvoñač automobila predvidio. Stoga, veći ili manji opseg gume
od originalnog može, osim pogrešnog prikaza brzine na brzinomjeru, imati i druge neželjene
posljedice. Kako je opseg neke kružnice jednak 2 x r x P, a P je konstanta (3,141593),
možemo reći da se opseg odnosi spram promjera (2 x r) proporcionalno, te ćemo stoga cijeli
proračun svesti na usporedbu promjera gume.
Promjer gume jednak je zbroju unutarnjeg promjera i dvije visine poprečnog presjeka, a
možemo ga izračunati prema formuli:
gdje je D traženi promjer, col unutarnji
promjer izražen u colima (ne zaboravite ga
prije uvrštavanja preračunati u milimetre col x 25,4), š širina gume u mm, a v visina
poprečnog presjeka izražena u %. Ovako
dobiveni promjer koristimo kao referencu u
odabiru odgovarajuće visine poprečnog
sl. 2 - 1. formula
presjeka za novu gumu. Rekli smo, da
želimo montirati gume širine 185 mm i
promjera 14 cola. Stoga, ostaje nam da izračunamo potrebnu visinu poprečnog presjeka.
To ćemo napraviti pomoću formule:
gdje je v tražena visina poprečnog presjeka
izražena u %, D promjer originalne gume, col
željeni unutarnji promjer nove gume izražen u
colima, a š željena širina nove gume.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 3 - 2. formula
za isti unutarnji promjer.
Kao što vidite, sve se vrti oko jedne te iste
formule. Jednako tako, novu gumu možemo tražiti
samo prema kriteriju širine pri čemu je jasno kako
ona mora imati manju visinu poprečnog presjeka
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Primjer: Želimo umjesto originalnih guma dimenzije 165 / 70 - 13 staviti gume širine 205
mm. Jasno je da će nova guma, zbog veće širine, imati i veću visinu presjeka zadržimo li isti
postotak. Stoga, ako želimo ostati na dimenziji od 13 cola, trebamo izračunati novu visinu
poprečnog presjeka uz pomoć 2. formule. Vidjet ćemo da se dobiveni postotak smanjio, iako
se apsolutna visina presjeka gume nije mijenjala (dobivamo poprečni presjek od 55%).
NAPOMENA: Kod izračunavanja nove (potrebne) visine poprečnog presjeka rezultati vam
neće uvijek biti zaokruženi na broj djeljiv s 5 (45, 50, 55, 60, 65...). Stoga je dobiveni
rezultat potrebno zaokružiti na najbližu postojeću dimenziju (za 205 mm širine i 13 cola
dobili smo rezultat 56,34 što zaokružujemo kao 55. Dakle, nova će guma imati dimenzije
205 / 55 - 13).
O naplatku Čuli
ste, vjerojatno,
priče o tome
kako nije dobro
kupovati
naplatke koji
"nisu originalni".
He, pogledate li
malo cijene
naplataka koje za
svoje modele
nude proizvoñači
automobila, bit će
vam ubrzo jasno
od kuda potječu
sl. 4 - Netko voli aluminijske, a netko magnezijske naplatke. Koliko para...
ovakve teorije.
Uostalom, danas
postoji cijelo more proizvoñača naplataka čija je ponuda barem jednako kvalitetna, ako ne i
bolja, od one što ju u svojim proizvodnim programima imaju proizvoñači automobila.
No, kupujete li nove (vjerojatno lijevane) naplatke obratite pažnju na dva detalja. Prvi je
razmak otvora za vijke. Koliko god to smiješno zvučalo, nije se jednom dogodilo da je netko
u dućanu kupio alu-felge od kakve "lijeve" firme i došavši doma shvatio da razmak vijaka
uopće ne odgovara onome na njegovom automobilu. Ipak, ovakav slučaj nećete doživjeti kod
poznatijih proizvoñača naplataka. Druga "caka" malo je kompliciranija i ponajčešće
odgovorna za uništavanje ovjesa novim, širim gumama i naplacima. Radi se o tome da
sredina naplatka i dio gdje otvori za vijke naliježu na glavčinu kotača moraju biti propisno
udaljeni. Kako kod novog, tako i kod starog čeličnog naplatka koji ste dobili uz automobil
(slika 4). Pogriješite li u ovoj udaljenosti, možete znatno izmijeniti geometriju ovjesa te time
i narušiti vozna svojstva automobila. Ipak, pripazite li na ovo, šire gume same po sebi neće
značiti da je auto nastradao, kako to mnogi "znalci" katkada govore.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Uz ovo, napomenimo kako danas većina poznatih proizvoñača
naplataka navodi uz svaki svoj proizvod kojem je automobilu (i
kojem godištu istoga) namijenjen. Stoga, ako zaboravite
ravnalo na putu u dućan, nema straha. Samo pripazite na
deklaraciju i to je sve.
Najveća brzina
Za kraj, obećana priča o izračunavanju najveće brzine vozila.
No, prije svega, jedna mala napomena. Ovo se odnosi na
automobil kojem znademo prijenosne odnose pojedinih
stupanja prijenosa, prijenosni odnos diferencijala i dimenzije
guma na pogonskim kotačima. Vjerojatno ste zapamtili, tko
nije neka ponovi smjesta (!), iz nastavaka o prijenosu snage
kako u mjenjaču automobilskog motora postoje prijenosni
odnosi. Da vas sada ne zamaramo ponovno zbog čega su oni
tamo, navodimo tek da se radi o smanjivanju brojeva okretaja
motora. Ipak, dok prijenosni odnos u 1. stupnju može biti 3,07
: 1 (3,07 okretaja motora za 1 okret pogonskog vratila koje
izlazi iz mjenjača), u završnim stupnjevima situacija može biti
sl. 5 - a) razmak otvora za
obrnuta. Tako u 5. stupnju Honda NSX ima odnos 0,77 : 1
vijke, b) značajna je
(pogonsko se vratilo okreće brže od motora). Iz priče o
udaljenost sredine naplatka
prijenosu snage smo takoñer naučili i kako kod automobila
od dijela kojim naliježe na
postoji još jedan prijenosni odnos. radi se o prijenosnom
glavčinu
odnosu u diferencijalu (obično se naziva i "završni" stupanj)
koji dodatno smanjuje broj okretaja pogonskih vratila
(osovina). Tako naša NSX-ica ima završni stupanja 4,06 : 1 (za svaka 4,06 okreta osovine
koja iz mjenjača vodi k diferencijalu, kotači će se okrenuti jedamput).
Kuda nas to sve vodi? Pa, sada je već pomalo jasno da možemo izračunati put koji vozilo
prelazi znademo li veličinu pogonskih kotača. NSX leži na gumama 205 / 50 - 15 čiji opseg
iznosi (2 x r x P) 1841 mm (1,841 m). To nam govori da za svaki puni okret poluosovine
naša NSX-ica prijeñe 1,841 m puta. I sada, konačno možemo izračunati brzinu u nekom
stupnju prijenosa, dakako znademo li prijenosni odnos tog stupnja, završni stupanj,
dimenziju pogonskih kotača te broj okretaja pri kojem želimo izračunati brzinu.
Formula koja nam za ovo treba glasi:
sl. 6 - 3. formula
Ovdje je v dobivena brzina kretanja u km/h, o je
broj o/min motora za koji želimo izračunati brzinu, k
je opseg pogonskog kotača u mm, g je prijenosni
odnos mjenjača u odabranom stupnju prijenosa i d
je završni prijenosni odnos (diferencijal). Dakle,
dobivamo npr. da naša Honda NSX pri 1000 o/min u
5. stupnju prijenosa (prijenosni odnos 0,77 : 1), sa
završnim prijenosom od 4,06 te gumama na
pogonskim kotačima opsega 1841 mm razvija brzinu
od 35,33 km/h. Cool, ne?
Kol'ko gasa tol'ko muzike
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Što se dogaña kada pritisnete
papučicu akceleratora i kako
motor izlazi na kraj s povećanom
potrebom za zrakom i gorivom
saznajemo u ovom poglavlju
"školice"
Vjerojatno ste već do sada čuli za
pojam "leptira" u motoru i vjerojatno
vas je isti zbunio kao i, svojedobno,
mene. No, u našem se slučaju ne radi
o nekakvom krilatom stvoru koji je
nastao od gusjenice već od prvom
dijelu motora koji reagira na promjenu
položaja papučice akceleratora (gasa).
Ustvrdili smo već, u prethodnim
nastavcima, da je za rad motoru
potrebno i gorivo i zrak. Leptir je u
stvari (u pravilu) okrugla pločica koja
po promjeru ima postavljenu osovinu.
Dunnellov prerañeni Zetec s kojega je skinuta usisna
Ova pločica smještena je unutar
grana efikasnije radi s pojedinačnim usisnim
usisne cijevi kojoj je svrha dopremiti
"trubicama" na dvostrukim rasplinjačima
zrak (ili smjesu) do cilindara, odnosno
do usisnih ventila. Pritiskom na gas
naš se "leptirić" zakreće oko svoje osovine. U stvari bez tog pritiska on je postavljen približno
okomito u odnosu na usisnu cijev i samim time propušta veoma malo zraka. No, pritiskanjem
papučice akceleratora zakrećemo leptir te on, što je papučica jače pritisnuta, propušta sve
više zraka. Potpuno otvoreni leptir paralelan je u odnosu na cijev.
Usisna cijev u stvari je komad metala koji vodi zrak do cilindara (radi razumljivosti govoriti
ćemo zrak, premda se radi o smjesi ili zraku). Radi jednostavnosti izrade većina današnjih
serijskih automobila ovaj dovod zraka do cilindara (usisnih ventila) rješava tako da kroz
jednu cijev dolazi ukupna količina zraka potrebna za "napajanje" svi cilindara te se ona
potom grana u onoliko cijevi koliko ima cilindara. Takav usisni sustav nazivamo "Usisnom
granom". Prednosti ovakve konstrukcije su u tome što je dovoljno postaviti jedan leptir i to
na samom početku grane (u pravilu na mjestu gdje ulazi sam zrak, prije miješanja s
gorivom). Ipak, usisne su grane nerijetko veoma kompliciranih oblika i imaju dosta "zavoja"
na putu protoku zraka. Dakako, jasno je kako ti zavoji podosta usporavaju tok zračne mase,
što u krajnjem slučaju može dovesti do pomanjkanja raspoloživog zraka pri visokim
brojevima okretaja. Rješenje za ovaj problem, koje se pretežno primjenjuje kod motora
visokih performansi, je u postavljanju više samostalnih uvodnika zraka od kojih svaki ima
svoj leptir. Iako kompliciranija i skuplja, ovakva konstrukcija pruža znatno manje otpora
struji zraka i time čini motor efikasnijim.
No, osim o zakrivljenosti, brzina protoka zraka u usisu znatno ovisi i o presjeku usisne
(usisnih) cijevi. Zamislite da pokušavate ispuhnuti zrno graška kroz neku malo veću slamku.
Poslije toga probajte isto, ali uzmite cijev promjera 10 cm. Jasno je kako brzina strujanja
zraka (koji tjera zrno) ovisi o presjeku, no kod automobilskih motora (kao i mnogo puta do
sada) treba naći kompromisno rješenje. Naime, konstrukcije današnjih usisnih sustava
moraju zadovoljiti potrebu za opskrbljivanjem motora zrakom pri svim brzinama rada pa je
potpuno razumljivo da nije moguće postići univerzalni usis za sve uvjete rada. Sve
popularnije rješenje kojim proizvoñači automobila pokušavaju doskočiti ovom problemu je i
usis promjenjive geometrije (poput usisa na motorima Hyundaia XG opisanog u
Premijerama) kod kojeg se, obzirom na broj okretaja motora i još neke parametre,
automatski mijenja dužina usisnih kanala.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Kao posljednje treba napomenuti kako
gorivo "gleda" na naše igranje s
brzinom usisa zraka. Naime, ukoliko je
struja zraka prespora može se javiti
efekt pri kojemu gorivo "pada" iz
smjese. Struja zraka tada nema
dovoljnu brzinu da bi sa sobom nosila
sitne čestice goriva te one padaju na
stijenke usisnih kanala. Ovo za
posljedicu ima veliku količinu
nesagorenog goriva što, u krajnjem
slučaju, "krade" snagu motoru. Druga
krajnost javlja se pri izuzetno visokom
broju okretaja motora kada se gorivo
nema vremena pomiješati sa zrakom u
smjesu prije nego li doñe do usisnog
ventila. U takvom slučaju potrebno je
gorivo "ubaciti" u struju zraka što
dalje od završetka usisa, upravo
suprotno od onoga kada imamo spori
protok.
Kao što vidimo, kompromis je ponovo
bio jedna od ključnih riječi. Idealan
motor, koji bi najefikasnije radio pri svim radnim uvjetima, dakako, ne postoji. No, današnji
su sustavi (poput usisa promjenjive geometrije) doskočili mnogim problemima koji su
opterećivali motore u prošlosti.
Kako radi rasplinjač
Stvaranje gorivne smjese koja će
pri svim uvjetima rada motora biti
optimalno pripravljena prilično je
zamršen recept kojega već
godinama tradicionalno spravlja
jedan te isti poznati kuhar rasplinjač
Iako je rasplinjač (karburator ili
fergazer) česta tema razgovora o
automobilima, a njegovo se
popravljanje i podešavanje mistificira
do neslućenih razmjera, princip na
kojemu ova naprava radi nije nikakva
"tajna kuhinja". Dakako, niti njegova
uloga u radu motora nije nipošto
važnija od, npr., uloge usisne grane
Weber 45DCOE klasični je dvostruki rasplinjač.
bez obzira na jednostavnost njezine
Atraktivne kromirane "trubice" u stvari su dodaci za
konstrukcije. Ako uzmemo da današnji
precizno tuniranje struje zraka
motori imaju oko 900 pokretnih
dijelova ubrzo će nam postati jasno
kako oni mogu zajedno funkcionirati samo ako je sve pojednostavljeno do maksimuma.
Upravo stoga, suvišnih dijelova nema, a oni koji su ugrañeni dovoljno su značajni da se bez
njih ne može i svaki je jednako vrijedan. Ipak, "njegovo veličanstvo" Rasplinjač katkada zna
zadavati beskrajne glavobolje onime koji se s njime uhvate u koštac, pogotovo ako je
napravljen traljavo (prisjetimo se IPM-ovih rasplinjača u nekoć sveprisutnim motorima od
1.116 kubika) ili ako je njegovo podešavanje previše zakomplicirano. No, započnimo redom.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Zamislite si usisnu cijev koja na jednom kraju ima postavljen leptir (o leptirima je bilo riječi u
prošlom nastavku) kojim se kontrolira protok zraka. Sada u tu cijev, pod kutem od 90°
ubodite manju cijev. Ovu ćemo malu cijev potom uroniti u zdjelicu s benzinom pazeći da
njegova razina bude uvijek pri vrhu otvora cjevčice. Zrak koji prolazi kroz usisnu cijev
(količina protoka regulirana je leptirom) stvorit će podtlak u cjevčici, a to će potom povući
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
izvjesnu količinu goriva iz nje. Došavši u struju zraka unutar usisne cijevi gorivo će se
raspršiti i pomiješati sa zrakom čime dobivamo smjesu. Dakle, ono što nam je potrebno da
bismo konstruirali teorijski rasplinjač su usisna cijev s leptirom, cjevčica za dovod goriva i
posuda u kojoj se gorivo nalazi, a koja ima mogućnost regulacije njegove razine u cjevčici
(slika 2).
Pojednostavnjeni prikaz osnovnih dijelova rasplinjača
I opet, kao uostalom u svakom poglavlju do sada, glavninu znanja možemo polučiti
izučavajući primjere iz prakse gdje nailazimo na znatnja odstupanja u odnosu na teoriju.
Jasno je da bi u teorijskom slučaju veći pritisak na papučicu akceleratora jače zakrenuo
leptir, a što bi potom ubrzalo strujanje zraka u usisnoj cijevi (dakako i povećalo broj okretaja
motora) i sa sobom povuklo veću količinu goriva. Meñutim u praksi se ovdje javlja jedan mali
problemčić. Naime, iz prvog se nastavka "školice" sjećamo kako je za potpuno izgaranje
benzina potrebno ostvariti omjer težinskih udjela zraka i goriva od 14,7:1. To bismo mogli
jednostavno ostvariti proračunamo li našu cjevčicu (mlaznicu, dizu) tako da se pri svim
brzinama rada motora ispušta goriva u stalnom omjeru sa zrakom. Dakle, brža struja zraka u
usisnom dijelu povući će i više benzina. Ipak, problem se javlja u praksi zato što je porast
brzine strujanja zraka direktno vezan sa slabljenjem njegove gustoće. Tako bi nam se lako
moglo dogoditi da pri izuzetno visokim brojevima okretaja motora previše goriva doñe u
cilindre što bi na kraju moglo stvoriti toliko bogatu smjesu da se ona ne bi niti zapalila. Tu u
pomoć priskače sustav za "pretpjenjenje" goriva koji ga miješa sa zrakom prije nego li je
napustilo mlaznicu (kod rasplinjača na tlačni zrak), odnosno problem možemo riješiti i
podesivošću količine goriva koje napušta mlaznicu (rasplinjači s igličastom mlaznicom - SU,
Stromberg). Podešavanje količine goriva koje će podtlak povući u usis vrši se (kod
najraširenijih rasplinjača - na tlačni zrak) reguliranjem mlaznice koja potom isporučuje stalnu
količinu goriva obzirom na brzinu strujanja zraka. No, nije isključivo podešenost mlaznice
odgovorna za rad rasplinjača. Značajnu ulogu ovdje ima i konstrukcija difuzora. Difuzor je
"strukirani" dio usisnika (u praksi tijela rasplinjača) koji radi na principu venturijeve cijevi.
Smanjenjem presjeka usisne cijevi ubrzava se brzina protoka zraka čime se može utjecati na
stvaranje podtlaka i količinu goriva izvučenog iz mlaznice. Ipak, u praksi moramo paziti da
pomjer difuzora ne bude premalen jer će on tada ograničiti protok zraka potreban da bi
motor normalno radio.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Kako bi rasplinjač mogli što bolje
prilagoditi motoru na koji ga stavljamo
sada možemo uzeti u obzir već dva
(ujedno najbitnija) elementa: veličinu
mlaznice i promjer difuzora. Tako, na
primjer, Weber 40DCOE rasplinjač ima
tijelo promjera 40 mm s mogućnošću
ugradnje najvećeg difuzora od 32 mm.
No, zato možemo nabaviti model
promjera 45, 48 pa i 50 mm od kojih će
posljednji (očito) pružati najveći raspon.
Ipak, pri odreñivanju promjera difuzora
treba uzeti u obzir i kapacitet motora, jer
pretjerana količina zraka neće učiniti stroj
snažnijim. Posljednji "trik" iz prakse
dovodi nas do višestrukih rasplinjača. Na
prvoj slici vidjeli smo 45DCOE dvostruki
rasplinjač. Naime, osim što je ovako
moguće izravnije "uvaliti" veću količinu
Ovo, uvijek žedno, čudovište s četiri grla u stvari je
goriva u cilindre, višestruki rasplinjač
natjecateljski rasplinjač tvrtke Da Vinci Carburetor
krije još jednu tajnu. Pri malom broju
namijenjen Dragsterima i Oval racerima
okretaja motora i niskom podtlaku gorivo
se katkada ne može dobro pomiješati sa
zrakom te u cilindre ulazi u tekućem stanju. Ova pojava nije toliko nezgodna imamo li za
svaki cilindar po jedan rasplinjač (dvostruki rasplinjač djeluje u stvari poput dva rasplinjača
priključena na dva cilindra), no kada iz jednog rasplinjača gorivo putuje usisnom granom
mogu se javiti problemi nejednolike opskrbe cilindara. Za kraj spomenimo još dva dodatna
dijela rasplinjača: sustav za prazni hod koji omogućuje izrazito bogatu smjesu pri hladnom
startu motora, te pumpu za ubrzanje koja kroz posebnu cijev uštrcava dodatnu količinu
goriva kada se naglo pritisne papučica akceleratora.
Ubrizgavanje
Ono što smo naučili u prošlom
nastavku sada ćemo ponoviti, ali na
jednostavniji način zahvaljujući
elektronici
Da elektronika katkada ipak može biti
korisna (zatući će me BUG-ovci) dokaz
su sustavi za ubrizgavanje goriva. No,
da se razmijemo, ubrizgavanje goriva
(einspritz) postojalo je i prije
svekolike elektronike. Tada se to
zvalo, pogañate, "mehaničko
ubrizgavanje goriva" i učinilo je velike
i skupe limuzine sedamdesetih godina
pravim inžinjerskim "draguljima".
Jednostavna konstrukcija usisa - sustav za
ubrizgavanje
Princip ubrizgavanja goriva pod
(visokim) pritiskom u stvari je veoma jednostavna stvar. Usisni sustav sada se sastoji samo
od leptira i usisne cijevi i/ili usisnog razvodnika u koji je "zabodena" mlaznica za uštrcavanje
goriva. Ova je mlaznica u stvari mali ventil koji propušta gorivo pod pritiskom u struju zraka
unutar usisne cijevi. Mlaznica može biti smještena na usisnoj cijevi neposredno pred ulazom
u cilindar (pred usisnim ventilom) ili ispred leptira. Za razliku od rasplinjača koji je ispuštao
gorivo kroz podesivu mlaznicu u difuzor usisne cijevi, sustav za ubrizgavanje je daleko
jednostavniji jer se smjesa goriva i zraka stvara neposredno pred usisnim ventilom. Time se
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
pojednostavnjuje konstrukcija usisne cijevi koja se sada mora brinuti samo o pravilnom
strujanju zraka. Mehanički sustavi za ubrizgavanje koji su se nekoć koristili imali su
razvodnik goriva koji je svaku mlaznicu opskrbljivao pravilnom količinom goriva u
odreñenom trenutku. Ove su mlaznice imale igličasti ventil (ventil koji se otvara i zatvara
pomicanjem male šipke - igle) koji se otvarao pod pritiskom goriva, a zatvarala ga je
ugrañena opruga. No, blagodati koje nam je donijela elektronika stvorile su einspritz kakav
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
danas poznajemo - elektroničko ubrizgavanje goriva. Poanta je i ovdje slična, s tom razlikom
da nema razvodnika goriva, a mlaznice su elektromagnetske što znači da njihovim
otvaranjem upravlja struja. Priča izgleda ovako: pritiskom na papučicu akceleratora pomiče
se leptir u usisnoj cijevi. Senzor koji očitava položaj leptira šalje tu informaciju središnjem
računalu (ECU - Electronic Control Unit) koje, uz još nekoliko primljenih parametara,
odreñuje širinu (trajanje) pulsa. Ovaj puls u stvari je vrijeme kroz koje je mlaznica otvorena
i tijekom kojega se gorivo uštrcava u usisnu cijev (u praznom hodu može trajati tek
2 milisekunde). Dakako, gorivo se do mlaznice dovodi cijevima koje kreću od pumpe.
