Predavanje 2a - Motori Sus

7/26/2019 Predavanje 2a - Motori Sus

1/31

2. MOTORI SA UNUTARNJIM IZGARANJEM MOTORI SUI

2.1

Kratak istorijat motora sui

Prvi motor sa unutarnjim izgaranjem, koji je bio namijenjen vrenju mehanikog rada za potrebeindustrije, pronaao je Hautefeuille 1678 god. Idejna skica ovog motora data je na sl. 10. Naprava je bila

namijenjena za izbacivanje vode iz rudnika. Gasovi, koji nastaju sagorijevanjem baruta u komori A,

Sl. 10 Idejna skica Hautefenille-ovog motora

otvaraju klapnu prema komori B i iz nje potiskuju vodu preko komore C u potisni vod. Nakon hlaenjagasova u komori B nastao bi potpritisak, to omoguava da se iz usisne cijevi D, pod dejstvomatmosferskog pritiska, dovede nova koliina vode.Huyghens predlae 1680 god. da se prethodni princip upotrijebi u cilindru u kome bi se atmosferskipritisak koristio za pokretanje klipa. Papin 1688 god. u ovakvu radnu mainu uvodi ventile, iistovremeno uvodi paru u cilindar, ime postie znaajan uspjeh. Sljedbenici Papina (Savery,Newcomen i dr.) rade na usavravanju parne maine, kako bi se zadovoljile ondanje potrebe (uglavnomcrpljenje vode iz rudnika). U tom periodu bio