Uobičajeni pritisak goriva što ga isporučuje pumpa vozila s elektroničkim
Konstrukcija elektromagnetske mlaznice (visina 8 cm)
ubrizgavanjem iznosi 50 psi, a s obzirom da je pritisak stalan, jasno je kako se količina
uštrcanog goriva odreñuje isključivo širinom pulsa. Višak goriva koji u sustavu za
ubrizgavanje može nastati pri polaganijem radu motora vraća se povratnom cijevi natrag u
spremnik. Postoje dvije osnovne izvedbe sustava ubrizgavanja vezane uz položaj mlaznice.
Središnje ubrizgavanje je jednostavnija verzija u kojoj je mlaznica postavljena ispred leptira,
a iza njega se usisna cijev grana. Ovakav sustav, unatoč svojoj jednostavnosti (i niskoj
cijeni) ipak nije idealan jer se gorivo ne raspodjeljuje ravnomjerno po cilindrima. Sustav
izravnog ubrizgavanja koristi po jednu mlaznicu za svaki cilindar i smješta ju (u pravilu) što
bliže usisnom ventilu. Ovakav je sustav efikasniji te se njime postiže pravilniji omjer goriva i
zraka.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Dakako na kraju treba riješiti još neka
pitanja vezana uz usporedbu rada
sustava za ubrizgavanje i rasplinjača.
Elektroničko ubrizgavanje npr. ne
mora koristiti posebni dovod benzina
za ubrzanje (to je dodatna cijev koja
se kod rasplinjača otvara pri naglom
pritisku na papučicu akceleratora) već
se ovaj problem rješava korekcijom
širine pulsa. Takoñer, ubrizgavanje
ima riješen problem hladnog starta
motora, ali za razliku "čoka" kod
rasplinjača ovdje je to riješeno
posebnim programom, pohranjenim u
središnjem računalu, čiji je rad vezan
uz podatke s lambda sonde. No, o
sondi, ECU-ima i ostalim blagodatima
modernih vremena raspravit ćemo
jednom drugom prilikom.
Skliski dio priče
Položaj mlaznice u usisnom sustavu
22. rujna 1999.
Kako
ćemo motoru najbolje olakšati da
se ne muči u radu znaju sve
domaćice. Načelo podmazivanja
strojeva jednako je onome kojim
postižemo da se jaje ne zapeče u
tavi
Ulja koja se koriste u motorima s
unutarnjim sagorijevanjem
tradicionalno su dobivana destilacijom
sirove nafte (mineralna ulja). No,
danas su ih, gotovo u potpunosti,
zamijenila sintetička ulja koja su
dobivena, najčešće, od ugljičnih
spojeva i alkohola. Sintetička ulja
otpornija su na visoke temperature te
ih je moguće dulje koristiti, bez
potrebe za čestim mijenjanjem.
Pravu ulogu motornih ulja možemo u potpunosti sagledati tek kada cijelu priču bacimo pod
mikroskop. naime, koliko god nam neki pokretni dijelovi motora izgledali glatko ispolirani,
pod velikim povećanjima primjećujemo da njihove površine ipak imaju dosta neravnina.
Kada bismo takav dio pustili da se giba unutar, ili oko, nekog drugog jednako "savršeno"
ispoliranog dijela motora, cijela bi naprava ubrzo prestala raditi. Sitne, prostim okom
nevidljive, neravnine na površinama pokretnih dijelova prilikom rada motora zapravo nalijeću
na iste takve neravnine dijelova u kojima se ovi gibaju. Pojednostavnjeno, možemo si
predočiti bregastu osovinu koja je opremljena s po nekoliko ispoliranih površina (prisjetite se
sata na kojem smo učili o bregastoj i objašnjavali njezin izgled) koje ju pozicioniraju unutar
ležaja. Prilikom njezina okretanja (jedan okret za svako otvaranje/zatvaranje ventila) dolazi
do trenja uzrokovanog upravo "sudaranjem" mikroskopskih neravnina na površini bregaste
osovine i mjesta na kojem je ona uležajena. To trenje za posljedicu ima povećavanje
temperature obaju dijelova, a zagrijani i (samim time) omekšani dijelovi skloni su
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
oštećenjima. Klasična posljedica nedostataka u podmazivanju, ili potpunog kolapsa sustava
za podmazivanje, u automobilskom motoru je prestanak rada.
Vjerojatno ste, ne jednom, čuli kako je nekome motor "zaribao". Radi se upravo o tome da
je, uslijed lošeg ili nikakvog podmazivanja, došlo do povećanog trenja meñu pokretnim
dijelovima motora. Ti su se dijelovi potom pretjerano zagrijali, deformirali i cijela se stvar
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
zaglavila. Kako bismo sve to spriječili, pokretne dijelove motora opskrbljujemo uljima koja
znatno smanjuju moguća trenja. Princip na kojemu u stvari "radi" motorno ulje je
jednostavan. Molekule ulja "zavlače" se izmeñu mikroskopskih neravnina na pokretnim
dijelovima motora te im omogućavaju da jedni preko drugih lakše klize. Dakako, ovdje
trebamo staviti i jednu napomenu. Naime, niti jedno podmazivanje nije idealno te se zbog
toga, ali i drugih parametara koji se javljaju u vidu raznih opterećenja meñu dijelovima u
pokretu, elementi automobilskog motora ipak troše. S vremenom dolazi do istrošenja
ležajeva i raznih drugih površina po kojima klize, ili se oko (unutar) njih okreću dijelovi
motora. Naravno, takvo je trošenje neuporedivo manje od onoga koje bi se pojavilo kada ne
bismo koristili podmazivanje.
Trebamo napomenuti i, potpuno tehničku (jel' tako dragi strojari?), činjenicu da se dva
pokretna dijela koja su u meñusobnom kontaktu uvijek izrañuju s nekom meñusobnom
tolerancijom. To znači da izmeñu neke osovine i nekakvog prstena oko nje, koji ju pridržava
na pravom mjestu i služi kao ležaj, uvijek postoji izvjesna tolerancija, odnosno razmak. Taj
razmak je tu, dakako, da bi se dijelovi mogli uopće okretati jedni unutar drugih, no u našem
slučaju uloga razmaka je i ta da se napravi mjesta u koje ulje za podmazivanje može ući.
Nekoliko je osnovnih uloga što ih ulje u motoru mora ispunjavati:
1. Ulje podmazuje pokretne dijelove kako bi se smanjilo njihovo trošenje. Razmaci
izmeñu pokretnih dijelova ispunjeni su uljem, pa se ti dijelovi u stvari gibaju na tankim
slojevima ulja čime se ostvaruje smanjenje trenja i unutarnjih gubitaka snage u motoru.
2. Ulje u svojem kretanju kroz motor sakuplja toplinu. Na donjem dijelu uobičajenih
automobilskih motora uvijek se nalazi korito (karter) u kojem je smješteno ulje. Tijekom
rada motora pumpa kanalima tjera ulje prema svim pokretnim dijelovima koje je potrebno
podmazati te se ono tamo zagrijava, preuzimajući na sebe dio topline. Prilikom povratka u
korito ulja se hladi predajući toplinu i samom koritu koje ju "iznosi" u okolinu preko svojih
stijenki. Ovdje treba naglasiti kako su motori visokih karakteristika katkada opremljeni i
hladnjacima za ulje (konstrukcije slične hladnjacima rashladne tekućine) čime se postiže
bolje hlañenje ulja, a tako i dijelova motora koji su u meñusobnom kontaktu.
3. Ulje popunjava razmake izmeñu ležajeva i pokretnih dijelova. Pri naglim promjenama u
dinamici rada motora, zbog razmaka potrebnog da bi se dijelovi mogli pokretati, javljaju se
velika opterećenja. Sloj ulja koji se nalazi izmeñu ležajeva i pokretnih dijelova u ovome
slučaju služi za ublažavanje tih opterećenja čime se takoñer smanjuje njihovo trošenje.
4. Ulje pomaže meñusobnom brtvljenju pokretnih dijelova motora. Uz ulogu podmazivanja
meñu klipnim prstenovima i unutarnjim stijenkama cilindara, ulje doprinosi i njihovom
meñusobnom brtvljenju čime se dodatno sprečava mogućnost prolaska plinova (pogotovo u
ekspanzijskom taktu) izmeñu klipa i stijenke cilindra.
5. Ulje čisti motor. Prolaskom kroz ležajeve motorno ulje za sobom odnosi i sitnu
nečistoću, pa čak i male otkrhnute dijelove motora. Strujanjem ulja kroz motor sve se
odvodi u korito na čijem dnu ostaju krupnije čestice, dok se one sitnije zadržavaju u filteru
za ulje.
U nastavku navodimo i osnovna svojstva ulja potrebna za pravilno podmazivanje motora:
1. Ispravna viskoznost. Viskoznost je otpornost ulja prema tečenju. U stvari, radi se o tome
da ulja manje viskoznosti lakše teku kroz za to predviñene dijelove motora, dok ona veće
viskoznosti teku teže. U praksi možemo pojednostavniti priču i reći da se radi o osobini koja
se manifestira slično gustoći tekućine. Ulje preniske viskoznosti neće se dovoljno dugo
zadržavati na površinama dijelova koje je potrebno podmazivati. S druge pak strane, ulje
previsoke viskoznosti pri pokretanju hladnog motora ne može na vrijeme doći do svih mjesta
koja treba podmazivati. Korištenje ulja ispravne viskoznosti (kakvu propisuje proizvoñač
motora) je, kao što vidimo, najznačajniji čimbenik ispravnog podmazivanja. Dakako, gustoća
ulja se mijenja s promjenom njegove temperature te ovakva ulja nazivamo uljima
jedinstvene viskoznosti.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
2. Indeks viskoznosti. Ovo
je mjera koja nam govori
koliko se mijenja gustoća
ulja (jedinstvene
viskoznosti) s promjenom
njegove temperature.
Naime, mogući problem se
javlja kod ulja koja bi u
radu hladnog motora
mogla biti pregusta, a
previše rijetka kada se
motor zagrije. Stoga se
uljima, uz razne druge
aditive, dodaju i sredstva
za unapreñivanje indeksa
viskoznosti kako bi njihova
gustoća ostala približno
jednaka u velikom rasponu
temperatura.
Podjela ulja prema viskoznosti: A - ulja jedinstvene viskoznosti,
3. Stupnjevi (brojevi)
B - ulja višestruke viskoznosti, C - ulja koja lako teku
viskoznosti. Kod ulja
jedinstvene viskoznosti
postoji više stupnjeva. Tako, npr., imamo "zimska" ulja (W=winter) oznaka SAE 0W, SAE
5W, SAE 10W itd. (SAE = Society of Automotive Engineers - prema kojem je razvijen sustav
gradacije motornih ulja). Za druga korištenja ulja, osim tzv. zimskih, možemo naići na
oznake SAE 20, SAE 30, Sae 40 itd. Dakako, napominjemo kako se ovdje i dalje radi o uljima
jedinstvene viskoznosti. Što je viši broj u ovoj oznaci, ulje je gušće.
4. Ulja višestruke viskoznosti. Kod većine motora današnjih osobnih automobila naći ćemo
uputu za korištenje ulja višestrukog stupnja viskoznosti. Radi se, u stvari, o uljima kojima su
dodana sredstva za unapreñivanje stupnja viskoznosti kako bi se ostvarile približno jednake
karakteristike pri većem rasponu temperatura. Tako ulje višestruke viskoznosti gradacije
SAE
5W-30 ima viskoznost ulja SAE 5W kada je hladno, odnosno viskoznost ulja gradacije SAE 30
kada je vruće.
Za kraj ćemo napomenuti još nekoliko svojstava kojima se odlikuju današnja ulja
namijenjena automobilskim motorima. Poboljšanja karakteristika ulja, kao što smo već
vidjeli, ostvaruju se dodavanjem raznih aditiva. Tako se u današnjim uljima mogu naći
dodaci koji sprečavaju koroziju dijelova motora koji su u dodiru s uljem, ali i dodaci za
čišćenje koji poput kakvog sapuna skidaju sagorjele naslage s unutarnjih površina motora i
odnose ih u korito. Upravo zbog takvih ostataka sagorjevanja stara motorna ulja bivaju
tamnija ili katkada i potpuno crna (ipak, nemojte mijenjati ulje toliko rijetko...).
Osnove ovjesa
Jupiii, danas započinjemo priču o
ovjesu. Objasnit ćemo sve one
čudne pojmove poput "poprečnog
ramena", "McPhersonove opružne
noge", "stabilizatora" i sl...
Ovjes će, nakon priče o motoru,
svakako biti najopširnije poglavlje
Školice. Pred nama je da vas naučimo
ponešto o geometriji, oprugama,
udobnosti, ulozi hidrauličkog ulja u
svemu tome i koješta drugo. No,
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
započinjući priču o ovjesu (današnji
školski sat bit će tek lagani uvod u
cijelu problematiku) moramo prvo
razjasniti čemu on uopće služi. Problem cijele priče o ovjesu leži u tome što niti jedan njegov
dio ne može djelovati samostalno, ne utječući na neki drugi. Upravo zbog te, interaktivne,
naravi djelovanja komponenti ovjesa katkad ćemo opisati nešto što ćete u potpunosti shvatiti
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
tek kada pročitate neki od slijedećih nastavaka. No, tu pomoći nema.
Čemu uopće ovjes?
Za početak, željeli bismo da jedno bude jasno: Kada bi ceste bile apsolutno ravne ovjes ne bi
bio potreban. To je točno, no nemojmo se previše zamarati teorijom. Potpuno ravne ceste
nigdje na svijetu ne postoje, pa mi u svoje automobile "guramo" kojekakve stvarčice kako bi
se sa što manje muka vozili preko neravnina, rupa, kroz zavoje i sl. Neke od tih stvarčica, a
možda i najznačajnije, svakako su opruge i amortizeri. Stoga ćemo na ovom, uvodnom, satu
reći ponešto o njihovoj ulozi.
Uloga opruga i amortizera u
ovjesu automobila je slijedeća:
Opruge drže karoseriju na
predviñenoj udaljenosti od
podloge
Amortizeri ublažavaju
okomito gibanje
(poskakivanje) karoserije
Na slikama 1-3 vidimo različite
reakcije karoserije automobila u
sl. 1 - Bez ovjesa - udarac svake neravnine prenosi se na
vožnji, a s obzirom na
karoseriju i putnike
(teorijsku) konstrukciju ovjesa
koja u prvom slučaju nema
opruge ni amortizere, u drugom nema amortizere, ali ima opruge, dok u trećem
ima i opruge i amortizere. Kod automobila koji ne bi imao opruga niti amortizera (1)
svi bi se udarci s neravnina na podlozi (cesti) prenosili izravno na karoseriju, a tako i
putnike. Kada bi automobil imao samo opruge (2) ove bi vibracije bile donekle
ublažene, no karoserija bi se neprestano ljuljala nakon prelaska preko
neravnine.
Postavimo li na automobil iz
drugog primjera još i amortizere
postići ćemo da kotači prate
neravnine (opruge ih stalno
vraćaju u kontakt s podlogom i
izravnavaju položaj karoserije),
no vibracije su prigušene
zahvaljujući amortizerima. Kao
što vidimo sa slike 3, krivulja
po kojoj se kreće karoserije
sl. 2 - Samo opruge - udarci su ublaženi, no karoserija se
blaža je od
neprekidno ljulja
one koju prate kotači. Krivulja
koja se nalazi u visini vozačeve
glave gotovo je potpuno ravna. U prostoru za putnike tako dobivamo minimalne
vibracije, jer su ih većinu
apsorbirale komponente
ovjesa.
sl. 3 - Dobar ovjes - neravnine na podlozi prate kotači,
prostor za putnike ostaje miran
Priča nas, potom, vodi i do
bočnog naginjanja karoserije.
Dakako, svi znamo da se
automobili naginju u zavojima.
I tu "u igru" uskače ovjes koji
mora kontrolirati automobil da
se ne bi previše naginjao.
Ipak, kao i toliko puta do sada,
karakteristike ovjesa stvar su
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
kompromisa. Načelno možemo uzeti u obzir da
tvrñi ovjes
daje više stabilnosti, pogotovo prilikom vožnje kroz zavoje te doprinosi manjem
naginjanju karoserije. To je točno, no, mekši ovjes omogućava udobniju vožnju.
Isto tako, tvrdi ovjes prenosi više vibracija na karoseriju što dodatno opterećuje
njezine dijelove, dok jaki udarci mogu destabilizirati automobil i izbaciti ga sa
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
željene putanje. Kao što vidimo, rješenje je opet negdje na pola puta.
O čemu ćemo sve pričati
Pa, od slijedećeg ćemo se nastavka Školice
zadubiti u detalje od kojih se sastoji ovjes
automobila. Priču ćemo započeti opisom
(teleskopskih) amortizera jer su oni ugrañeni u
gotovo svim automobilima. Potom će biti riječi
o vrstama opruga koje se danas koriste, a
onda i o različitim izvedbama ovjesa. Govorit
ćemo o njegovoj geometriji što obuhvaća oblik
i položaj nosača kotača (ramena) te njihovu
spregu s amortizerima, oprugama i ostalim
dijelovima ovjesa. Dakako, nećemo propustiti
niti posebne izvedbe ovjesa, kao što su
hidropneumatski ovjes, ovjesi povezani po
jednoj strani vozila, pa i mistični aktivni ovjes.
U dijelu priče koji govori o konfiguraciji ovjesa
bit će riječi o pojmovima kao što su multilink,
polukruta osovina, Panhardova poluga ili De
Dionova osovina.
Meñusobno djelovanje odreñenih
komponenti ovjesa čini ovu cijelu priču
dodatno zanimljivom jer je, pažljivo
proučavajući njihov utjecaj na ponašanje
automobila, moguće precizno otkriti npr.
što bi na nekom konkretnom vozilu trebalo
preurediti kako bi mu poboljšali
karakteristike. Ono što je, možda i
najveća, mudrost cijele "znanosti" o ovjesu
saznajemo kada smo u prilici sagledati
cijelu priču - shvatit ćemo da dobro
podešen ili prerañen ovjes može učiniti
automobil znatno bržim, bez da smo mu
uopće povećali snagu motora. Uz to, naučit
ćemo prepoznavati neka svojstva ovjesa
tijekom vožnje, što će nam omogućiti da
bolje razumijemo ponašanje vlastitog
automobila kako bi preciznije odredili gdje
se nalaze granice njegovih mogućnosti te
tako, vožnju
učinili sigurnijom i kvalitetnijom.
Škriiip, škriiip...
sl. 4 - Benzov auto iz 1886. ima amortizere i
spiralne opruge...
sl. 5 - ... jednako kao i današnji BMW Coupé.
Ideja je ostala ista, realizacija je
zakomplicirana
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Snažan motor bez snažnih kočnica isto je što
i Doberman bez lanca. Na slijedećim satovima
Školice objasnit ćemo vam kako zaustaviti
automobil
Dakako, automobil je (da se nadovežemo na
rečeno u podnaslovu) najjednostavnije zaustaviti
tako da ga zabijete u zid. No, onda biste nakon
svakog zaustavljanja morali kupovati novi auto,
što je poprilično nepraktično... Priču o kočenju
započinjemo kratkim opisom dvaju najčešćih vrsta
kočnica.
Kratki nam opis govori kako se u današnje
automobile u pravilu ugrañuju dvije vrste kočnica:
disk i bubanj kočnice. Bubanj kočnice su "stari
štos" jednostavnije konstrukcije i daju slabiju silu
kočenja od disk kočnica. Stoga se danas, u jače automobile, ugrañuju disk kočnice na svim kotačima.
O smještaju kočnica ne treba mnogo govoriti. Iako je, u prošlosti, bilo nekih varijacija na temu, one su
u pravilu montirane uz glavčinu kotača. To znači da kad stavimo kotač, kočnica ostaje unutar naplatka.
U ovim ćemo nastavcima vidjeti i da veći kotači imaju veće naplatke, a da u njih stanu i veće kočnice
itd. No, škriputavu ćemo priču započinjemo opisom kočničkih cilindara. Moramo, naime, napomenuti
kako se sila kočenja u automobilu prenosi hidrauličkim putem. Dakle, kada pritisnete papučicu
kočnice, pomakne se nekakav klip u tzv. glavnom kočničkom cilindru. On, pak, pokrene tekućinu
cijevima od kojih po jedna vodi do svake kočnice. Stoga ćemo, za početak, opisati rad kočničkih
cilindara.
Hidraulika
Hidraulika je divna stvar. Sjećamo se,
vjerojatno, iz osnovne škole da tekućine
spadaju u medije koji se ne daju tlačiti.
Upravo stoga, na našem je kočničkom
sustavu moguće povećavati silu kočenja
koja kreće od papučice kočnice i završava u
kočničkom cilindru (ovdje se ne radi o
povećanju sile servoureñajem). Na slici 1
sl. 1 - Hidrauličko povećanje sile pritiska
shematski je prikazano kako radi povećanje
sile papučice. Uzmimo, npr., da pritisak na
papučicu kočnice iznosi 3 kg/cm2, a pritisak u glavnom kočničkom cilindru (a) 10 kg/cm2 (zbog
djelovanja zakona poluge). Zbog veće površine klipova povećat će se i sila u kočničkim cilindrima u
kojima se sada razvija 12 kg/cm2 (klip b - 1,2 puta veće površine od a), odnosno 25 kg/cm2 (klip c
2,5 puta veće površine od a). Ipak, smanjuje se prijeñeni put klipa. Tako će klip c (ako je 2,5 puta
veće površine od klipa u gl. koč. cilindru koji proizvodi pritisak) proizvesti 2,5 puta veći pritisak, ali će
njegov pomak biti 2,5 puta manji od pomaka klipa a.
Sve jasno?!
Načelo rada kočničkog cilindra
Kao što smo već rekli, potrebna nam je nekakva naprava koja će pritisak papučice kočnice pretvoriti u
hidraulički pritisak. U tu svrhu služi glavni kočnički cilindar. S naše glavne slike vidite kako izgleda
njegova, prilično jednostavna, konstrukcija (veći cilindar, lijevo na slici). Poluga na "ulazu" cilindra
pokretana je papučicom kočnice i nastavlja se na klip. Klip je, pak, naslonjen na povratnu oprugu koja
ga vraća u prvobitni položaj kada nestane sile pritiska na papučicu i to je sve. Dva otvora na vrhu
cilindra služe za izjednačavanje količine kočničke tekućine, a na desnom se dijelu u cilindru nalazi tzv.
"podni ventil" koji osigurava da u sustavu uvijek bude mali predtlak.
a) Prilikom kočenja, pritisak na papučicu kočnice stvara pritisak u glavnom kočničkom cilindru tako
da klip cilindra potisne kočničku tekućinu. Tekućina, potom, pritišće i otvara podni ventil koji ju
propušta dalje u sustav cijevi te prema kočničkim cilindrima kotača (radnim kočničkim cilindrima).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Pritisak tekućine tada dolazi u radni cilindar čijim se pomicanjem aktivira rad kočnica.
b) Popuštanjem pritiska na papučicu kočnice, tekućina se počinje vraćati u glavni kočnički cilindar čiji
je podni ventil otvoren pod njenim visokim pritiskom. Kada pritisak padne, povratna opruga glavnog
cilindra zatvara podni ventil ostavljajući mali predtlak u cijelom sustavu. Povrat tekućine uzrokovan
vraćanjem klipa u glavnom kočničkom cilindru (pod utjecajem opruge i pritiska) povlači natrag i
klipove radnih cilindara te nestaje pritiska na kočnicama.
c) U mirujućem položaju sustava klip glavnog cilindra se dovoljno vratio da bi otvor za izjednačavanje
ponovno postao otvoren. U cijelom je sustavu zadržan tek mali pritisak kontroliran podnim ventilom.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Tekućina za kočenje
Za kraj, riječ dvije o kočničkoj tekućini. Radi se, zapravo, o posebnoj
tekućini nešto veće gustoće (poznajemo i termin "ulje za kočnice")
koja prenosi pritisak kroz kočnički sustav. Značajno je da tekućina za
kočenje ne smije nagrizati metalne i gumene dijelove (brtve cilindara
i klipova su od gume) te mora biti orporna na promjene temperature.
Naime, s obzirom da sve automobilske kočnice rade na načelu trenja,
na njihovim se površinama razvija izuzetno visoka temperatura. Ona,
pak, zagrijava klipove radnih cilindara, a preko klipova i samu
tekućinu za kočenje. Stoga je otpornost na zagrijavanje veoma
značajna kako bi se izbjegle eventualne promjene u radu kočničkog
sustava.
Na slijedećem satu započinjemo konkretniju priču o samim
kočnicama - upoznat ćemo bubanj kočnice. Stoga, pripremite
bilježnice, našiljite olovke i pronañite svježu gumicu!
Bubanj kočnice
Od čega se sastoje, kako rade i koliko su efikasne
bubanj kočnice poslušajte na našem novom satu
Školice
Hvala bogu, tema bubanj kočnica prilično je jednostavna te
vas ovoga puta nećemo predugo zadržavati u klupama. No,
prije nego li opišemo konstrukciju i rad istih, naglasit ćemo
kako su upravo bubanj kočnice "tradicionalni" način
zaustavljanja, kojemu je u 115-godišnjoj povijesti
automobila pripala većina vremena. Disk kočnice, koje
opisujemo na slijedećem satu Školice, noviji su izum. Ah,
da. Skraćivanju ovog sata još je jedan uzrok - naši su
nastavnici, gotovo svi, bolesni i imaju temperaturu što je u
posljednje vrijeme normalna pojava meñu Zagrepčanima.
Stoga, imajte milosti i ne pričajte pod satom...
Kočenje kao takvo...
Što bi vam prvo palo na pamet kada biste željeli zaustaviti neko vozilo? Pa, stojite li na npr.
romobilu, vjerojatno biste spustili nogu na pod. Izmeñu tenisice i asfalta tada bi nastalo trenje itd.,
itd. Upravo na tom, načelu trenja, funkcioniraju kočnice današnjih automobila. Štos je, u stvari,
veoma jednostavan. Potrebno je proizvesti izvjesno trenje izmeñu pokretnih i nepokretnih dijelova
kako bi se ovi prvi (pokretni) zaustavili. Kod automobila, dakako, osnovnim "krivcem" za kretanje
smatramo kotač koji se kotrlja po cesti. Brzina vozila proporcionalna je brzini okretanja kotača pa
tako njegovim usporavanjem možemo usporiti i cijelo vozilo. Bubanj kočnice, čija je konstrukcija
doista veoma jednostavna, djeluju upravo na tom načelu - načelu trenja izmeñu kotača i nepokretnih
dijelova automobila.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 1 - Sastavni dijelovi bubanj kočnice
Bubanj kočnica
No dobro. Ne radi se, doslovno, o trenju izmeñu samog kotača. Glavni dio bubanj kočnice, odakle joj
dolazi i ime, jest okrugla "zdjela" od lijevanog željeza (sivog lijeva) zvana bubanj (vidi sl.1). Bubanj je
pričvršćen na glavčini kotača tako da se s njime zajedno okreće. Nadalje, bubanj se kočnica sastoji i od
nosača (svijetli dio, desno na sl.1) na kojem su pričvršćeni kočnički cilindri (ili tek jedan cilindar) te
kočničke obloge. Nosač je, zajedno s kočničkim cilindrom (cilindrima) i oblogama pričvršćen nepomično
na nosačima kotača. Na nosaču bubanj kočnice pričvršćena je još i cijev za dovod kočničke tekućine te
ventil za odzračivanje kroz koji ispuštamo
zrak iz cijelog sustava.
Na slici 2 vidimo kako to sve funkcionira.
Vanjski prsten predstavlja bubanj naše
kočnice (tanke strelice simboliziraju
njegovo okretanje). Kočničke su obloge
(na svojim metalnim nosačima čeljustima) spojene na jednom kraju
(gornji primjer), dok se
na njihovom drugom kraju nalazi
kočnički cilindar dvostrane konstrukcije.
Kada vozač pritisne papučicu kočnice,
tlak kočničke tekućine aktivira cilindar u
bubanj kočnici i on raširi čeljusti s
oblogama prema unutrašnjoj površini
bubnja (crvene strelice prikazuju rad
cilindra). Pritiskanjem obloga uz
unutrašnjost bubnja javlja se trenje
meñu njima, a kako smo već
napomenuli, kotač se okreće zajedno s
bubnjem. Stoga, ovo trenje usporava
okretanje kotača, a time i zaustavlja
automobil. Drugi par slika (ispod)
sl. 2 - Kako koči bubanj kočnica
pokazuje nam takoñer rad bubanj
kočnice, no takve koja je opremljena s
dva kočnička cilindra. U ovom slučaju se koristi kočnički cilindar jednostrane konstrukcije.
Svaki od cilindara u takvoj bubanj kočnici tjera čeljust s oblogom na svoju stranu (crvena
strelica). Kod ovakve konstrukcije s dva, jednostrana, kočnička cilindra postiže se pravilnije
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
nalijeganje kočničke obloge na unutrašnjost bubnja čime se iskorištava veća površina. Takve su
bubanj kočnice stoga i efikasnije, no imaju nešto kompliciraniju konstrukciju.
Za kraj ovog dijela opisa spominjemo i povratne opruge (vidi slike) koje služe da bi se
kočničke čeljusti s oblogama natrag stisnule nakon što popusti pritisak na papučicu kočnice,
odnosno, pritisak kočničke tekućine u cilindru.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Govoreći o bubanj kočnicama moramo naglasiti nekoliko stvari. Kao
prvo, njihova zatvorena konstrukcija (sve se odvija unutar bubnja)
slabo se provjetrava. Stoga su bubanj kočnice sklone pregrijavanju
čime opada snaga kočenja. Upravo stoga, bubanj kočnice proizvoñači
automobila danas isključivo ugrañuju na stražnjim kotačima slabijih
automobila, gdje je njihova manja efikasnost (u usporedbi s disk
kočnicama) ipak dovoljna za kočenje vozila. Takoñer, konstrukcija
bubanj kočnice dosta je jednostavnija od konstrukcije disk kočnice te
proizvoñači na neki način i
smanjuju cijenu vozila postavljajući relativno jeftine bubanj kočnice
na stražnje kotače. Ipak, na bubanj kočnice moguće je postaviti
senzore ABS ureñaja protiv blokiranja čime se povećava njihova
efikasnost. Uostalom, posebni hidraulički sustavi (ureñaj za
ograničavanje sile kočenja) već se odavno ugrañuje u automobile s
ciljem da se smanji sila kočenja na stražnjim kotačima (obično s
bubanj kočnicama), a time i njihovo blokiranje. Cijela ova
završnica priče spomenuta je zbog jednostavnog fizikalnog
problemčića. Naime, prilikom kočenja se težina automobila (zbog
naginjanja karoserije) prebacuje naprijed. Stoga prednje kočnice,
nerijetko, moraju podnijeti i do 75% ukupne sile kočenja nekog
sl. 3 - Presjek bubanj
vozila. Upravo zato, moramo ureñajima za ograničavanje sile
kočnice
kočenja i/ili ABS sustavom pripaziti da naglo rasterećeni stražnji
kotači ne bi počeli blokirati. No, ovo s prebacivanjem težine je
značajno iz zbog toga što nam objašnjava zbog čega je moguće, relativno slabe, bubanj
kočnice staviti na stražnje kotače.
22. prosinca 1999.
Opruge
Na današnjem satu Školice objašnjavamo čemu služe
opruge, stabilizatori te što su to torzijske osovine
Uloga opruga nije nikakva posebna mudrost. Kao što
znamo s prošlog sata, amortizeri su tu da bismo njima
kontrolirali brzinu gibanja ovjesa. No, kada amortizer
opteretimo nekom stalnom silom, većom od "snage"
njegova ventila, on se počinje stiskati. Nastavi li tako,
karoserija će se ubrzo naći na podu. Upravo stoga, na
automobile se postavljaju opruge čija je osnovna namjena
nošenje težine ogibljenih masa. Eh, sad. Što su to
ogibljene mase? Radi se o tome da karoserija automobila
zajedno s putnicima, motorom, mjenjačem i sl. u stvari leži
na kotačima na taj način da su izmeñu njih postavljeni
amortizeri i opruge. Tako kotač s kočnicom, njegovim
nosačima (ramenima) i ostalim pripadajućim dijelovima nazivamo neogibljenom masom jer on
(teorijski) prati u potpunosti podlogu. Ogibljene mase, s druge strane, su one do kojih ti titraji (opet
teorijski) ne bi trebali doći, tj. karoserija sa svim "dodacima".
sl. 1 - Lisnata opruga
Vrste opruga Tradicionalna
opruga sa nekadašnjih
automobila svakako je ona
lisnata (sl. 1). Ona se sastoji
od nekoliko čeličnih "pera" ili
"listova" stisnutih zajedno.
Okruglim se završecima
lisnata opruga pričvršćuje na
karoseriju
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
automobila, dok je na njenom središnjem dijelu postavljen kotač. Ovakav položaj lisnate opruge imaju
automobili koji ih koriste dvije, postavljene uzdužno. Kod jeftinijih se automobila katkada koristi i
jedna lisnata opruga postavljena tako da svojim krajevima biva pričvršćenom za kotače, a sredinom za
karoseriju. Lisnate se opruge ugrañuju na stražnjim kotačima, no danas ih sve više zamjenjuju
spiralne opruge koje su manjih dimenzija te imaju bolja mehanička svojstva.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
U modernim se automobilima gotovo u pravilu
koriste spiralne opruge (sl. 2). Osim već navedenih
svojstava koja ih odlikuju, značajno je napomenuti
da se spiralne opruge postavlja drugačije nego
lisnate. Spiralne opruge (vidi sl. 3) obično su
postavljene oko amortizera (u ovom je to slučaju
McPhersonova shema prednjeg ovjesa, ili ih se
postavlja odvojeno od amortizera (najčešće na
stražnjem ovjesu). Dakako, uzmite u obzir da je
lijevo na slici 3 prikazan prednji, a desno stražnji
ovjes.
No, spiralne opruge (koje su najčešće postavljene na
"pojedinačnom ovjesu na sva 4 kotača" - znači da
svaki kotač u načelu ima svoj amortizer i oprugu) ne
koristimo tek da bi na njima stajala karoserije
automobila sa svim njezinim "dodacima". Upravo
zahvaljujući tvrdoći opruga moguće je dovesti
sl. 2 - Četiri spiralne opruge
automobil u ispravan težinski raspored. Naime,
tvrdoća spiralnih opruga izražava se u kilogramima i
centimtrima. Tako znademo kako će se, npr., opruga od 250 kg stisnuti za 1 cm sa za svakih
250 kg pritiska. Poznavajući ove vrijednosti moguće je nadalje odrediti težinski raspored nekog
automobila. Znamo, naime, da su idealni težinski rasporedi oni od 50% težine na prednjoj i
50% na stražnjoj osovini. Tako kod automobila koji imaju više težine naprijed (tipičan mali auto
s naprijed postavljenim motorom i prednjim pogonom) možemo postaviti tvrñe opruge otraga.
Prilikom vožnje, sile će se sada više prenositi na stražnji dio automobila jer će ih tvrñe opruge
(koje se ne stišću toliko) u većem postotku prenositi kotačima.
Ostalo
Na ovom su nam satu ostala još dva pojma:
"stabilizator" i "torzijska osovina". Stabilizator
(sl. 4) je u stvari metalna šipka odreñenog
promjera i mehaničkih svojstava koja je
postavljena poprečno izmeñu dva kotača.
Njezina uloga je samo u tome da kontrolira
naginjanje karoserije u zavojima. Naime, kao
što smo vidjeli iz opisa opruga, njihov je
"posao" u osnovi nošenje karoserije. Stoga se
na automobile postavljaju i stabilizatori (na
bolje automobile naprijed i otraga, obično tek
naprijed) kojima se kontrolira naginjanje
karoserije, a time i opterećivanje ovjesa tj.
sl. 3 - Prednji (lijevo) i stražnji pojedinačni ovjes
samih guma kako bi one zadržale dovoljno
moći prijanjanja za podlogu (asfalt).
Stabilizator je, zapravo, jedna vrsta torzijske osovine. To znači da je njegov kraći kraj (vidi sl. 4)
pričvršćen za kotač, a dulji za osovinu. Prilikom gibanja ovjesa dulji se dio ove šipke u stvari "frče" te
time preuzima sile na sebe. Prema istom načelu djeluju i torzijske osovine. U osnovi (opet tek teorija)
su torzijske osovine one koje ne koriste opruge već nešto poput stabilizatora što preuzima njihovu
ulogu. Dakako, i na torzijskim su osovinama postavljeni amortizeri.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 4 - Stabilizator prednje (veći) i stražnje osovine
Amortizeri
Kako smo prošli puta i obećali, danas priču o
ovjesu nastavljamo opisom amortizera.
Slušajte pažljivo!
Unatoč mnogobrojnim dijelovima koji se u njih
ugrañuju, amortizeri su u stvari veoma
jednostavne naprave. Jednostavno je, barem,
načelo na kojemu oni rade. No, za početak da
razjasnimo jednu sitnicu: amortizeri o kojima
ćemo danas pričati upravo su oni "teleskopski
amortizeri" koje nalazite u tehničkim podacima
vozila što ih opisujemo. Takoñer, katkada se
koristi i termin "hidraulički amortizeri". Oba
spomenuta naziva opisuju, barem dio, načela rada
današnjih amortizera. Oni su teleskopski, jer se
mijenja razmak njihovih krajnjih točaka
(produžavaju se i skraćuju) tako da jedan dio
amortizera ulazi u drugi. No, ujedno su i hidraulički, jer se u njima nalazi hidrauličko ulje čije strujanje
daje amortizeru potrebna svojstva.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Kako radi i čemu sve to?
Uloga amortizera u ovjesu automobila jest prigušivanje
vibracija. Sjetite li se proteklog nastavka Školice, bit će
vam poznato da se (teorijski) automobil bez amortizera
stalno ljuljao. U tom je primjeru karoserija bila postavljena
isključivo na oprugama te su ju i najmanje neravnine na
cesti snažno i stalno pomicale, gotovo potpuno
nekontrolirano. Da bi se u ovakvo ponašanje karoserije
"uvelo malo reda", postavljaju se (teleskopski) amortizeri.
Njihova uloga je u tome da prigušuju titraje ovjesa do
kojih dolazi prilikom vožnje preko neravnina. Ipak, poznati
kompromis opet se javlja. Naime, kako ćemo vidjeti iz
opisa rada amortizera, ovo se prigušivanje titraja
karoserije temelji na namjernom usporavanju kretanja
ovjesa. To, pak, za posljedicu ima prenošenje udaraca s
podloge (ceste) na karoseriju. Što jače (tvrñe) amortizere
postavimo na neki automobil, karoserija će se brže
umirivati nakon što ju zaljulja neravnina na cesti. No, s
druge će pak strane tvrñi amortizeri jače prenositi udarce
na karoseriju što vožnju može učiniti i neudobnijom od
one pri kojoj se automobil stalno ljulja.
Načelo rada teleskopskih amortizera temelji se na
strujanju hidrauličkog ulja kroz ventil proračunatih
dimenzija. Na slici 1 vidljivi su presjek i shema
teleskopskog amortizera. Priča je jednostavna. Iz
shematske slike je vidljivo da hidrauličko ulje (crveno)
prilikom gibanja jedne strane amortizera prema drugoj
(stiskanja amortizera) počinje teći kroz mali ventil na klipu
za brtvljenje. Upravo o propusnosti ovog ventila ovisi i
sl. 1 - Presjek i načelo rada teleskopskog
brzina kojom će se amortizer moći stisnuti. Drugi ventil,
hidrauličkog amortizera
prikazan na shemi, takoñer služi propuštanju ulja, no ovaj
puta prilikom rastezanja amortizera. S obzirom na ovakvu
"podjelu uloga" oba su ova ventila jednosmjerna, tj. propuštaju ulje samo prilikom stiskanja ili
rastezanja amortizera
Ipak, ostali smo vam dužni objasniti zbog čega uopće dolazi do stiskanja i rastezanja amortizera.
Naime, završeci našeg hidrauličkog amortizera (okrugli dijelovi s provrtom, gore i dolje) pričvršćeni
su svaki na svojem mjestu - jedan na karoseriji, a drugi na nosačima ili glavčini kotača. Iako će vam
položaj amortizera postati jasniji u kasnijim nastavcima, napominjemo ga ovdje da biste shvatili od
kuda se javlja to stezanje i rastezanje.
Podvarijante i ostalo
Kao i svugdje, i u priči o amortizerima imamo nekih varijacija
na temu. Meñu najznačajnije svakako spadaju razlika izmeñu
jednocjevnih (jednostrukih) i dvocjevnih (dvostrukih)
amortizera te plinski amortizeri. Na slici 2 vidite prvu
navedenu varijaciju, odnosno, teleskopski amortizer s
dvostrukom cijevi (lijevo) te teleskopski amortizer s
jednostrukom cijevi (desno). Iako je načelo rada u oba
slučaja jednako, dakle hidrauličko ulje struji kroz ventile,
razlike su u unutrašnjoj konstrukciji ovih amortizera.
Dvocjevni (dvostruki) amortizer prikazan lijevo na slici 2
koristi vanjsku cijev (smještenu oko cijevi s uljem i klipom za
brtvljenje) kao spremnik za suvišno ulje. Naime, kada se
amortizer stišće, odnosno kada kotač naleti na povišenje te
se približi karoseriji, kod dvocjevnih se amortizera ulje
potiskuje (uz pomoć klipa) iz unutrašnje u vanjsku cijev
(tanki plavi sloj u stvari predstavlja
istisnuto ulje koje se sada nalazi u
prostoru izmeñu vanjske i unutrašnje
cijevi). Tzv. "podni ventil" koji se
nalazi na ulazu u vanjsku cijev
zadužen je kod dvocjevnog amortizera
za kontrolu brzine protoka ulja, tj.
"tvrdoće amortizera". Jednocjevni je
amortizer sličniji
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 2 - Dvostruki (lijevo) i jednostruki amortizer
našem primjeru sa sheme na slici 1. Kod njega se koristi tek jedna cijev, a ulje cirkulira kroz ventil
smješten na samom klipu te stalno ostaje u jednoj te istoj cijevi. Sada je potrebno naglasiti da su kod
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
svih izvedbi amortizera ventili u pravilu jednosmjerni. Drugim riječima, jedan ventil kontrolira
strujanje ulja prilikom stiskanja, a drugi prilikom rastezanja amortizera. Kod većine automobila ova
dva ventila nisu jednako podešena (na istu propusnost), što je i logično uzmemo li u obzir da su sile
koje kotač tjeraju prema gore prilikom naleta na neko povišenje daleko veće od onih koje potom
rastežu amortizer, tek pod težinom samog kotača.
No, da bi stvari bile još kompliciranije proizvoñači komponenti ovjesa
izmislili su amortizere čija se "tvrdoća" može regulirati. Radi se,
pojadnostavnjeno govoreći, o kotačiću na vrhu amortizera (vidi sliku
3) čijim se zakretanjem podešava rad ventila za propuštanje
hidrauličkog ulja unutar amortizera. Većinom, amortizeri imaju tek
jednostruko ili "jednosmjerno" podešavanje. To znači da ih je moguće
podešavati tek u jednom smjeru gibanja, utječući na tek jedan
jednosmjerni ventil. Kod takvih se amortizera u pravilu radi u ventilu
koji kontrolira povrat kotača, tj. rastezanje amortizera. Ipak,
maštoviti su konstruktori u meñuvremenu osmislili i amortizere s
potpunim podešavanjem kod kojih je moguće mijenjati svojstva u oba
sl. 3 - Amortizer s
smjera, tj. za oba ventila. Dakako, onima "najrazmaženijim" prodaju se
podešavanjem tvrdoće
takvi amortizeri s regulacijom pomoću prekidača na ploči s
instrumentima. Sada, uostalom, i znate kako radi ovjes (obične, ne
hidropneumatske konstrukcije) na automobilima kojima se može podešavati tvrdoća (obično su
to položaji "Comfort" i "Sport").
Plin
Eh da. Vjerujemo da malo tko od vas nije
čuo za pojam tzv. "plinskih amortizera".
No, iako jezično gledajući ovaj izraz baš i
ne odgovara, s obzirom na konstrukciju
takvih amortizera, u njima doista ima plina.
O čemu se zapravo radi. Hidrauličko ulje
koje se nalazi unutar teleskopskog
amortizera sklono je zagrijavanju
izazvanom stalnim strujanjem kroz ventile
na brtvilnom klipu. Takvo se zagrijano ulje,
dakako, s vremenom počinje rastezati, tj.
počinje mu se povećavati obujam.
Povećanjem obujma ulja unutar amortizera
povećava se i pritisak itd., itd... Da bi se
nekako kompenzirala ta razlika obujma do
koje dolazi unutar amortizera kada je on
hladan/topao, izmišljeni su plinski
amortizeri. Kod njih je, unutar cijevi,
ubačen plin pod odreñenim pritiskom kojeg
od ulja dijeli posebna brtva za razdvajanje.
Kod ovakvih se amortizera povećanje
sl. 4 - Plinski amortizeri s podesivom platformom
obujma ulja kompenzira stiskanjem
prostora u kojem se nalazi plin. Obratno,
kada se amortizer ohladi i kada se ulje stisne (kada mu se smanji obujam) plin koji je pod
pritiskom počinje se širiti nadoknañujući tako prostor nastao hlañenjem hidrauličkog ulja.
Plinsko punjenje ove vrste omogućava amortizerima bolje podnošenje visokih opterećenja (i
temperatura) te se takvi amortizeri u pravilu ugrañuju na sportske i natjecateljske
automobile.
Najavljujući opsežnu
temu ovjesa u prvom
smo nastavku ove priče
rekli kako su mnoge
teme koje ćemo ovdje
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
spominjati meñusobno
povezane na takav način
da jedne bez drugih ne
mogu biti u potpunosti
razumljive. Isto ovo
vrijedi i za priču o
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
amortizerima. Na slici 4 prikazana su tri plinska amortizera s podezivom visinom
platforme - nosača opruge. Ipak, ulogu i svrhu podešavanja ovog nosača moći ćemo
vam objasniti tek kada u slijedećem nastavku "progovorimo" o oprugama. No,
upravo zbog takve "interaktivne" prirode teme ovjesa niti današnju priču nećemo
moći u potpunosti dovršiti. Ono što nam ostaje za objasniti jest sam smisao
podešavanja amortizera, odnosno njihove, eventualne, zamjene. Naime, iz opisa
rada hidrauličkog amortizera jasno je da on pruža otpor sabijanju, ali s
vremenom i biva potpuno stisnut. Imamo li tako amortizer s npr. ventilom od 50 kg
ništa se s njime neće dogoditi dok ne ga ne opteretimo s 51 kg. Tada će se amortizer
polako početi stiskati dok ne doñe do kraja. Teorijski bi se vozilo opremljeno isključivo
amortizerima (bez opruga koje nose težinu karoserije) u zavoju počelo postepeno
naginjati (brzina naginjanja ovisila bi o propusnosti ventila u amortizerima), sve dok
amortizeri i karoserija ne bi "legli" na svoje graničnike.
Sada nam postaje jasno čemu služe amortizeri usporavanju gibanja ovjesa, odnosno djelomičnoj
neutralizaciji njegovog titranja. Ipak, bez opruga
koje stvari vraćaju na svoje mjesto, ništa ne bi
bilo moguće. No, to je već tema slijedećeg sata
Školice.
Varijacije na temu
Osim klasične sheme opruga-amortizer neki su, lukavci, u svoje
automobile postavili razne hidrauličke, aktivne i poluaktivne
ovjese
Zanimljivo je kako neke ideje nañu malo praktične primjene, pa ipak
postanu poznate širom svijeta. Jedna od njih svakako je i, možemo ga
tako slobodno nazvati, "legendarni" hidropneumatski ovjes koji je
usavršila i prva na svojim automobilima masovnije počela koristiti
tvrtka Citroën. Osim poslovične udobnosti po kojoj su francuski
automobili već odavno poznati (da, da, to je odlika Citroëna, a ne
Renaulta, Peugeota, Matre ili Simce), hidropneumatski je ovjes otvorio i
mnoga vrata tehničkog napretka. Ipak, kao i toliko puta do sada, i na
ovom smo primjeru (tijekom desetljeća) vidjeli kako industrija zbog
nekih svojih, unaprijed zacrtanih, ciljeva prečesto nema razumijevanja
za pojedina veoma napredna rješenja.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Hidropneumatski ovjes
Eh, dragi moji "Žaboljupci", došao je vaš trenutak. Naime, da malo ovo
pojasnimo, hidroaktivni se ovjes najviše proslavio upravo na
citroënovom modelu DS, poznatom i kao "Žaba". Na slici 1 je prikazan
jedan hidropneumatski opružni element ovjesa. Pod ovim se
kompliciranim terminom zapravo nalazi naziv sklopa koji kod automobila
s hidropneumatskim ovjesom zamjenjuje oprugu (bilo spiralnu, lisnatu
itd.) i amortizer. No, prije nego li započnemo s opisom rada ovog
sustava, vrijeme je da pobrojimo sastavne dijelove hidropneumatskog
opružnog elementa:
A - kugla
B - plin
C - membrana
D - ulje
E - prigušivač
F - priključak
G - klip
H - šipka
sl. 1 - Hidropneumatski
element
Ideja cijelog hidropneumatskog sustava jest u tome da se tlakom plina
nadomjesti djelovanje opruge koja nosi karoseriju. Uz to, ovaj sustav i
izjednačava položaj karoserije. Plin koji se nalazi unutar zatvorene
metalne kugle vrši pritisak na gumenu membranu, a posredno i na
hidrauličko ulje. Ono, pak, kroz prigušivač (namijenjen da kontrolira
protok ulja - nešto poput ventila ugrañenih u hidrauličkim amortizerima)
pritišće na klip, pa na šipku te konačno i na dijelove ovjesa koji nose
kotač. Tako se (vidi sliku 2) pritiskom plina u kugli održava željena
visina karoserije od tla, tj., pritisak plina (obično dušik - N) "nosi"
karoseriju poput opruga.
Sustav regulacije visine karoserije kod
hidropneumatskog je ovjesa izveden na
slijedeći način. Ukoliko se vozilo
optereti, dolazi do spuštanja
karoserije pri čemu se, automatski,
otvara ventil kroz koji pritječe ulje
pod tlakom u hidraulički cilindar
(pritječe kroz priključak "F", slika 1).
sl. 2 - Hidropneumatski ovjes
Odnosi pritiska ulja i podešenosti
ventila koji pod opterećenjem
karoserije propušta ulje upravo su takvi da se ona, nakon puštanja ulja u hidraulički cilindar,
podigne za onoliko za koliko se bila spustila. Prilikom rasterećenja vozila dogaña se upravo
obratno. Dakle, sada se ulje vraća iz cilindra natrag u sustav te pada pritisak na šipku
hidropneumatskog opružnog elementa. Tako se i spušta sama karoserija. Dakako, u osnovi se
sve ovo odvija automatski posredstvom mehaničkih sustava koji reagiraju na opterećenje
(Citroën DS). Dakako, u posljednje vrijeme dosta je prašine podigla citroënova Xantia Activa
koja koristi sustav u osnovi identičan ovome, no ipak donekle poptomognut automatikom.
Automobili opremljeni hidropneumatskim ovjesom nerijetko imaju i ručicu, smještenu u kabini,
pomoću koje vozač sam može odrediti visinu vozila te ga tako prilagoditi odreñenim uvjetima
vožnje (pomicanjem ručice dovodi se, ili odvodi, ulje u ili iz cilindra - ovo je ulje
pod pritiskom koji proizvodi posebna pumpa koju pokreće motor).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Dakako da uvijek ima nekih "varijacija na temu" neke teme, pa čak i neke
varijacije. Jedini proizvoñač koji se danas, uz Citroën, ozbiljnije bavi
hidrauličkim ovjesima svakako je Mercedes-Benz. Tako se na njihove modele
nove S klase, te na kupe CL ugrañuje tzv. ABC (Automatic Body Control)
sustav hidrauličkog ovjesa koji bismo slobodno mogli nazvati "poluaktivnim
ovjesom" (slika 3). Radi se o posebno izvedenoj opružnoj nozi koja ima oprugu
i, umjesto klasičnog hidrauličkog amortizera, hidraulički cilindar na
svome vrhu. Taj je cilindar, nadalje, posebnim cijevima spojen s pumpom koja
mu daje potreban pritisak ulja. U slučaju ABC sustava, opruga je i dalje tu kao
klasično rješenje koje nosi težinu karoserije. No, obični je amortizer
zamijenjen "aktivnim" koji se prema potrebi puni ili prazni. Cijelo je ovo "čudo"
spojeno na računalo koje iz podataka što ih dobiva posredstvom niza senzora
odreñuje položaj karoserije i vrši korektivne radnje - kakve, pretpostavljamo da
već znate. Počne li se karoserija naginjati na, recimo, lijevu stranu kontrolni će
sklop i pumpa ABC sustava dodati ulja hidrauličkim cilindrima na toj strani
vozila nastojeći tako sve izravnati. Dakako, sve se ovo odvija u djelićima
sekunde, a kako kažu autori prvih testova novog CL-a, ABC doista dobro
obavlja svoju
posao.
Aktivni ovjes
Konačno je došlo vrijeme da,
jednom za uvijek, skinemo veo s
sl. 3 - ABC
mističnog pojma "aktivnog
sustav
ovjesa". Cijela priča započela je
tijekom prve polovine osamdesetih
godina na stazama Formule 1. Tadašnji su bolidi,
opremljeni sustavima za ostvarivanje "ground
effecta" (stvaranje podtlaka ispod poda bolida
kako bi se poboljšalo prijanjanje na podlogu kasnije zabranjeno pravilnikom FIA-e) pri visokim
brzinama ostvarivali ogroman aerodinamički
sl. 4 - Lotus 99T - Honda, zlatno doba aktivnog ovjesa
potisak (pri najvišim brzinama i znatno veći od
ukupne težine bolida) što im je omogućavalo
veoma brze prolaske kroz zavoje itd., itd. Pa ipak, javio se problem opruga koje su zbog potrebe da
nose karoseriju pri ovolikim opterećenjima, morale biti izuzetno tvrde. To se, s druge strane,
negativno odražavalo na vozna svojstva bolida koji su s ekstremno tvrdim oprugama postali teški za
upravljanje. Rješenje ovog problema prvi je u potpunosti pronašao Lotus, primijenivši 1987. godine na
svojem bolidu 99T prvi aktivni ovjes.
Ideja aktivnog ovjesa u stvari je veoma jednostavna, a iz "igre" u potpunosti izbacuje klasične,
pasivne, hidrauličke amortizere te opruge bilo kakve vrste. Umjesto svega toga, bolidi opremljeni
aktivnim ovjesom imali su niz senzora kojima se mjerio položaj karoserije te trenutna opterećenja.
Prema svim tim parametrima, računalo je u djeliću sekunde proračunavalo koliko treba "djelovati"
prema kojem kotaču. Impuls iz računala pokrenuo bi vosokotlačnu pumpu koja je, potom, dodala ulje
onom hidrauličkom cilindru (na mjestu amortizera) kojem je bilo potrebno. Dakako, vrijedio je i obrnuti
proces. Tako je, konačno, napravljen potpuno aktivni sustav ovjesa koji sam kontrolira položaj
karoserije (uloga opruga), djeluje na njezino izravnavanje prilikom vožnje kroz zavoje ili preko
neravnina te zamjenjuje i stabilizatore (naginjanje). Pri tome, ovaj je ovjes kontrolirao sva
frenkvencijska područja (3-4 i 10-12 Hz) na kojima kotači i dijelovi ovjesa (neogibljene mase) najčešće
tiraju. Ipak, aktivni se ovjes nije dugo zadržao u Formuli 1. Izbačen je prvenstveno zbog svoje visoke
cijene, ali i tehničkih nedostataka poput visoke potrebe za energijom (trošio je oko 4 KS motora).
Razni su proizvodi, od tih vremena na ovamo, nazivani aktivnim ovjesom. No, činjenica jest da je ovaj
mistični sustav (čak nema niti poštenih slika) reproduciran najčešće djelomično, kao poluaktivni ovjes
(ABC na primjer).
Prednji ovjes
5. siječnja 2000.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
No, dobro. Sada kad smo naučili sve o oprugama i
amortizerima vrijeme je da se pozabavimo i
konstrukcijom, danas, prednjeg ovjesa
Konačno je na red došlo i rješenje velike "enigme" za
mnoge autoljupce. Na današnjem ćemo satu školice
pojasniti konstrukciju prednjeg ovjesa automobila.
Tako ćemo rasvijetliti pojmove koje mnogi (uključujući
i nas) nemilice koriste u raznim tekstovima, tablicama
tehničkih podataka i sl., no da nikada nisu niti pokušali
pojasniti o čemu se u stvari radi. Danas ćemo objasniti
što su to ramena te kako izgleda McPhersonova
opružna noga.
Zbog čega je, zapravo, bitno znati kakvog je oblika
ovjes nekog automobila? Pa, iz ovog ćete nastavka
Školice vidjeti kako se prednji kotači u stvari
pričvršćuju za karoseriju te kako je to sve moguće
pojednostavniti ili zakomplicirati. Takoñer, pojasnit
ćemo najčešće sheme prednjeg ovjesa u današnjih
automobila.
Ramena
Tko je prvi kod nas nosače
kotača počeo nazivati
"ramenima" teško je reći, no
činjenica je da se ovaj izraz
udomaćio najbolje od svih
ponuñenih ("ruka", npr.) te
smo ga i mi odlučili
prihvatiti. Pod tim, za mnoge
vjerojatno mističnim,
pojmom "ramena" krije se
sl. 1 - A - jednostruko poprečno rame, B - trokutasto poprečno
rame, C - poprečno rame "L" oblika
ništa drugo do termin koji
označava nosač kotača. Kao
što znademo iz nekih starijih nastavaka Školice, kotač (naplatak) se pričvršćuje na glavčinu
koja ujedno nosi i kočnicu. E, pa s druge strane te iste glavčine pričvršćeno je rame
(ramena) koje drži cijelu priču gibljivo povezanu s karoserijom. Dakako, uloga ramena je da
drži kotač na mjestu, podnosi opterećenja prilikom kočenja, ubrzavanja i sl., no da
istovremeno omogući i njegovo gibanje unutar predviñenog hoda (hod opruge odn.
amortizera). Na slici 1 tako vidimo tri najčešće izvedbe ramena na prednjim kotačima
današnjih automobila.
S lijeva na desno slijede:
A - jednostruko poprečno rame (najjenostavnija i najjeftinija konstrukcija)
B - poprečno rame trokutastog oblika (trokrako poprečno rame)
C - poprečno rame "L" oblika
Iz ova je tri primjera vidljiva velika razlika izmeñu hvatišta ramena i karoserije (desni kraj
ramena) kod prvoga, odnosno druga dva oblika ramena. Već je iz skice jasno kako
jednostruko poprečno rame zahtijeva najmanje prostora te kako je najjednostavnije
konstrukcije. Pa ipak, ostale dvije konstrukcije imaju uporište na karoseriji (desni kraj
ramena) znatno šire te mogu bolje kontrolirati veća dinamička opterećenja kotača.
Dvostruka poprečna ramena zapravo predstavljaju dvostruku konstrukciju sa slike 1. U
praksi, kao dvostruka ramena najčešće susrećemo upravo ona trokutaste konstrukcije.
Dvostruka poprečna trokutasta (ili trokraka) ramena u stvari su riješena "dupliranjem"
konstrukcije s primjera B.
Sva ova tri primjera prikazuju ramena tlocrtno.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
McPhersonova opružna noga
Čuvena McPhersonova opružna noga prikazana je
već na našoj početnoj slici. Ovdje se radi o
konstrukciji koja se danas primjenjuje na gotovo
svim osobnim automobilima, a odlikuje ju
relativno jednostavna te lakša konstrukcija od
klasične. Kada kažemo "klasična", svakako
mislimo na shemu prednjeg ovjesa s dvostrukim
poprečnim ramenima, najčešće trokutastog oblika.
Kod McPhersonove opružne noge koristi se tek
jedno, donje, poprečno rame (bilo kojeg od tri
oblika sa slike 1) spojeno s teleskopskom
opružnom nogom. Sam pojam "opružne noge" u
stvari nam opisuje amortizer integriran s oprugom
(vidi otvornu ili 2. sliku). Prilikom okretanja kotača
(ne zaboravite, danas govorimo isključivo o
prednjem ovjesu) okreće se i sama opružna noga
koja je na oba svoja kraja okretljivo pričvršćena
(na karoseriju - gore, odn. na poprečno rame dolje).
Prednosti konstrukcije prednjeg ovjesa automobila
s McPhersonovom opružnom nogom prvenstveno
leže u jednostavnosti i kompaktnosti (opružna
noga zauzima malo prostora obzirom da su
sl. 2 - Detalj prednjeg ovjesa (Citroën
amortizer i opruga integrirani). Uz to, upravljanje
Saxo)
automobila s McPhersonovim prednjim ovjesom je
dosta lakše ("lagan upravljač"), a nagib kotača se
prilikom gibanja gore-dolje (prelazak preko neravnina) tek minimalno mijenja. Tako se
ostvaruje veoma konstantna geometrija prednjeg ovjesa, a time i postojana vozna svojstva
automobila.
Na slici 2 vidljivi su detalji McPhersonove opružne noge automobila koji je opremljen
poprečnim ramenima "L" oblika:
A - opružna noga
B - polužje upravljača koje zakreće kotač ("špurštanga")
C - poprečno rame
Iz ovdje opisanog vidljivo je i da je potpuno besmisleno (kako neki u podacima navode)
pisati npr. da je prednji ovjes McPhersonove konstrukcije te da sadrži spiralne opruge i
teleskopske amortizere. Jasno je, naravno, da već samo navoñenje McPhersonove opružne
noge podrazumijeva i spiralne opruge i teleskopske amortizere.
Ostalo
Premda je McPhersonova opružna
noga danas, praktički, jedina
konstrukcija prednjeg ovjesa koja
se koristi u osobnim automobilima
(s izuzetkom sportskih modela i
vozila visokih klasa) red bi bio da
spomenemo i jednu drugu
konstrukciju - dvostruko poprečno
rame. Kod ovakve se konstrukcije
prednjeg ovjesa najčešće koriste
trokutasta (trokraka) poprečna
ramena postavljena u dvije razine.
sl. 3 - Dvostruka poprečna ramena - Bugatti EB 110
Donje rame pričvršćeno je za
glavčinu kotača na istom mjestu
na kojemu je to slučaj i kod McPhersonove opružne noge. No, na gornjem dijelu glavčine
ovakvi ovjesi imaju pričvršćeno još jedno rame koje djeluje paralelno s donjim. Kod ovakvih
je konstrukcija izvedba pričvršćivanja same glavčine kotača donekle jednostavnija nego li
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
kod McPhersonove opružne noge. Naime, kod konstrukcije s dvostrukim poprečnim
ramenima bitno je tek da se postave dva "okretišta" i to na spojevima gornjeg te donjeg
ramena s glavčinom kotača.
Uz ovu prednost, konstrukcije s dvostrukim (po mogućnosti trokutastim) poprečnim
ramenima podnose znatno veća opterećenja jer imaju dva veoma široka hvatišta karoserije
(gornja i donja strana trokuta). Stoga se ovjesi sa dvostrukim poprečnim ramenima u pravilu
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
postavljaju na sportske automobile.
Tipičan primjer dvostrukih (trokutastih)
poprečnih ramena na prednjim ovjesima
su i bolidi Formule 1. Kod njih je "cijela
priča" dosta jednostavno riješena, s malim
hodovima ramena na mjestima pričvršćenja
za karoseriju. Ipak, ono što dolazi kao
negativna strana ovakvih konstrukcija, a
vidljivo je veoma jasno i sa slike 3 svakako
je komplicirano postavljanje amortizera. I
ovdje se, najčešće, koristi nekakva opružna
noga (spiralna opruga omotana oko
amortizera) no njezino se djelovanje ne
aktivira izravnim djelovanjem kotača (kod
sl. 4 - Jednostavna dvostruka ramena McPhersonove opružne noge pomicanje
McLaren MP4/5B (1990.)
glavčine izravno sabija amortizer i
oprugu), već posredstvom kojekakvih poluga. Tako na prednjim ovjesima bolida
Formule 1 najčešće možete vidjeti gornji i donji trokut (dva para trokutnih
poprečnih ramena) te jednu polugu koja stoji koso, izmeñu tih ramena (poluga koja je
spojena na opružnu nogu, ili amortizer). Treća poluga (na slici 4 najbliža prednjem
spojleru) u stvari je veza prednjeg kotača s upravljačem.
12. siječnja 2000.
Stražnji ovjes
Stražnji je ovjes veoma sličan prednjem.
Ipak, u repu automobila ima nešto više
polugica i kojekakvih drugih dijelova koji bi
ga trebali održati na cesti
Eh, da. Žalosno je saznanje da se bližimo kraju
našeg druženja. Naime, ovo je jedan od
posljednjih sati Školice, a nastavničko je vijeće
odlučilo da završnog testa neće biti. Stoga, tko
pročita sve, položio je!
Na današnjem satu proučit ćemo posljednje (VI)
poglavlje dugotrajne priče o ovjesu - stražnji
ovjes. Kao što svi znamo, osnovna je uloga ovjesa
ta da drži kotač povezan s karoserijom pazeći pri
tome kako se i u kojoj mjeri njegovo gibanje
prenosi na istu. Kao i prednji tako i stražnji ovjes
ima nekakva ramena te opruge i amortizere. Da,
naravno, stariji stražnji ovjesi nisu imali spiralne već lisnate opruge (sjetite se "nacionalke") no to je
danas već daleka prošlost. Ono što moramo proučiti na ovom satu svakako su stražnje polukrute
osovine te stražnje osovine s pojedinačnim ovjesom kao i prostorne (multilink) osovine.
sl. 1 - Polukruta stražnja osovina (Citroën
Saxo)
Polukruta osovina
Nekoć davno, huh kako to gordo zvuči, automobili su bili
opremljeni isključivo krutim stražnjim osovinama. To je
značilo da su stražnji kotači bili meñusobno čvrsto
povezani nekakvom cijevi unutar koje se nalazila
pogonska osovina (nekoć su automobili imali, u pravilu,
stražnji pogon). Kod takve je osovine podizanje jednog
kotača neizostavno uzrokovalo spuštanje onoga s druge
strane osovine, a rezultat takve vožnje je bio više ili
manje neudoban. Stoga su, pametni konstruktori, izmislili
stražnje osovine s pojedinačno ovješenim kotačima, te
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
jeftiniju izvedbu tog rješenja - polukrutu
osovine, kojom je opremljena većina
osovinu (slika 1). Tajna polukrute
današnjih automobila niske klase, leži u konstrukciji koja ima po jednu oprugu i amortizer uz svaki
kotač, no ujedno i nekakav oblik čvrste veze meñu tim istim kotačima. Kod takve se osovine svaki
kotač za sebe može slobodno pomicati tek ograničeno, do trenutka kada njegov pomak počinje
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
djelovati na kotač s druge strane osovine. Osnovna prednost ovakve konstrukcije je u njezinoj
jednostavnosti te laganoj ugradnji zbog čega se, gotovo u pravilu, koristi na jeftinijim automobilima.
Unutar ili pokraj spojnog elementa (koji povezuje kotače) polukrute osovine katkada je postavljen i
stabilizator.
Neovisan ovjes
Famozna formulacija koju toliko često viñamo u našim
tehničkim podacima, "Neovisan (pojedinačan) ovjes na sva
četiri kotača" svoje je pravo "proljeće" doživjela tek tijekom
sedamdesetih godina. Naime, tek su tada automobili iz
masovne proizvodnje počeli u pravilu bivati opremljeni
pojedinačnim ovjesom na stražnjoj osovini. Osnova
pojedinačnog ovjesa stražnje osovine (početna slika i slika
2) leži u činjenici da svaki kotač ima svoje rame (ramena)
te svoju oprugu i amortizer. Kod takvog ovjesa, razumljivo,
ne dolazi do interakcije izmeñu kotača na suprotnim
stranama osovine te automobil s pojedinačnim stražnjim
ovjesom najbolje "guta neravnine". Dakako, postoje
različite izvedbe pojedinačnog stražnjeg ovjesa, a što ovisi
prvenstveno o obliku i smještaju ramena (nosača kotača).
Tako su na našoj početnoj slici prikazana jednostavna
uzdužna ramena, dok slika 2 pokazuje jednaku
sl. 2 - Stražnja osovina s pojedinačno
ovješenim kotačima (MB SL 1975.)
konstrukciju, no s dodatnim pomoćnim okvirom (o ovome
okviru ćemo kasnije nešto više reći). Takoñer, moguće je i
rješenje poput onoga sa slike 4 gdje su kombinirana poprečna (srebrno rame u kojem leži spiralna
opruga) i uzdužna (crno) ramena s pomoćnim okvirom. Dodamo li tome još i stabilizator, stvari
postaju poprilično komlicirane.
sl. 3 - Stražnja multilink osovina s pomoćnim okvirom (Porsche Carrera)
Kada govorimo o pojedinačno ovješenim stražnjim kotačima svakako moramo spomenuti i
razvikanu "Multilink" osovinu. O čemu se zapravo radi? U osamdesetim godinama, Mercedes je
za potrebe svojeg modela "190" razvio stražnju osovinu s više jednostrukih ramena za svaki
kotač. Radilo se o običnim ramenima (poput jednostavne prečke) od kojih je svako bilo
postavljeno u različitom položaju. Naime, poznato je da na automobil u vožnji sile djeluju iz
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
nekoliko osnovnih smjerova:
1) Valjanje oko uzdužne osi
2) Naginjanje oko poprečne osi
3) Zakretanje oko vertikalne osi
4) Torzijsko zakretanje karoserije
Svako od ramena stražnje "prostorne" ili "Multilink" osovine ovog automobila bilo je
smješteno točno u smjeru u kojem najbolje kompenzira učinak jedne od navedenih sila.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Dakako, ovakva se konstrukcija stražnje osovine ubrzo pokazala veoma uspješnom te su je
mnogi počeli kopirati. Pravi naziv, "prostorna osovina" potiče upravo iz njezine konstrukcije u
kojoj su ramena raspodjeljena u prostoru, a ne tek po jednoj plohi. Nažalost, kod većine
današnjih automobila ovakva osovina donosi sa sobom i mali prtljažnik jer "jede" veliki dio
prostora u repu automobila.
Ipak, termin prostorne, odnosno Multilink, osovine
polako se s vremenom počeo miješati. Danas, gotovo
svi proizvoñači automobila koji koriste stražnju osovinu
s nekoliko ramena postavljenih u više ravnina, navode
kako koriste "Multilink" stražnju osovinu. To, pak,
nikako ne treba miješati s prostornom osovinom kakvu
je u svoja vozila prvi masovno počeo ugrañivati
Mercedes. Primjer jedne Multilink osovine je i stražnji
ovjes porscheove Carrere (slika 3). Ova osovina ima
dva poprečna ramena pričvršćena uz donji dio kotača
(donja ravnina) te dva ramena uz gornji dio kotača
(gornja ravnina). I ovdje se vidi kako se radi o
pojedinačnim "šipkama", dakle ramenima jednostavnog
oblika te takva osovina s pravom nosi naziv "Multilink"
jer se sastoji od (ukupno) čak 8 ramena.
Da nisu sve stražnje osovine Multilink konstrukcije
pokazuje i primjer sa slike 4, stražnji ovjes nove BMWove Serije 3. Ovdje su, vjerojatno prvenstveno radi
uštede prostora, postavljena ramena koja se
rasprostiru u dva smjera. Na slici su jasno vidljiva
sl. 4 - Kombinirana ramena - dosta prostora
poprečna aluminijska ramena (srebrno) u kojima leže
u "repu" (BMW Serija 3)
spiralne opruge, te uzdužna ramena (crno) koja su veoma savinuta i dodatno nose kotače.
Vidljivo je da ovakva konstrukcija omogućava široko postavljanje opruga i amortizera
izmeñu kojih se otvara veliki slobodan prostor.
Ništa nije jednostavno...
Slobodno možemo reći kako u svim područjima automobilske
tehnike ima nekih odstupanja od "školskih primjera". Tako jednu
od verzija priče o stražnjoj osovini svakako moramo pobliže
objasniti - pomoćni okvir ("subšasija"). Na slici 3 vidimo stražnju
osovinu Carrere s pomoćnim okvirom. Taj okvir u stvari je
aluminijska konstrukcija na koju su pričvršćeni gotovo svi dijelovi
stražnjeg ovjesa. Uloga pomoćnog okvira (u manjem obliku vidljiv
je i na slikama 2 i 4) je u tome da preuzima sile prije nego li ih
ovjes prenese na karoseriju. Ovako se, upotrebom pomoćnog
okvira, može bolje konstrolirati ponašanje ovjesa te, posredno i
automobila. Uz to, pomoćni okvir znatno olakšava montiranje
automobila u tvornici jer se dijelove ovjesa (svih 8 ramena, dva
amortizera, 2 spiralne opruge, nosače stabilizatora itd.) više ne
mora pojedinačno pričvršćivati za karoseriju. Sada je dovoljno
spojiti pomoćni okvir i "priča" je gotova.
Još jedna verzija priče o stražnjem ovjesu vidljiva je i na
sl. 5 - Tek mala varijacija na temu posljednjoj, slici 5. Ponovno, kao i na prošlome satu, prikazujemo
Bugatti EB 110
zanimljivi ovjes Bugattia EB 110. Ovdje je vidljivo kako je stražnji
ovjes tog automobila opremljen s dvostrukim kompletom opruga i
amortizera (motor je smješten središnje - težište je kod EB 110 pomaknuto znatno unatrag) kako bi
ovjes podnio izuzetna opterećenja predviñena pri vožnji visokim brzinama. I ovaj se stražnji ovjes
sastoji od dva para ramena (trokutastih, pa ga stoga ne nazivamo "Multilink") te jednim dodatnim
ramenom.
Završavajući priču o ovjesu moramo napomenuti kako o njegovim karakteristikama značajno ovisi
ponašanje automobila na cesti. Osim što je automobil s dobrim ovjesom sigurniji, on je nerijetko i brži
od nekog automobila koji ne stoji na toliko "sigurnim nogama". Stoga staru mudrost prema kojoj
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
autombil s dobrim ovjesom može, unatoč slabijem motoru, biti brži od automobila sa lošijim ovjesom
potkrepljujemo i slijedećim podatkom: Porsche 911 GT3 je, unatoč čak 60 KS slabijem motoru i 3
km/h nižoj najvećoj brzini, od modela 911 Turbo brži na zatvorenoj stazi. Walter Röhrl je s modelom
911 GT3 postao tako prvim vozačem koji je sjevernu stazu Nürburgringa (Nordschleife, krug iznosi
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
20,8 km) sa serijskim automobilom prošao za manje od 8 minuta (7:56). Ovo, dakako, ne govori da
911 Turbo ima loš ovjes, već da je tuniran za udobnost, a ne 100-postotno ležanje na cesti.
sl. 6 - Najjače nije uvijek i najbrže: Porsche 911 GT3 (lijevo) i 911 Turbo
Puhalice
25. kolovoza 1999.
Koliko god mi filozofirali o nekakvim viševentilskim
motorima, dorañenoj elektronici i tko zna čemu,
ozbiljna igra sa snagom započinje tek s primjenom
puhalice
Iako vjerujemo kako su se gotovo svi autoljupci barem
jednom negdje sreli s temom turbopunjača, moramo misliti
i na one koji to nisu. Uostalom, ovo je ipak škola za
početnike. No i vama koji mislite da su puhalice mačji
kašalj, savjetujemo jedno solidno ponavljanje gradiva.
Stoga, sjednite u klupe!
Većina današnjih motora koji pokreću automobile koristi
tzv. "atmosferski usis". Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za
nekakve atmosferske motore, barem u pričama o Formuli
1. No, dakle. Poznato nam je iz prijašnjih nastavaka da je
zrak iz atmosfere potrebno nekako ugurati u cilindar. Silu
koja se za to brine nazivamo Atmosferski tlak i radi se o uobičajenom pritisku zraka koji nas okružuje
na površini mora (atmosferski tlak iznosi 14,7 psi = 101,3 kPa = 1 bar). Klip u svojem gibanju od
gornje mrtve točke stvara u cilindru podtlak, obično nazvan i (djelomični) vakum. Taj podtlak dovodi
do razlike izmeñu atmosferskog pritiska i onog u usisnom sustavu motora (koji je pri usisnom taktu
manji od atmosferskog). Upravo zbog toga, naša sila - Atmosferski tlak, tjera zrak u usisni sustav i,
ovisno o otvorenosti leptira, u sam cilindar. No, poznato nam je i da je za izgaranje neke količine
goriva u cilindru potrebna i odreñena količina zraka. Logično je da, želimo li iz motora izvući veću
snagu, moramo u njemu sagorjeti i više goriva. No, za taj je proces potrebno i više zraka, a
atmosferski ga tlak ne može ubaciti u usis više nego li to odreñuje spomenuta razlika pritisaka. Tu
u pomoć uskaču ureñaji za prednabijanje zraka koje dodajemo atmosferskim motorima kako bi im
povećali snagu, zadržavajući pri tome isti radni obujam.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Sve ureñaje za prednabijanje zraka zajedničkim
imenom nazivamo "kompresori", a razlikujemo
turbokompresore (pokretane strujom ispušnih
plinova) te mehaničke kompresore (pokretane
remenom ili lancem s koljenastog vratila). U prvom
nastavku priče o prednabijanju reći ćemo riječdvije o turbokompresorima (turbopunjačima).
Princip rada ove vrste kompresora vidljiv je na slici
1. Turbokompresori se sastoje od dva osnovna
dijela, a to su: turbina kompresora te pogonska
turbina. Kompresorska turbina u stvari je kotač na
kojem se nalaze lopatice. Rotacija tih lopatica
pokreće zrak koji je pod atmosferskim tlakom ušao
u kompresor iz dovoda (cijevi koja vodi od filtera
zraka ili sl.) te ga pod povećanim tlakom tjera dalje
prema motoru, odnosno, cilindrima. Na drugom
kraju osovine na kojoj se nalazi kompresorska
turbina smještena je pogonska turbina. I ova
turbina ima kotač s lopaticama a pokreće ju struja
sl. 1 - Shematski prikaz turbopunjača
ispušnih plinova koja dolazi iz cilindara (ispušne
grane motora). Ispušni plinovi tako prolaze preko
lopatica pogonske turbine što izaziva njihovu rotaciju, nakon čega napuštaju turbokompresor
putujući dalje, u ispušni sustav. Kako su pogonska i kompresorska turbina spojene jednom osovinom,
struja ispušnih plinova posredno pokreće i kompresorsku turbinu. Jasno je iz samog načela rada
turbokompreora da kao rezultat na njegovom izlazu dobivamo struju zraka pod pritiskom većim od
atmosferskog. Tako je u cilindre moguće ubaciti više zraka, a samim time i više goriva koje će u
potpunosti sagorjeti. Rezultat svega je značajno
povećanje snage motora.
Jasno je da se s povećanjem pritiska na papučicu
akceleratora (dodavanjem gasa) povećava i brzina
rada motora, a samim time i brzina strujanja ispušnih
plinova. Rezultat toga je i povećanje brzine okretanja
turbina u turbokompresoru (brzine dostižu i do
120.000 o/min). Ipak, kao i toliko puta do sada,
moramo zadovoljiti neke kompromise.
Turbokompresor je proračunan da daje neke
odreñene vrijednosti pritiska (prednabijanja) na
izlazu iz turbine pri odreñenim brzinama rada
motora. No, jasno je da njegova uloga mora pokrivati
što veći raspon brojeva o/min. Problem se javlja kada
motor natjeramo u područja visokih okretaja.
Turbokompresor, koji je proračunan da daje potreban
pritisak i pri nižim brojevima o/min, pri izrazito
visokim brzinama može početi isporučivati previsoki
sl. 2 - Kučišta pogonske i kompresorske turbine
pritisak prednabijanja. Kako bi se spriječile moguće
štete koje bi ovako visok pritisak uzrokovao, uz
turbokompresore se ugrañuju i "wastegate" (dump-valve) sigurnosni ventili (zlatni dio na vrhu
turbokompreora - početna slika). Uloga ovih ventila je da oslobode dio pritiska s izlaznog dijela
turbokompresora (puštajući ga u atmosferu) i tako smanje tlak u usisnom sustavu. Wastegate ventili
obično su pokretani pneumatskim putem pomoću membrane (dijafragme) koja se nalazi pod pritiskom
proizvedenim u turbini. Kada ovaj pritisak dostigne najveću proračunanu vrijednost, membrana ovog
ventila pomiče polugu koja pak otvara tzv. "bypass" prolaz. Bypass je u stvari cijev kroz koju suvišni
pritisak napušta usisni sustav motora. Valja napomenuti kako su wastegate ventili u nekim
automobilima pokretani i elektromagnetski, uz kontrolu središnjeg računala.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Na slici 3 prikazan je turbokompresor
promjenjive geometrije. Naime, osim
prevelikog pritiska, u prednabijanju se
javlja i problem poznat kao "kašnjenje"
(turbo-lag). Svi koji su vozili automobile s
turbokompresorima stalne geometrije
poznaju efekt koji se javlja pri naglom
dodavanju gasa u nižim brojevima
okretaja. Kako je cijeli kompresor
proračunan za neke srednje vrijednosti
pritiska ispušnih plinova, jasno je da pri
niskim brojevima o/min tlak u ispuhu nije
dovoljan da zavrti lopatice pogonske
turbine na brzinu potrebnu za ostvarivanje
potrebnog pritiska prednabijanja. U
"običnim" se turbo-automobilima tako
može osjetiti nagli udar (naglo ubrzanje)
koji dolazi kada se tlak u ispuhu dovoljno
poveća. Kako bi se izbjegli ovakvi
nedostaci i postigao efikasan rad
turbopunjača pri nižim brojevima okretaja
sl. 3 - Turbokompresor promjenjive geometrije
motora, izmišljene su pogonske turbine s
krilcima promjenjive geometrije. Ovakva
(dodatna) krilca, upravljana središnjim računalom, usmjeravaju struju ispušnih plinova na lopatice
pogonske turbine kako bi se najbolje iskoristio raspoloživi pritisak struje ispuha te poboljšalo
prednabijanje i pri nižim brojevima okretaja. Drugi način rješavanja ovog problema je u postavljanju
dvaju turbopunjača (bi-turbo) manjih dimenzija čije su mase pokretnih dijelova manje te postižu
potrebnu brzinu vrtnje i uz relativno sporu struju ispušnih plinova.
sl. 4 - Položaj turbopunjača na motoru (Cosworth Turbo)
Ostatak priče
1. rujna 1999.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
U prvom dijelu priče o puhalicama razmotrili
smo rad turbinom pokretanih punjača.
Danas govorimo o još dvije varijante
punjenja motora pod povišenim pritiskom,
njihovom miješanju s turbokompresorima te
mističnom intercooleru
Govoreći o turbokompresorima naši su nastavnici
tijekom proteklog sata spomenuli nešto u stilu:
"Sve ureñaje za prednabijanje zraka zajedničkim
imenom nazivamo "kompresori", a razlikujemo
turbokompresore (pokretane strujom ispušnih
plinova) te mehaničke kompresore (pokretane
remenom ili lancem s koljenastog vratila)". E, pa
upravo u skladu s time, današnji nastavni sat
objašnjava što su i kako rade tzv. mehanički
kompresori (punjači) sabijenog zraka.
sl. 1 - Shematski prikaz rada
Rootsovog punjača s (ravnim)
trokrakim rotorima
U raširenoj upotrebi danas susrećemo dvije vrste mehaničkih
kompresora, a to su Roots-ov punjač i Spiralni ili "G" punjač. Osnovna
prednost mehaničkih punjača pred onima pokretanim strujom ispušnih
plinova upravo se nalazi u načelu njihova pokretanja. Kako se radi o
direktnom pogonu, vezanom uz koljenasto vratilo, mehanički punjači ne
pate od (u prethodnom nastavku spominjanog) kašnjenja. Drugim
riječima, pri dodavanju gasa, motor se počinje brže okretati (time i
radilica) što istovremeno povećava brzinu okretanja pogona koji
pokreće mehanički punjač. Osnovna je prednost ovakvog sustava,
dakle, u tome što motori opremljeni mehaničkim punjačima brže
prihvaćaju promjenu položaja papučice akceleratora, a sam punjač
efikasno radi već pri nižim brojevima o/min. Ipak, mehanički punjači
imaju i svojih mana. Vjerojatno najnezgodnija, očituje se u velikoj buci
koju ovakvi punjači proizvode, a motori opremljeni njima poznati su i po
izraženijoj "žeñi" za gorivom. Kao i uvijek, i u slučaju izbora vrste
punjača sabijenog zraka odluka je stvar kompromisa, a pravo će
rješenje ovisiti o
potrebama odreñenog
pogonskog stroja.
Rootsov punjač (čije shematsko načelo rada vidimo
na sl. 1) uobičajeniji je od ova dva tipa mehaničkih
punjača. Osnovu njegove konstrukcije čine dva
rotora koji se okreću unutar kučišta. Ovi rotori imaju
obično dva do tri kraka (neki ih nazivaju i
"resicama") ravnog ili spiralnog (sl. 2) oblika. Rotori
su meñusobno povezani zupčanicima (po jedan na
osovini svakog rotora) koji su, pak, pokretani
remenom ili lancem s radilice. Pogon Rootsovog
punjača tako je izveden da se rotori okreću dva do tri
puta brže od brzine motora (broj okretaja
koljenastog vratila) pa ovakav kompresor u stvari
djeluje kao pumpa koja naprosto ubrzava strujanje
zraka prema usisnom dijelu motora iznad brzine koju
bi se postiglo samim podtlakom što ga stvara klip
sl. 2 - Rootsov punjač jaguarovog 6-cilindraša sa
tijekom usisnog takta. Prema načelu rada, Rootsov
spiralnim rotorima (krakovi rotora su malo uvijeni)
se punjač naziva i "Zračnom pumpom pozitivne
istisnine" jer je obujam zraka koji se istisne u usis
motora jednak pri svakom okretaju rotora, bez obzira na brzinu rada motora.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Druga vrsta mehaničkog punjača je spiralni
kompresor ili "G" punjač (sl. 3), kakav često
susrećemo kod VW-ovih motora s prednabijanjem.
Ovaj punjač, koji je ime "G" dobio zbog oblika
spirala, takoñer spada u skupinu zračnih pumpi
pozitivne istisnine. Osnovu "G" punjača čini spiralni
escentar koji unutrašnjost njegova kučišta dijeli na
vanjsku i unutarnju komoru. Moramo priznati da je,
bez niza shematskih prikaza (za koji ipak nemamo
dovoljno prostora), veoma teško objasniti rad
spiralnog punjača, no pokušat ćemo cijelu priču
oslikati riječima. Značajka rada spiralnog ekscentra
kod "G" punjača je u tome da on ne rotira unutar
kučišta već se giba ekscentrično (uh, ovo se fakat
zakompliciralo...) u spiralnom kučištu. Izmeñu
sl. 3 - Konstrukcija i pogon spiralnog punjača
mjesta gdje ekscentar dodiruje kučište i mjesta
(koncern VAG)
gdje je on od kučišta odmaknut, stvara se prostor u
koji ulazi zrak. Gibanjem ekscentra mijenja se
položaj točke dodira i mjesta odmaka od kučišta čime se ostvaruje kretanje i komprimiranje zraka
unutar samog punjača. Tako "G" kompresor na svom izlaznom otvoru (obično oko sredine kučišta)
stvara pritisak zraka viši od onog na ulaznom. Dvije osovine zadužene su za pokretanje ekscentra
spiralnog punjača. Pogonska osovina drži ekscentar i omogućava njegovo gibanje, dok
ekscentrična osovina kompenzira rad pogonske kako se ekscentar ne bi počeo rotirati. Ove su dvije
osovine meñusobno povezane malim nazubljenim remenom čiji je "posao" da ih prilikom okretanja
zadrži u odreñenom meñusobnom odnosu, tj. "u fazi".
Mali dodatak na kraju priče o trima punjačima
odnosi se na sliku 4. Već je na prvi pogled
jasno zbog čega su neki konstruktori posezali
za ovakvom, hibridnom, konstrukcijom s dva
punjača različitih načela rada. U prvom smo
nastavku priče o prednabijanju rekli kako se
problem turbo-kašnjenja katkada rješava
postavljanjem dvaju, manjih, kompresora (biturbo). No, moguće ga je riješiti i tako da se
na motor postavi mehanički kompresor, koji
reagira na dodavanje gasa trenutno (i time
"pokriva" područje niskih o/min), kombiniran s
turbokompresorom koji većinu svog posla
odrañuje pri višim brzinama rada motora
(zgodno, zar ne?).
Došli smo
do
sl. 4 - Najbolje iz oba svijeta - Motor Lancie Delte S4 (rally,
posljednje
Grupa B) bio je opremljen turbopunjačem (1) i Rootsovim
g odlomka
kompresorom (2)
teme o
prednabija
nju. Naime, poznato nam je iz svakodnevnog života da se plinovi
prilikom širenja (povećavanja obujma) hlade. Kada pritisnete ventil
na dezodoransu (pardon, deodorantu) oslobaña se stlačeni sadržaj
bočice čime mu se naglo povećava obujam. Dakako, osjetit ćete
kako vas taj mlaz hladi. Upravo obrnuto, dogaña se kada plinovima
naglo smanjujemo obujam, tj. kada ih komprimiramo. Primjera
radi, sjetite se pumpe za bicikl. Nakon dosta rada, njezino se
kučište znatno ugrije, upravo stoga što smo u njemu sabijali zrak.
Jednako tako se i zrak sabijen u turbopunjaču ili mehaničkom
sl. 5 - Intercooleri ili, književnije,
kompresoru znatno zagrijava. No, zagrijavanjem mu se povećava
"hladnjaci sabijenog zraka"
obujam i pada gustoća. Rjeñi zrak, dakako, sadrži manje kisika
potrebnog za izgaranje goriva. Takoñer, pregrijani bi zrak u
cilindru, prilikom kompresijskog takta, mogao izazvati i detonativno izgaranje (samozapaljenje
smjese). Jasno je da zrak, komprimiran u nekom punjaču, treba stoga ohladiti. Za hlañenje sabijenog
zraka koriste se hladnjaci (intercooleri) čija je konstrukcija u osnovi jednaka onoj hladnjaka za
rashladnu tekućinu. S jedne strane ulazi zagrijani komprimirani zrak, a s druge izlazi ohlañen nakon
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
izmjene topline s okolinom. Intercooleri, ipak, nisu potrebni na svim motorima s prednabijanjem, već
ih se ugrañuje pretežno u snnažnije automobile kod kojih se koriste viši pritisci prednabijanja.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 6 - Strujanje zraka sabijenog u
punjaču (crne strelice) i hladnog zraka
iz okoline kod motora s intercoolerom
Kvačilo
29. rujna 1999.
No, dobro. Završili smo s motorom i
prelazimo na druge dijelove
automobila. Sada bi vas, doduše,
trebali poslati na ispit iz prethodnog
poglavlja, no naši su nastavnici
plemeniti...
U posljednje smo vrijeme dobili više
pisama u kojima nas pitate, ili nam
predlažete, kada ćemo u Školici početi
pisati o nekim drugim dijelovima
automobila (osim motora). Treba
naglasiti da je naš nastavni program
takav da svako područje obrañujemo
detaljno i, katkada, malo sporo. No,
motor se sastoji od mnogo vitalnih
dijelova i priključenih agregata, te smo
na njega s pravom potrošili čak 22 školska sata. Sada je, početkom nove školske godine, došlo
vrijeme za neka druga područja. Prelazak na novi dio nastave "ublažili" smo s dva, neutralna,
teksta iz kojih smo naučili ponešto o tekućinama bez kojih - ni makac. Stoga, zasučite rukave.
Poglavlje o prijenosu snage motora započinjemo danas, pričom o kvačilu.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 1 - Sastavni dijelovi kvačila s tanjurastom oprugom
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Kvačilo (ili kuplung) je dio koji služi da bi se, prema potrebi, mogao prekinuti prijenos snage
izmeñu motora i mjenjača. Da malo pojasnimo, reći ćemo kako prijenos snage u automobilu
započinje na izlaznom dijelu koljenastog vratila i nastavlja se na kvačilo odakle odlazi prema
mjenjaču. Iz mjenjača, snaga se prenosi do diferencijala te, na kraju, putem (polu)osovina do
kotača. Uz ovo, jedna mala digresija. Kao i uvijek, da bi štovani kolege strojari mogli u miru
spavati, napominjemo kako ćemo radi lakšeg razumijevanja teme govoriti o "prijenosu snage
motora", premda bi, možda, ispravnije bilo reći "prijenos momenta motora". Najznačajniji dio
kvačila, koji vidite lijevo na našoj glavnoj slici, je tzv. lamela, ili stručnije, tanjur spojke. Radi
se u stvari o metalnom kolutu na koji su s obje strane zalijepljene (ili zakovane) obloge. Ove
obloge, rade na istom principu kao i obloge kočnica, tj. kada su pritisnute o zamašnjak
osiguravaju trenje potrebno da bi se snaga prenosila bez gubitaka. No, cijela priča zapravo
počinje od zamašnjaka. Zamašnjak, koji je pričvršćen na izlaznom dijelu koljenastog vratila,
ima na sebi površinu predviñenu za nalijeganje lamele kvačila. S druge strane lamele kvačila
nalazi se potisna ploča. Pritiskom na papučicu kvačila u stvari se pomiče potisna ploča
(posredstvom potisnog ležaja). Ona, tada, pritisne lamelu kvačila o zamašnjak (vidi sl. 2) te se
cijeli taj sustav počinje okretati. Iz slika je vidljivo i to da kolut od kojega se sastoji lamela
kvačila ima u sredini nekakav nazubljeni otvor. U tom je otvoru pričvršćena osovina kvačila
koja, kada je lamela pritisnuta o zamašnjak i kada se okreće, prenosi snagu s koljenastog
vratila prema mjenjaču. Na kolutu lamele kvačila nalaze se i opruge čija je uloga u ublažavanju
trzaja koji bi se mogao prenijeti na mjenjač kada "otpustimo kuplung" (kada se lamela zavrti
zajedno sa zamašnjakom).
sl. 2 - Načelo rada kvačila s tanjurastom (lijevi par) i spiralnim oprugama. Položaj a) - kvačilo
prenosi snagu, položaj b) - kvačilo je razdvojeno
Je, da ne bi sve bilo tako jednostavno, naše kvačilo ima još nekoliko bitnih dijelova. Jedan od
bitnijih je i potisna ploča. Radi se opet o nekakvom metalnom tanjuru (ili prstenu, što ovisi o
vašem filozofskom pristupu problemu...) s namjenom da lamelu kvačila pritisne o zamašnjak.
Potisna ploča je tako napravljena da se može slobodno okretati. To je potrebno zato što
potisna ploča, kada je papučica kvačila otpuštena, u stvari čvrsto naliježe na lamelu kvačila
koju, s druge strane, okreće zamašnjak. Da bi se mogao ostvarivati potreban pritisak potisne
ploče na lamelu kvačila (dovoljan da prijenos snage s radilice prema mjenjaču "poteče" bez
proklizavanja), s njene se stražnje strane nalaze opruge. Ove opruge pritišću potisnu ploču
prema lameli kvačila, a samu lamelu prema zamašnjaku. To je "normalni" položaj kvačila i u
njemu je omogućen prijenos snage. Kada pritisnemo papučicu kvačila, mi u stvari,
posredstvom niza poluga, djelujemo na sabijanju ovih opruga čime se lamela kvačila odvaja od
zamašnjaka. Tako se, pritiskom na papučicu, prekida prijenos snage kroz kvačilo. Opruge koje
pritišču potisnu ploču mogu biti spiralne ili tanjurastog oblika (uobičajenije). Sastavni dijelovi
kvačila s tanjurastom oprugom prikazani su na našoj slici 1. Poklopac spojke nepomično je
pričvršćen na zamašnjak i okreće se zajedno s njime. Na njega se, s unutarnje strane,
oslanjaju opruge koje pritišću potisnu ploču. Potisni ležaj posljednji je od vitalnih dijelova
spojke, a preko njega se prenosi sila s polužja koje vodi od papučice kvačila. Unutar potisnog
ležaja prolazi osovina kvačila, prema mjenjaču.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Svatko tko je vozio automobil s automatskim mjenjačem
zna da u njemu nije trebao pritiskati papučicu kvačila.
Da bi takva vožnja, s automatskim mijenjanjem
stupnjeva prijenosa, bila moguća, automobili s
automatskim mjenjačima opremljeni su hidrauličkim
kvačilom. Osnovni dijelovi hidrauličkog kvačila su dva
rotora, od kojih rotor pumpe pokreće motor, a rotor
turbine nalazi se sa strane mjenjača (sl. 3). Ova dva
rotora okreću se neovisno jedan o drugome unutar
kučišta napunjenog uljem. Uz to, rotori su odvojeni
malim meñuprostorom tako da nigdje nisu u kontaktu.
Kada motor zavrti rotor pumpe, centrifugalna sila
pokreće ulje prema lopaticama rotora turbine.
Dodavanjem gasa ubrzava se okretanje rotora pumpe
čime se povećavaju inercijske sile ulja koje kruži unutar
zatvorenog kučišta. Kada ove sile svladaju otpor rotora
turbine, on se počinje okretati, prenoseći tako snagu
motora prema mjenjaču. Iz ovog je opisa vidljivo da
sl. 3 - Hidrauličko kvačilo
prijenos snage unutar hidrauličke spojke ovisi o brzini
rada motora. Stoga su hidrauličke spojke automobila
opremljenih automatskim mjenjačima proračunate tako da pri najnižim brojevima okretaja
(prazni hod) meñu rotorima djeluju iznimno male sile. Rezultat je mirovanje rotora turbine, a
time i mjenjača te samog automobila. U praksi se ovi sustavi izvode s malo povećanim
djelovanjem sila na rotor turbine, pa nerjetko vidimo da vozači automobila s automatskim
mjenjačem stalno drže nogu na kočnici - automatici već bez dodavanja gasa lagano kreću
naprijed. Na slici 4 prikazane su tri faze rada hidrauličkog kvačila:
a) u praznom hodu inercijske su sile premale da bi zavrtile rotor turbine
b) pri srednjem broju o/min motora kvačilo kao da "proklizava" - rotor pumpe se još uvijek
okreće znatno brže od rotora turbine
c) pri visokim se brojevima okretaja motora javljaju velike sile unutar kučišta kvačila. Inercija
ulja tada je dovoljno visoka da pokrene rotor turbine istom brzinom kao i rotor pumpe
I na poslijetku, čemu sve to? Uloga
kvačila je u prekidanju prijenosa snage
s motora na mjenjač. Dakako, ovaj je
prekid neophodan kako bi se omogućilo
mijenjanje brzina, bez da pri tome
"sameljemo" unutrašnjost mjenjača.
P.S. Kad nakon ovog nastavnog sata
krenete doma i sjednete u auto, ne
zaboravite stisnuti kuplung...
sl. 4 - Tri faze rada hidrauličkog kvačila
Mjenjač
6. listopada 1999.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Ivice, reci nam čemu služi kvačilo? Pa,
hm, da vozaču ne bi bilo dosadno.
Mislim, da služi kako bi on imao što
pritiskati tijekom vožnje. Sjedni Ivice,
pišem ti jedinicu i nauči do slijedećeg
tjedna!
Ovaj podnaslov ne znači da samo oni koji
se zovu Ivica ne znaju ništa o kvačilu. Znači
tek, da neki nisu ponovili gradivo. Pa, recite
sada, kako ćemo na slijedeći sat, ako neki
ne znaju niti što smo pričali na proteklom?
No, u redu. recimo da svi znate o čemu se
radilo.
Kao što smo već u proteklom nastavku
Školice rekli, sustav prijenosa snage
automobilskog motora započinje kvačilom
koje je pričvršćeno na izlaznom dijelu
koljenastog vratila. Poslije kvačila, na red
dolazi mjenjač ("getriba" za ljubitelje
lokalnog dijalekta). Zapravo, kvačilo upravo i služi tome da bismo mogli upotrebljavati
mjenjač. Pojednostavnjeno govoreći, da bi se promijenio stupanj prijenosa (brzina) potrebno
je, na kratko vrijeme, prekinuti prijenos snage s motora na mjenjač. Upravo tu, u "igru" ulazi
kvačilo koje
omogućava taj prekid.
No, koja je zapravo
uloga mjenjača?
Mala opaska. Slike i
tekst koji ih prati,
dosta su
pojednostavnjeni.
Jasno je, samo po
sebi, da ćemo danas
teško susresti
automobil s ručnim
mjenjačem koji ima
tek četiri stupnja
prijenosa. No, kako svi
ručni mjenjači rade
prema jednakom
načelu, odabrali smo
opciju jednostavnijeg
primjera.
Kada bismo pogon, iz
motora, "tjerali"
izravno na kotače, naš
bi se teorijski
automobil ponašao
poput jednostavnog
autića s
elektromotorom.
Koliko gasa - tolika
brzina. Ipak, u praksi
je potrebno naći neke
kompromise (zar
sl. 1 - Ručni mjenjač s četiri stupnja prijenosa
opet?). Uzmemo li u
obzir činjenicu da se
motor automobila okreće brzinom proporcionalnom pritisku na papučicu akceleratora (gasa),
mogli bismo brzinu kretanja prilagoñavati isključivo pritiskom noge. Ipak, ta je teorija izvediva
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
isključivo u idealnim uvjetima. Kada bi takav automobil došao na uzbrdicu, naglo bi se
povećalo opterećenje na njegov pogonski sustav i motor bi s vremenom (stalno gubeći broj
okretaja) prestao raditi. Upravo stoga, u automobilski sustav prijenosa snage ugrañuju se
mjenjači. Uzmimo sada, ilustracije radi, svima znatno bliži primjer - bicikl. Kada se vozite po
ravnoj cesti, mjenjač vam se nalazi u, recimo, 5. stupnju prijenosa. No, iznenada se ispred vas
stvorila uzbrdica. Jasno je, prebacujete u "nižu" brzinu (stupanj prijenosa koji označujemo
manjim brojem). Primjer bicikla je veoma koristan, jer se kod njega prijenosni odnosi izvode u
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
njihovom najjednostavnijem (gotovo teorijskom) obliku. Tako kod jednostavnijeg bicikla, na
osovini pedala imamo jedan zupčanik odreñenog promjera i (što je u stvari relevantno)
odreñenog broja zubaca. Kada je mjenjač "ubačen" u brzinu kojom se s ovog zupčanika
prijenos snage vodi na zupčanik jednakih dimenzija (jednakog broja zubaca) govorimo o tzv.
"direktnom prijenosu". Dakle, koliko puta okrenemo pedale, toliko će se puta okrenuti i kotač
jer je zupčanik na osovini pedala vezan lancem sa onim zupčanikom na osovini kotača koji ima
jednak broj zubaca. Ipak, dolaskom uzbrdice ubrzo će vam ponestati snage. Rješenje koje se
jedino postavlja jest prebacivanje mjenjača u "niži" stupanj prijenosa. To znači da ćete sada
prijenos prebaciti na zupčanik (na kotaču) koji ima veći broj zubaca od zupčanika na osovini
pedala. Efekt ovakvog prebacivanja je taj da (ukoliko sada zupčanik na osovini kotača ima npr.
2 puta više zubaca od onog na osovini pedala) pedale okrećete jednakom brzinom kao i
prije, no kotač se okreće upola sporije. Ipak, sada je efektivna snaga koju prenosite s pedala
na
kotač dva puta veća što vam omogućava vožnju uzbrdicom.
Kod našeg automobila, kao što vidimo
iz primjera bicikla, možemo stoga
podešavati snagu koju prenosimo na
pogonske kotače promjenom stupnja
prijenosa. Dakako, obrnuti slučaj
takoñer vrijedi. Drugim riječima,
šaljemo li pogon s motora na zupčanik
mjenjača koji je većeg broja zubaca
od zupčanika na kotaču, smanjit ćemo
sl. 2 - a) direktan prijenos, b) uzbrdica
snagu pogona, no i povećati brzinu
okretanja kotača. U praksi, prijenosni
odnosi mjenjača u automobilima završavaju na nekih (npr.) 0,82 : 1. To znači da neki
automobil, čiji prijenosni odnos u najvišem (recimo petom) stupnju prijenosa iznosi 0,82
naprema 1, za svakih 0,82 okretaja koljenastog vratila napravi 1 okretaj osovine koja izlazi iz
mjenjača. Kada bi to bio bicikl, (dakle bez diferencijala - vidi slijedeći nastavak), kotač bi se
okretao brže od pedala. U praksi to znači veliku brzinu vožnje, no malu snagu za svladavanje
uzbrdice. Dakako, u nižim prijenosnim odnosima ovi se omjeri znatno mijenjaju, pa tako u 1.
brzini možemo imati odnos od 3,42 : 1. To znači da će se radilica okrenuti 3,42 puta dok se
osovina koja izlazi iz mjenjača okrene tek 1 put. S ovakvim bi prijenosnim odnosom na biciklu
ostvarili 3,42 puta sporije okretanje kotača od pedala, ali i 3,42 puta veću snagu (moment,
preciznije) koju prenosimo na cestu. Poanta cijele priče je ta da motoru smanjimo opterećenje
koje u odreñenim situacijama mora podnositi, te da u obrnutom slučaju povećamo brzinu
kretanja vozila.
sl. 3 - Stupnjevi prijenosa mjenjača s 4 brzine: 1) prazni hod, 2) 1. brzina, 3) 2. brzina, 4) 3. brzina,
5) 4. brzina, 6) hod unazad (rikverc)
Mjenjač, ili mjenjačka kutija, je u stvari hrpetina zupčanika koje pomoću nekakvih poluga
dovodimo u željene meñusobne odnose. Tako prebacivanjem ručice mjenjača (govorimo o
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
ručnom, ili manualnom, mjenjaču kod kojeg se stupnjevi mijenjaju rukom, a ne automatski)
poluge (vilice za pomicanje zupčanika u mjenjaču) mijenjaju meñusobne položaje zučanika
čime se ostvaruju i promjene u prijenosnim odnosima.
1) Prazni hod: Zupčanici izlazne osovine (I) koja vodi od kvačila odn. koljenastog vratila čvrsto
su vezani za osovinu i okreću se s njom. No, zupčanici pogonske osovine (P) koja vodi do
diferencijala odn. kotača slobodno se okreću na svojoj osovini i ne prihvaćaju pogon od
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
zupčanika izlazne osovine
2) 1. brzina: Najveći zupčanik pogonske osovine poluge čvrsto spajaju s najmanjim
zupčanikom izlazne osovine (najveći prijenosni odnos, npr. 3,42 : 1 što znači da zupčanik na
osovini koja vodi k diferencijalu ima 3,42 puta više zubaca od zupčanika izlazne osovine s
kojim je u vezi). Ostvaruje se najveći prijenos snage k pogonskim kotačima, ali i najmanja
brzina njihovog okretanja
3) 2. brzina: Sada se zupčanik 1. stupnja prijenosa opet slobodno okreće na pogonskoj
osovini. Čvrsto spojen s njom u ovom je slučaju zupčanik za 2. brzinu kojeg su poluge (vilice)
za pomicanje zupčanika dovele u vezu s odgovarajućim zupčanikom na izlaznoj osovini.
Ostvaren je (npr.) prijenosni odnos od 1,84 : 1 u korist zupčanika na pogonskoj osovini
(pogonska osovina se okreće 1,84 puta sporije od izlazne)
4) 3. brzina: Slično kao i u prošlom primjeru, sada su zupčanici pogonske osovine (1. i 2.
brzina) "izbačeni iz igre", a posao obavlja zupčanik 3. stupnja prijenosa. Ostvaruje se odnos od
npr. 1,29 : 1 što znači da se pogonska osovina sada okreće 1,29 puta sporije od izlazne
5) 4. brzina: Pojednostavnjenim primjerom prikazujemo završni stupanj prijenosa. Svi su
zupčanici pogonske osovine isključeni, te se pogon s izlazne osovine nastavlja u jednakom
omjeru na pogonsku osovinu. Drugim riječima, omjer prijenosa je 1 : 1, tj. za svaki će se
okretaj koljenastog vratila osovina koja vodi k diferencijalu okrenuti 1 puta.
6) hod unazad: Poluge za pomicanje zupčanika sada su uključile jedan zupčanik izmeñu
zupčanika izlazne i pogonske osovine. Jasno je da se sada zupčanik pogonske osovine okreće u
suprotnom smjeru (prijenosni odnos je npr. 3,42 : 1)
O bože, ako je sada nekome sve ovo jasno, neka se trenutno javi. Odmah će dobiti
peticu! Jel' tako Ivice?
sl. 4 - Polužje koje vodi od ručice k mjenjačkoj kutiji
Automatski mjenjač
Ono što je nekoć bila tek privilegija bogatih, danas
nalazimo i u automobilima najnižih klasa - automatski
mjenjač
Jučer smo okupili nastavnike da pogledaju što li su sve
"nadrobili" tijekom proteklog sata Školice. Zaključivši da je
priča o mjenjaču doista komplicirana i, vjerojatno, nekima
donekle nerazumljiva, odlučili smo malo smanjiti tempo. Za
danas... Stoga, umjesto slobodnog sata koji vam ne možemo
dati, evo jedne kratke priče posvećene onima koji često stoje
usred gradske gužve. Danas pričamo o automatskom
mjenjaču - jednoj od blagodati moderne tehnike.
13. listopada 1999.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 1 - Djelomični presjek i najznačajniji dijelovi automatskog mjenjača
Neke se stvari, katkada, počnu razvijati iz krivog smjera. Kada je krenula masovnija upotreba
automatskog mjenjača, moglo ga se dobiti tek u luksuznim automobilima. To je, u stvari
paradoks. Naime, automatski je mjenjač najkorisniji upravo u gradskoj gužvi kada za
prijeñenih 50-ak metara treba stati i krenuti desetak puta. U gradskoj gužvi, pak, najčešće
srećemo male automobile. Svi oni koji svakodnevno "uživaju" u vožnji središtem nekog od
većih gradova, dobro će znati o čemu govorimo. Žuljevi na desnoj ruci i dosada neprekidnog
"šaltanja" u devedesetima su postali i naša svakodnevnica.
sl. 2 - Tri meñusobna položaja zupčanika u planetariju: sheme a) i b) predstavljaju 2 stupnja
prijenosa naprijed, dok je planetarij na shemi c) u položaju za hod unatrag
Načelo rada automatskog mjenjača je, u stvari, jednostavno izuzmemo li iz cijele priče
činjenicu da se unutar njega kreće cijela hrpetina svakojakih dijelova. Sve zanimljivo vezano uz
automatski mjenjač odvija se unutar tzv. planetarija. Planetarij je u stvari sklop zupčanika (vidi
sl. 1) koji su meñusobno povezani. Središnji zupčanik okružen je s nekoliko manjih, a oko ovih
kruži plašt čija unutarnja strana takoñer tvori jedan zupčanik. Blokiranjem pojedinih zupčanika
unutar planetarija mijenjaju se i njihovi meñusobni odnosi. Kako su zupčanici od kojih se
sastoji planetarij različitih veličina (i brojeva zubaca), ovim se kombinacijama (sl. 2) dobivaju i
različite brzine okretanja pogonske osovine. Različite brzine okretanja pogonske osovine,
znamo, u stvari predstavljaju i različite stupnjeve prijenosa.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Osnovni "dodaci" koji
pomažu u radu
automatskog mjenjača
su pojasne kočnice i
lamelna kvačila (sve
pokretano hidraulički) te
hidrauličko kvačilo
opisano u
pretposljednjem
nastavku Školice.
Lamelna kvačila, koja
se poput pojasnih
kočnica nalaze unutar
automatskog mjenjača,
imaju ulogu uključivanja
odnosno prekidanja
prijenosa snage izmeñu
motora i pojedinih
dijelova mjenjača s
planetarijima.
Zaustavljanje pojedinih
dijelova planetarija
unutar automatskog
mjenjača moguće je
sl. 3 - Automatski mjenjač tvrtke ZF. Vidljivo je hidrauličko kvačilo
izvesti pojasnim
(lijevo)
kočnicama. Ove kočnice
nisu ništa drugo do
prstenovi koji su na jednom mjesu presječeni. Takav je prsten postavljen oko dijela koji treba
zaustaviti, a njegovim se stiskanjem (koje omogućava presjek) zapravo obuhvaća i stišće dio
koji treba zaustaviti. Djelovanjem ovakvih pojasnih kočnica moguće je zaustaviti vrtnju
pojedinih dijelova planetarija te tako i mijenjati stupnjeve prijenosa.
Vožnja automobila opremljenog
automatskim mjenjačem znatno je
jednostavnija od vožnje s manualnim
mjenjačem. Automobili s automatikom
imaju tek dvije papučice - akceleratora i
kočnice, čime je izbačena potreba za
radom s kvačilom. Vozač mora ubaciti
ručicu mjenjača u željeni položaj (P =
parkiranje, R = hod unatrag, N = prazni
hod, D = vožnja, S,L ito što i npr. 1, 2 =
ograničavanje prijenosnog odnosa) te
dodati gas i to je sve. Centrifugalni
regulator koji se nalazi unutar
automatskog mjenjača odreñuje koji će
sl. 4 - Automatski mjenjač s kontrolnim sklopom
sklopovi zupčanika biti uključeni kako bi
(desno od mjenjača)
se odredio pravi stupanj prijenosa.
Načelno gledajući, povećanjem broja
okretaja motora doći će i do promjene stupnja prijenosa (prema višem stupnju) pri predhodno
odreñenom broju o/min. Ipak, to je tako samo u teoriji jer su današnji automatski mjenjači
opremljeni brojnim senzorima opterećenja te trenutak promjene stupnja prijenosa
prilagoñavaju načinu vožnje i uvjetima kretanja vozila.
Za kraj ćemo tek objasniti spomenuto ograničavanje prijenosnog odnosa. Kako automatski
mjenjač, načelno, mijenja stupnjeve prijenosa ovisno o brzini rada motora, moguće ga je
ograničiti da radi tek u npr. 1 ili 2 stupnju. To znači da ćete svom automatiku "narediti" da ne
smije prebacivati više od 2. brzine, za slučaj kada je vozilo pod velikim opterećenjem (vožnja
velikom uzbrdicom i sl.).
Diferencijal
20. listopada 1999.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Završavajući priču o prijenosu snage došli
smo i do diferencijala. No iako i ovdje
ima nekakvih zupčanika, ne bojte se. Nije
komplicirano...
U danima kada je jedina alternativa
jahanju, ili pješačenju, bila kočija nitko
nije niti pomišljao na probleme koje će
donijeti vozila sa samostalnim pogonom.
Kočija se kotrljala na četiri kotača od
kojih se svaki vrtio u svom ležaju. No,
uvoñenjem u "igru" motora s unutarnjim
sagorijevanjem stvari su se znatno
izmijenile. Problem koji se tada pojavio zove se jednostavno "vožnja kroz zavoje", a koju
nikako nisu mogla savladati prva motorna vozila s parom pogonskih kotača. Raspodjela
snage izmeñu istih vršila se jednostavnim prijenosom. Nekakva je osovina vodila od motora,
a njezin ze moment na sredini puta izmeñu pogonskih kotača dijelio na dva jednaka dijela.
Drugim riječima, oba su se kotača okretala zajedno, kao kod igračke gdje su spojeni na
zajedničku osovinu. Ipak, prilikom vožnje kroz zavoje (slika 1) javlja se problem prijeñenog
puta. Na gornjem dijelu slike kotači voze ravno i prelaze jednaki put. No, prilikom vožnje
kroz zavoje kotač koji se nalazi s unutarnje strane zavoja (donja slika) prelazi manji put pri
čemu se javlja i razlika u brzini okretanja izmeñu njega i kotača s vanjske strane zavoja.
Vozila sa čvrsto povezanim kotačima u ovakvim su se slučajevima propinjala i, nerijetko,
prevrtala jer su kotači meñusobno pokušavali ubrzati odnosno usporiti jedan drugoga.
Rješenje ovog problema pronañeno je u magičnom
sklopu zupčanika nazvanom - diferencijal.
Diferencijal
Osnovni sastavni dijelovi diferencijala prikazani su na
slici 2 (izgled diferencijala vozila sa stražnjim
pogonom). Stožasti zupčanik pogonske osovine
(crveno) okreće veliki tanjurasti zupčanik (plavo) koji
se zbog većeg broja zubaca okreće sporije od njega
(prijenosni odnos diferencijala). Na velikom su
zupčaniku pričvršćena dva do četiri manja koji služe za
izjednačavanje brzine vrtnje (žuto), a sami pokreću
zupčanik pogonske osovine kotača (poluosovine) zeleno. Značajno je sada napomenuti nekoliko stvari.
Iz razlike veličina zupčanika pogonske osovine i velikog
tanjurastog zupčanika vidimo još jednu ulogu
diferencijala, a ta je da dodatno smanjuje brzinu vrtnje
pogonskih osovina. Takoñer, kako je "izlaz" snage iz
diferencijala podijeljen na dvije osovine (ne više na
jednu koja čvrsto spaja oba kotača) ovakve osovine
nazivamo "poluosovinama".
Načelo rada
Kako u stvari radi diferencijal, prikazano na slici 3,
sl. 1 - Unutarnji kotač (donja slika)
prilično je jednostavno i temelji se na potrebi da
prelazi manji put od vanjskoga i
moment pogonske osovine (koja dolazi iz mjenjača time se sporije okreće
crveno na sl. 2) bude raspodijeljen izmeñu oba
pogonska kotača tako da se oni mogu okretati
različitim brzinama. Detaljno, priča izgleda ovako (slika 3): lijevo i desno na slikama nalaze
se poluosovine sa pripadajućim zupčanicima (stošci na primjeru).
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
1) - kada se oba kotača okreću jednakom
brzinom (vožnja ravno) zupčanici za
izjednačavanje ne okreću se u svojim ležištima
već kruže zajedno sa zupčanicima
poluosovina. 2) - u drugom slučaju imamo
primjer kada je lijeva poluosovina usporena
(lijevi je kotač na unutarnjoj strani zavoja). U
ovom se slučaju zupčanici za izjednačavanje
počinju okretati u svojim ležištima i time
kotrljati preko zupčanika poluosovine koja je
usporena (zaustavljena). 3) - kompletan sklop
diferencijala (obratite pozornost na smjer
okretanja zupčanika u sva tri primjera).
Pogonski zupčanik okreće veliki tanjurasti
zupčanik koji je čvrsto vezan sa ležištima
zupčanika za izjednačavanje. Odavde, priča
ponovno kreće iz početka.
sl. 2 - Osnovni sastavni dijelovi diferencijala
Diferencijal s blokadom - LSD
Kao i uvijek, teorija i praksa podosta se razlikuju.
Kada biste automobilu s običnim diferencijalom
podigli u zrak jedan pogonski kotač, upalili motor i
ubacili mjenjač u brzinu, isti bi se počeo okretati dok
bi drugi ostao mrtav hladan, prikovan uz zemlju.
Ovo je moguće upravo stoga što diferencijal
dozvoljava različite brzine okretanja pogonskih
kotača. No, u praksi takav rad prijenosa snage može
biti i problematičan. Pri bržoj vožnji kroz zavoje
nerijetko se dogaña da se, zbog naginjanja
karoserije, kotač s unutarnje strane zavoja odigne
od zemlje. U tom će se slučaju ovaj kotač nastaviti
vrtiti u prazno, no diferencijal će i "prekinuti"
okretanje kotača s vanjske strane. U krajnjim
situacijama, ovakav gubitak pogona može rezultirati
tek jednim - zanošenjem i vožnjom po travi (ako,
hvala bogu, kraj ceste nije provalija). Da bi se
ovakve pojave koliko-toliko ograničile, na
automobile boljih karakteristika ugrañuje se
diferencijal s blokadom, popularno zvan i LSD (od
eng. - Limited Slip Differential). Sastavni dijelovi
diferencijala s blokadom prikazani su na slici 4.
LSD je, u osnovi, jednake konstrukcije kao i običan
diferencijal s iznimkom jednog para "kvačila"
(kliznih stožaca) - (1). Kod vožnje ravno,
proračunato trenje stožaca omogućava da LSD radi
poput običnog diferencijala. Takoñer, ništa se ne mijenja niti prilikom sporije vožnje kroz
zavoje. No, povećanjem momenta koji dolazi s pogonske osovine, a time i brzine okretanja
tanjurastog zupčanika (7) u diferencijalu centrifugalni sustav pomaže oprugama (3) da
čvršće pritisnu stošce koji tako blokiraju zupčanike poluosovina (4).
sl. 3 - Shematski prikaz rada
diferencijala: 1) vožnja ravno, 2) kroz
zavoj, 3) kompletan diferencijal
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Tako se ponovno povezuje
okretanje zupčanika za
izjednačavanje (6) s okretanjem
poluosovina (2 i 5) čime se
smanjuje gubitak pogona na
kotačima. Dakako, pretjeramo li
s blokiranjem rada diferencijala,
vratili bi se na početak priče i
slučaj s proklizavanjem i
prevrtanjem. Stoga je sustav
blokiranja mehaničkih LSD
diferencijala proračunat i
prilagoñen automobilu (u opisima
diferencijala s blokadom često
susrećemo i vrijednosti izražene
u postocima koje nam govore
koliko će rad diferencijala biti
blokiran pri krajnjim uvjetima
vožnje).
sl. 4 - Konstrukcija diferencijala s blokadom
Za kraj napominjemo i kako smo, radi
jednostavnosti, na ovom satu Školice
opisali tek mehanički diferencijal s
blokadom. Moderni su automobili
nerijetko opremljeni i elektronički
kontroliranim LSD-om koji nema
stalan postotak blokade već
promjenjivi, a koji hidraulički sustavi
upravljani elektronikom prilagoñavaju
prema potrebi (uvjetima vožnje).
sl. 5 - Dijelovi LSD-a: iznutra nazubljene okrugle
pločice u stvari su "kvačila" koja proizvode trenje
blokirajući rad diferencijala. Različitom debljinom
pločica moguće je odrediti postotak blokade
Iz ravnog u okruglo
Jedva smo nagovorili nastavnike da održe
ovaj, trinaesti, nastavak "Školice". Oni su,
naime, jako praznovjerni i preplašili su se
da nitko neće doći na sat. No, ipak, uspjeli
smo ih nagovoriti da ne stupe u
jednodnevni štrajk upozorenja i ne dijele
neopravdane sate u imeniku. Uostalom,
smak svijeta prošao je bez većih tegoba,
sada je sve OK.
7. srpnja 1999.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Koljenasto vratilo, ili "radilica", jedan je od najznačajnijih dijelova motora i brine se za
prijenos snage s klipova na mjenjač, te dalje, kotače. Radilica je izrañena od jednog dijela i
obično je lijevana ili kovana, te naknadno podvrgnuta strojnoj obradi kako bi se napravili
"čepovi" za ležajeve, provrti za podmazivanje te prednji i stražnji nastavak. Energija koja se
razvija izgaranjem smjese goriva i zraka potiskuje, kao što znamo iz prošlih nastavaka
"Školice", klip prema dolje. Na njega je, pak, osovinom (klipnim svornjakom) pričvršćena
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
klipnjača koja predstavlja vezu izmeñu klipa i koljenastog vratila. Donji dio klipnjače (vidi sliku
iz 12. nastavka), sastoji se iz dva dijela koji čine okrugli otvor unutar kojega se nalazi ležaj.
Ovaj, donji dio, klipnjače pričvršuje se za koljeno radilice na kojem se nalazi "čep" s provrtom
za podmazivanje. Tako se ostvaruje gibljiva veza izmeñu klipnjače i koljenastog vratila,
neophodna da bi se pravocrtno gibanje klipa (posredstvom klipnjače) prevelo u kružno gibanje
koljenastog vratila. Na strani suprotnoj od ležajeva klipnjače ("čepova" koljenastog vratila)
nalaze se protuutezi koji osiguravaju ravnomjeran rad motora. Drugim riječima, ovi utezi
"peglaju" vibracije do kojih dolazi prilikom djelovanja sila koje potiskuju klip. Dakako, veoma
je značajno i pravilno podmazivanje ležajeva na čepovima koljenastog vratila jer sila koja
potiskuje klip prema dolje može iznositi i do 18.000 N.
Na krajevima koljenastog vratila nalaze se nastavci za pričvršćivanje prigušnika vibracija,
remenica, zamašnjaka... S prednje strane (motora) nalazi se završetak koljenastog vratila na
kojem je pričvršćen prigušnik vibracija. Radi se o ulošku s metalnim i gumenim dijelovima
namijenjenom umirivanju torzijskih vibracija (koje pomiču koljenasto vratilo naprijed-natrag).
Njegova je uloga prvenstveno ta da dovoljno "umiri" koljenasto vratilo kako ne bi puklo uslijed
preopterećenja. Takoñer, na istom se (prednjem) završetku radilice nalaze i nastavci za
spajanje remenica koje pokreću pumpu za vodu, alternator, bregaste osovine i sl. Noviji
motori, prvenstveno oni s elektroničkim beskontaktnim paljenjem, na prednjem dijelu
koljenastog vratila imaju montiran i disk za mjerenje brzine vrtnje. Takav je disk izveden ili u
obliku zupčanika ili po obodu ima rupice (udubljenja). Optički senzor koji se nalazi neposredno
uz ovaj disk šalje informacije središnjem upravljačkom računalu motora o brzini pomicanja
zubaca ili rupica. Taj se podatak potom preračunava u broj okretaja motora (broj okretaja
koljenastog vratila) koji je jedan od najznačajnijih parametara potrebnih za rad managementa
(upravljačkog sustava). Pomoću ovog podatka motor "zna" u kojem trenutku treba dati iskru
svječici, kontrolira se ubrizgavanje goriva u motor itd...
Na drugoj strani koljenastog vratila nalazi se nastavak na koji je pričvršćen zamašnjak.
Zamašnjak je, u stvari, okrugli metalni disk koji svojom inercijom tijekom vrtnje pokreće
koljenasto vratilo preko tzv. "mrtvih točaka klipova" i praznih neradnih taktova održavajući
tako stalnu brzinu vrtnje. Zamašnjak je karakterističan prema tome što na svom obodu ima
rasporeñene zupce. Isti naliježu na zupčanik elektropokretača (anlasera) koji se pokreće
prilikom startanja motora.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Posebnih "varijacija na temu" u priči o koljenastom vrartilu gotovo da i nema. Razlike su tek u
broju ležajeva kojima je radilica pričvršćena za blok motora, te u materijalu od kojeg je
izrañena i veličini protuutega. Jasno je, da se u motorima visokih karakteristika (sportski i/ili
natjecateljski automobili) pokušava što više smanjiti težina pokretnih dijelova kako bi se
olakšao rad i povećao najviši broj okretaja. Takvi su motori obično opremljeni koljenastim
vratilima s malim i laganim protuutezima te znatno olakšanim zamašnjakom. Dakako, pri
niskim brojevima okretaja ovako će se prerañeni motor prilično tresti što se u komercijalnim
vozilima izbjegava na opisani način (dodatnom težinom koja "pegla" vibracije). Još jedna
varijanta današnje teme je koljenasto vratilo "V" motora. Ovakvi pogonski strojevi imaju po
dvije klipnjače (suprotnih klipova) spojene na jedan, prošireni, čep koljena. Katkada se čepovi
"V" motora izrañuju i kao dvostruki s malim (ekscentar) razmakom radi postizanja boljeg
rasporeñivanja sila.
21. travnja 1999.
Kamo ćete konji moji?!
Pošto smo u prošlom poglavlju "Školice" razriješili što se i kojim redosljedom dogaña unutar
automobilskog motora, vrijeme je da se pozabavimo i rezultatima tih zbivanja. Stoga smo
proučili nekoliko udžbenika, kako bismo vas oslobodili mučnog listanja ove "nesimpatične"
literature
Da bi nekako opisali napor koji su konji od
davnina ulagali radeći ne baš ugodne
poslove, znanstvenici su svojedobno
pokušali opisati rad (što ga je konj
izvršio), vrijeme (koje je konj proveo
radeći) te meñuodnose ovih dvaju
vrijednosti. I, gle čuda, rezultat napornog
razmišljanja najblistavijih umova bila je
magična vrijednost, njezino veličanstvo:
"Konjska snaga". Prema toj priči
postavljena je definicija, koje se danas
Jedna KS potrebna je da se tijelo teško 75 kg podigne za 60 m
držimo, a koja govori kako je jedna KS =
u 1 minuti
75 kg m / s. Prebacimo li to sada u,
normalnom čovjeku, razumljiviji riječnik
dobit ćemo da je prosječni konj (snažan 1 KS) u stanju predmet težak 75 kg podići za 60 m vukući ga
1 minutu (slika 1). No, u novije su se vrijeme blistavi umovi sjetili kako bi bilo dobro pustiti konje na
miru te su nam naredili da snagu naših "limenih ljubimaca" opisujemo nekakvim Metričkim sustavom,
odn. kilovatima (kW). Problem i ne bi bio tako strašan da omjer KS i kW ne daje neke prilično
nezapamtljive brojke, a koje govore kako je 1 KS = 0,735 kW odn. 1 kW = 1,35962 KS. Super, ha?
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
I sve ovo ne bi bilo tako teško zapamtiti da se,
opet oni isti, blistavi umovi nisu dosjetili kako da
nama (smrtnicima) još više zakompliciraju život.
Naime, sjetili su se kako rad svojih motora s
unutrašnjim sagorijevanjem nećemo moći do kraja
shvatiti ne ubacimo li još jednu fizikalnu vrijednost
- Moment sile. Od milja znan i samo kao
"moment", novi je pojam u stvari nešto što je
"jednako umnošku sile i udaljenosti mjesta na
kojem djeluje ta sila od osi rotacije". Grozno. No o
čemu se radi? Zamislite ključ za skidanje vijaka na
kotačima. Što dulju polugu imate to će vam posao
odvijanja biti lakši jer ćete istu silu primjenjivati na
većoj udaljenosti od osi rotacije (vijka). Ova se
udaljenost zove "krak sile", a ono što pri odvijanju
primjenjujete na nesretnom vijku zove se
"moment" (jedinica: Nm). Wow!!!
Da bismo mogli pomiješati sve do sada izrečeno
potrebno je spomenuti još jedan detalj, a to je broj
okretaja motora. Sjetite se prvog poglavlja školice
kako bismo se mogli poslužiti primjerom 4taktnog motora. Očito je (iz ilustracija) da za
obavljanje tih taktova mora doći do pomicanja
dijelova motora. Pravocrtno gibanje klipa tako se
Diagram rada 4-cilindričnog otto-motora:
pretvara u kružno gibanje koljenastog vratila
- najveća snaga 33 kW (45 KS) pri 5000 o/min
- najveći moment 88 Nm pri 2800 o/min
(radilice), koje se okrene 2 puta za svaka 4 takta.
Dakako, što je veći broj okretaja motora, jasno je
- veća je i količina sagorenog goriva, a time je i proizvedeno više energije. Pojednostavnjeno,
više okretaja - više snage gledamo li to kroz jedan te isti period vremena.
I konačno, sad po prvi puta dobivamo priliku da povežemo snagu i moment, što će učiniti
magična formula: KS = Nm * O / 7024, gdje je O broj okretaja motora izražen u 1/min.
Zbog čega nam je sve to uopće bitno?
Snaga motora, dakako, bitna je da bismo znali da li će neki automobil ići brzo. No, moment nam je
potrebno znati kako bismo otkrili kada će taj automobil ići brzo. Pojednostavnjeno govoreći, što je
viši maksimalni moment koji neki motor razvija (pri odreñenom broju okretaja) to će automobil bolje
"vući" pri nižem broju okretaja jer će ujedno njegov motor moći ostvariti veću snagu pri nižim
okretajima. Krivulja okretnog momenta i snage s obzirom na broj okretaja motora (slika 2) veoma
slikovito opisuje meñuovisnost ova tri elementa.
I za kraj, malo preračunavanja za one koji listaju britansku i/ili američku literaturu:
1 KS (DIN) = 0,9862 hp (US-horsepower, prema SAE standardu)
1 Nm (DIN) = 0,7375 lb - ft (funta * stopa, SAE)
Glava na ramenima
26. siječnja 2000.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Priči o sigurnosti mogli bismo posvetiti cijelu jednu knjigu, no, budite bez
straha. Ovu temu obrañujemo samo danas
Ljudi se dijele na žene, muškarce, lutke koje ih oponašaju... Ne, stanite
profesore. To je tema nekog drugog predmeta. Ipak, vidjet ćemo da značajnu
ulogu u priči o sigurnosti automobila doista igraju nekakve lutke. Uz to, naučit
ćemo i kako se sigurnost automobila dijeli na dvije skupine, pa tako poznajemo
AKTIVNU i PASIVNU automobilsku sigurnost. No, to je tek početak priče. Iza ova
dva termina stoji dosta rečenica razrade pojedinih elemenata koji sačinjavaju
spomenute dvije, osnovne, vrste sigurnosti. Hej, ponovno podsjećamo da je ovo
škola osnova, pa stoga ako i propustimo kakav ultramoderni elektronički "gizmo",
nemojte nam prigovarati.
Sigurnost
Kao što vidite s naše lijepe sheme, priča o automobilskoj sigurnosti poprilično je zamršena. No,
ono što je trenutno najznačajnije, moramo objasniti razliku aktivne i pasivne sigurnosti. Stvar
je poprilično jednostavna: sustavima Aktivne smatramo sve ugrañeno u automobil što nam
pomaže da ne doñe do nezgode. Pod sustavima Pasivne sigurnosti, s druge pak strane,
smatramo sve što nam pomaže da tu nezgodu preživimo sa što manjim posljedicama, kada do
nje već doñe.
Priča je zapravo jednostavna. Svi ovi, sigurnosni,
sustavi ne ugrañuju se radi neke šminke, već radi
spašavanja života. Svi oni koji su se našli u
situaciju sličnoj ovoj sa slike 2 dobro znaju o
čemu pričamo. Nažalost, često ovi izumi često
nisu dovoljni. Bilo zbog pogrešnog korištenja i
precjenjivanja njihovih mogućnosti, bilo zbog
precjenjivanja naših, osobnih. OK. Vrijeme je da
malo pojasnimo stvari.
Aktivna sigurnost
Kao što smo rekli, sustavi aktivne sigurnosti pomažu
nam da se automobil i u teškim uvjetima zadrži na
željenoj putanji. Najopćenitiji sustavi koji su
odgovorni za Aktivnu sigurnost su slijedeći:
Svjetla - dakako, automobil mora imati dobra
svjetla
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 2 - Noćna mora? Ne nužno uz siguran automobil
da bismo noću na što većoj udaljenosti mogli vidjeti situaciju na cesti
Kočnice - kočnice su, vjerojatno, posljednji sustav aktivne sigurnosti koji koristimo kada
zagusti. Opširniji osvrt naći ćete u prethodnim poglavljima Školice. ABS sustav jedan je od
najznačajnijih modernih elektroničkih sustava. Objašnjenje slijedi uskoro.
Ovjes - jednostavno rješenje jest dobar ovjes. Ovako je automobil moguće sigurno održati na željenoj
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
putanji. Za opširniji prikaz, vratite se nekoliko poglavlja unatrag.
Sustav protiv proklizavanja - sve češće ugrañivani elektronički ureñaj omogućava kontrolu
nad pogonskim kotačima kada je podloga skliska.
Spomenimo još nekoliko sustava koji povećavaju aktivnu sigurnost:Upravljanje na sva 4
kotača, stražnja osovina s pasivnim upravljanjem, aktivni ili poluaktivni ovjes itd.
ABS ureñaj koristi da bi se zadržalo okretanje kotača prilikom snažnog kočenja. Naime, pri jakom
kočenju na skliskoj cesti kotači lako blokiraju, a put kočenja s blokiranim kotačima kudikamo je dulji
nego kada se okreću. Stoga je izmišljen ABS (Anti Block System - sustav protiv blokiranja) ureñaj koji
pomoću senzora prati okretanje kotača (senzor radi prema načelu na kojem i senzor za očitavanje
okretaja radilice). Kada sustav zabilježi graničnu brzinu okretanja, aktivira se pneumatski sklop ABS
ureñaja koji smanjuje pritisak u kočničkom sustavu i tako omogućava ponovno okretanje kotača.
Dakako, cijela se ova "igra" odvija u kratkim dijelovima sekunde.
Sustav protiv proklizavanja takoñer očitava brzinu okretanja kotača, te ako je ona prevelika,
regulira dotok goriva u cilindre ili koči pojedine kotače (ovisno o izvedbi sustava) kako bi se ponovno
uspostavila trakcija.
Pasivna sigurnost
Priča koju mnogi i jedinu smatraju
"pričom o sigurnosti" nekog automobila
jest njegova otpornost na udarce,
odnosno na deformiranje karoserije
prilikom sudara. Pri toj temi svakako
moramo spomenuti ime Béle Barényia,
čovjeka koji je još 1925. godine
osmislio teleskopsku osovinu upravljača
koja se uvlačila prilikom sudara. Taj
sl. 3 - Crash testovi nekad - vatreno iskustvo...
izum smatra se prvim u povijesti
sigurnosnih sustava, a sam je Barényi
tijekom svojih godina provedenih u Mercedes-Benzu (1939.-1974.) patentirao čak 2500 izuma od kojih
su mnogi bili posvećeni sigurnosti putnika. Jedan od najuobičajenijih načina provjere čvrstoće
karoserije je tzv. Crash test. Radi se o jednostavnom zabijanju automobila u nepomični zid nakon čega
se proučavaju oštećenja i procjenjuje rizik za vozača i putnike. Prve crash testove započeli su upravo u
Mercedes-Benzu 1939. godine, a iz prilično davnih dana (šezdesete) je i naša slika 3 koja prikazuje MB
220 koji je na svom putu prema zidu bio pokretan raketnim motorom!
Osnovna ideja koja se krije iza
ovakvog, jednostavnog, crash
testa leži u poznatom
Newtonovom aksiomu - zakonu
akcije i reakcije koji kaže da će
nepomično tijelo uzvratiti
jednakom energijom tijelu koje
je u njega udarilo. S obzirom da
je zid nepomičan, automobilu
koji u njega udara vraća se sva
energija. Tako je udarac
automobila sa 60 km/h u
nepomičan zid adekvatan
frontalnom sudaru dvaju jednako
sl. 4 - Sigurnosna ojačanja školjke - Saab 9-5
teških automobila od kojih se
oba kreću ovom brzinom. No, sada ćemo malo zakomplicirati. Kada bi automobil bio idealno
krut, tj. kada se prilikom sudara ne bi deformirao, njegovo bi zaustavljanje bilo gotovo
trenutno. Takvo bi usporenje stvaralo ogromna ubrzanja na tijelima putnika koji to,
vjerojatno, nikako ne bi mogli preživjeti. Upravo stoga, današnji se automobili konstruiraju
tako da njihov prednji i stražnji dio predstavlja tzv. Zone za gnječenje (eng. Crush zone) koje
apsorbiraju dio energije udarca. Ona se, naime, troši upravo na gnječenje tih dijelova
karoserije (školjke...) i tako se donekle umanjuje. S druge pak strane, putnički se prostor
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
ostavlja potpuno krutim kako bi se što manje deformirao i pružio što veću mogućnost za
preživljavanje. Na slici 4 prikazana je školjka Saaba 9-5. Žuto i crveno obojeni su dijelovi
predviñeni za apsorbciju energije, dok je crven kruti putnički prostor.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Stupanj deformiranja zona za gnječenje te putničkog
prostora koji svojom krutošću zadržava potreban oblik
ilustriran je i propagandnim prikazom tvrtke MercedesBenz (slika 5). Točkasto je prikazana deformacija zona
za gnječenje, dok je crveno uokviren prostor za
putnike. Ovom prilikom moramo naglasiti kako se svi
sl. 5 - Zone koje apsorbiraju energiju sudara
Crash testovi ne provode pod jednakim uvjetima. Iako
je brzina udarca, u pravilu,
negdje oko 55-60 km/h, osnovna razlika je u frontalnom 100%-tnom i frontalnom offset
udarcu. Potonji je u stvari Crash test u kojem testno vozilo ne udara u prepreku cijelim
prednjim dijelom već samo jednim njegovim postotkom (ovisno o vrsti testa). Takoñer,
postoje i bočni, pa i stražnji Crash testovi kojima se simulira udarac s boka, odnosno,
nalijetanje straga.
Završavajući priču o udaranju autom o zid, spomenimo i lutke koje se nerijetko viña na slikama Crash
testova. Radi se o posebnim lutkama (na našoj početnoj slici je model EUROSID) koje su opremljene
nizom senzora, a oblikom i težinom odgovaraju prosječnoj odrasloj osobi (dakako, postoje i lutke
koje simuliraju djecu). Podaci koji se dobivaju iz testnih lutaka (Crash Test Dummys - lutke za Crash
test) značajni su prilikom proučavanja sila koje djeluju na ljudsko tijelo u sudaru, ali i mogućih
mjesta udaraca u armature automobila. Uostalom, smanjenje sila ubrzanja koje djeluju na ljudski
organizam te smanjenje mogućnosti udarca najviše se doprinosi povećanju pasivne
sigurnosti.
Ostalo
Ono što je ostalo nikako ne smatramo manje značajnim, naprotiv. Jedan od
najefikasnijih sustava pasivne sigurnosti svakako je i pojas s tri točke
učvršćenja koji je izumio Nils Bohlin za Volvo, 1959. godine. Ideja pojasa je
jednostavna - zaustaviti tijelo da ne naleti na neku od armatura, obruč
upravljača, vjetrobran i sl. Naime, priče poput one "..ma držat ću se ja!"
smiješne su uzmete li u obzir da se kod frontalnog sudara dvaju prosječnih
automobila koji se kreću podjednakom brzinom razvijaju ubrzanja tijela od
nekih 80g. To znači da vam je u trenutku udarca tijelo 80 puta teže što, ruku
na srce, niti terminator ne može zadržati! Dakako, pojasevi su s vremenom
postali pametnijima. Od prvobitnih koje smo naprosto podešavali na
odgovarajuću dužinu i zakopčali, ovo se "remenje" razvilo u sofisticirane
sustave sa zatezačima i ureñajima za ograničavanje sile tog istog
zatezanja.
sl. 6 - Nils Bohlin izumitelj pojasa na 3
točke ('59.)
Prva varijacija na temu običnog pojasa bio je Inercijski blokator
(slika 7). Radi se o pojasu kakav svi danas koristimo, a koji ima
oprugu uz čiju se pomoć slobodno možemo kretati naprije-natrag,
dok je pojas stalno priljubljen uz tijelo. No, prilikom sudara
inercijski sustav se naglo pokreće te blokira daljnje izvlačenje
pojasa. Ova komforna i sigurna konstrukcija kasnije je nadopunjena
Zatezačima pojaseva. Radi se o sustavima koji služe da u slučaju
sl. 7 - Pojas s inercijskom
sudara dodatno zategnu pojas kako bi se ostavilo što manje
blokadom
prostora tijelu za pomak. Ovo se u današnjim automobilima izvodi
mehaničkim i pirotehničkim zatezačima. Mehanički zatezači imaju
ugrañenu prednapregnutu oprugu koju osigurač oslobaña prilikom sudara te ona zateže
pojas. Pirotehnički zatezači koriste eksplozivno punjenje koje pokreće klip povezan s
pojasom. Ovaj se sustav aktivira električnim putem, posredstvom senzora koji registrira
nagla usporenja. Sustav za kontrolu zatezanja (ograničavanje sile zatezanja) je "šlag" na
cijeloj priči o pojasu. Radi se o ureñaju koji programirano (različitom jakošću) zateže pojas
kako ne bi došlo do ozljeda u trenutku kada se tijelo naglo naslanja na kruto zategnuti pojas.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
sl. 8 - Aktiviranje zračnog jastuka - potpuno napuhan za 26 tisućinki
Zračni jastuk
Ovaj sustav pasivne zaštite, kod nas možda i poznatiji kao Airbag, osmišljen je radi dodatnog
sprečavanja udarca glave ili nekog drugog dijela tijela u armature automobila. Naime, i vezani vozač
udarit će glavom u obruč upravljača. Razlog tome su ogromne sile ubrzavanja koje se razvijaju
prilikom sudara (do 80g), te pri kojima se tijelo jako izvija prema naprijed. Upravo za zaštitu od takve
vrste udaraca izmišljen je Airbag ili punim imenom pirotehnički zračni jastuk. Radi se o vreći
napravljenoj od umjetnih materijala koja se prilikom sudara napuše u djeliću sekunde kao što je
prikazano i sekvencama na slici 8. I opet u igru dolazi senzor negativne akceleracije (usporavanja) koji
aktivira eksplozivno punjenje. Ono povećavanjem obujma plinova koji se pri tome razvijaju puni jastuk
stvarajući tako u trenu barijeru izmeñu čovjeka i tvrde unutrašnjosti automobila.
Prvi zračni jastuci koji su
ugrañivani u automobile bili su oni
u obruču upravljača. Kasnije su
osmišljeni i zračni jastuci za
suvozača, da bi današnji
automobili bili sve češće opremani
s po 4 zračna jastuka (dva
bočna). Na slici 9 vidimo raspored
zračnih jastuka u BMW- ovom
coupeu serije 3. Vidljivi su tako
jastuci za vozača i
suvozača, četiri uobičajena bočna
zračna jastuka te dva "cjevasta"
jastuka koji se rasprostiru preko
prednjih bočnih prozora. Njihova
sl. 9 - Obilje zračnih jastuka garantira sigurnost u modernim
uloga je spriječiti vozača i
automobilima
suvozača da glavom udare u
staklo. Značajno je napomenuti i da se zračni jastuci, nasuprot onome što viñamo u
filmovima i video-clipovima, ispuhuju odmah nakon što su se potpuno napuhali. Razlog tome je
potreba za osiguranjem vidljivosti koju napuhani airbag narušava.
Ma koliko god sigurnost nekog modela bila na visokoj razini, tragične se nesreće i dalje dogañaju.
Razlog tome je često u nerazumijevanju osnovnih karakteristika automobila, njegova ponašanja na
cesti, ali i u precjenjivanju mogućnosti kojekakvih elektroničkih sigurnosnih "čuda". Niti jedan ABS
ureñaj neće zaustaviti pretjerano brz automobil, a niti jedan vam airbag pri tome ne može spasiti
glavu. Izmeñu 60-ak km/h pri koliko proizvoñači testiraju otpornost svojih automobila i brzina koje oni
postižu, dubok je i katkada smrtonosan ponor.
Dobra kapljica!
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Bez straha, u današnjoj priči neće biti mnogo kemije. Objasnit
ćemo kako se benzin proizvodi, od čega se sastoji te koje su mu
karakteristike značajne za pravilan rad motora
Iako bismo priču mogli započeti od "stoljeća sedmog", ljudi su za naftu
znali daleko prije nego li je ismišljen motor pokretan njezinim
derivatima, povijest benzina ostavljamo nekim drugim nastavnicima.
Benzin je jedan od brojnih derivata sirove nafte koji se proizvodi u
rafinerijama destilacijom unutar frakcijskog tornja. Sirovu se naftu u
rafineriji zagrijava na temperaturu vrelišta njezinih sastavnih dijelova te
se njihove pare odvode u frakcijski toranj. Tamo se iste hlade i
kondenziraju na različitim visinama. Iz ovog tornja potom izlaze razni
derivati koje se razvrstava, dodatno pročišćava te se nekima od njih
dodaju aditivi radi postizanja odreñenih komercijalnih karakteristika.
Ovakvim se postupkom frakcijske destilacije iz 100 litara sirove nafte
dobije oko 44 l benzina te brojni drugi derivati. Benzin, kakav koristimo
za pokretanje današnjih automobila, u stvari je ugljikovodik (HC) koji se
sastoji uglavnom od vodika (H) i ugljika (C) uz dodatak nekih aditiva. U
slučaju idealnog izgaranja u motoru, sav bi benzin trebao sagorjeti
ostavljajući tek vodu (H2O) i ugljični dioksid (CO2) kao nusprodukte
izgaranja. Pa ipak, u praksi nije tako, te dio benzinskih para (HC) ostaje nesagoren napuštajući ispušni
sustav vozila zajedno s dušičnim oksidima (NOx) i ugljičnim monoksidom (CO) koji se stvaraju u
procesu iszagranja. Jednadžba na slici 1 prikazuje što se dogaña tijekom procesa izgaranja u cilindru
benzinskog motora.
sl. 1 - Proces sagorjevanja benzina
Izgaranje započinje gorenjem ugljikovodičnog goriva u prisutnosti dušika (N) i kisika (O2) iz zraka.
Primjećujemo da se HC nalazi s obje strane jednadžbe što pokazuje kako dio goriva ostaje nesagoren
napuštajući cilindar motora u obliku benzinskih para. Uz HC, ispušni plin sadržava i CO, CO2, NOx i
H2O (vodenu paru). Ugljični monoksid jedan je od produkata nepotpunog sagorijevanja i nastaje kada
se jedan atom ugljika spoji s jednim atomom kisika (umjesto s 2 atoma kisika). Nedostatak kisika u
ovom slučaju sprečava stvaranje ugljičnog dioksida. CO je veoma otrovan plin koji može izazvati smrt
kod ljudi koji, npr., provedu tek tri minute u zatvorenoj garaži uz upaljeni motor automobila.
Uz zagañenje izazvano ispušnim
plinovima vozila pokretanih
motorima s unutarnjim
sagorjevanjem veoma često
spominjan pojam je i smog. Naime,
jedan od izvora smoga je reakcija
do koje dolazi izmeñu ugljikovodika
(HC) i dušičnih oksida (NOx) u
prisutnosti sunčeve svjetlosti. Stoga
je i sprečavanje stvaranja dušičnih
oksida u motoru jedan od načina
borbe protiv smoga. Dušični se
oksidi stvaraju pri visokim
temperaturama izgaranja. Kada
temperatura dosegne više od
sl. 2 - INA rafinerija Sisak
1371°C (izgarajući plinovi unutar
motora dostižu temperaturu i do 2482°C) dio dušika i dio kisika iz zraka se spaja stvarajući NOx.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Isparivost benzina jedna je od njegovih najznačajnijih karakteristika. Najznačajnijih, jer se benzin koji
više isparava bolje može pomiješati sa zrakom. Takoñer, lakše je pokrenuti hladni motor s benzinom
koji više isparava. Benzin koji slabo isparava može ući u cilindre u obliku kapljica koje, potom, dolaze
na stijenke cilindara i s njih ispiru ulje. Takako, takav slučaj povećava trošenje košuljica, samih klipova
te klipnih prstenova. Ipak, isparivost goriva treba biti prilagoñena uvjetima u kojima se ono koristi.
Benzin prevelike isparivosti može parama "začepiti" dovodne cijevi i tako zaustaviti rad motora.
VAŠA AUTOŠKOLA-STOP
[email protected]
Oktanska vrijednost benzina najčešće je spominjana karakteristika ovog goriva. U stvari, radi
se tek o otpornosti spram detonativnog izgaranja. Detonativno izgaranje nastaje kada se dijelovi
smjese zapale sami od sebe (nastaju dva plamena: onaj koji se širi od svječice i onaj od samopaljenja)
te kada se sudare dva čela plamena. Taj sudar frontalnih dijelova dvaju plamena unutar cilindra
čujemo kao nekakvo "kuckanje" iz motora. U praksi, radi se o poznatom slučaju kada na uzbrdici
dajete previše gasa u previsokom stupnju prijenosa. Motor počinje kuckati što, u stvari, predstavlja
nepravilno (detonativno) izgaranje. Mnogi pri ovakvoj pojavi, pogrešno, kažu kako se to "čuju ventili".
Treba napomenuti da detonativno izgaranje može znatno oštetiti motor.
Mogućnost pojave detonativnog sagorjevanja veća je kod motora s visokim stupnjem kompresije.
Stoga se i prodaju goriva različitih oktanskih vrijednosti prilagoñena upotrebi na različitim motorima.
Priča je, zapravo, veoma jednostavna i govori da veći oktanski broj garantira i veću otpornost spram
detonativnog sagorjevanja. Drugim riječima, Fićeka nećete zeznuti stavite li u njega 98 oktanski
benzin, ali Porscheu se nikako ne bi svidjeo 95-oktanac. Oktanska vrijednost benzina odreñuje se
posebnim jednocilindričnim ispitnim motorom kojem je, tijekom rada, moguće mijenjati omjer
kompresije. Takav se motor pušta u pogon s gorivom kojem mjerimo oktansku vrijednost nakon čega
ga se pušta u pogon s mješavinom dvaju ugljikovodika od kojih je jedan izooktan (veoma otporan
spram detoniranja), a drugi n-heptan koji rado detonira. Benzin označujemo oktanskom vrijednošću
od (npr.) 90 kada u motoru za ispitivanje pokaže jednaku otpornost spram detoniranja kao i pokusno
gorivo s 90% izooktana i 10% n-heptana.
Dobro poznati način rješavanja problema otpornosti goriva spram detonativnom sagorjevanju je
dodavanje olovnog tetraetila benzinu čime se omogućava korištenje istog goriva u motorima
višeg
stupnja kompresije (uz ovaj dodatak povećava se oktanski broj). Ipak, kao što znamo, olovo baš i nije
neki posebno zdrav metal (uf!) pa se, u svijetu, već od sredine 70-ih godina počinju u javnu upotrebu
uvoditi bezolovni benzini. Uz to, ulijete li olovni benzin u automobil opremljen katalizatorom, za vrlo
ćete ga kratko vrijeme uništiti stvarajući na površinama platinskog saća naslage koje
onemogućavaju normalne procese eliminiranja HC.

- MOTOREX

TAM 4500

MOTOKULTIVATOR SEP 41 MOTOR Na SEP 41 mogu se instalirati

Preuzmi članak - Franka Marine

tguom^im kiper

NAČELO RADA DIZEL-ELEKTRIČNIH VUČNIH VOZILA

Priručnik automatike2

uljebrosura1... - Autokuća Habek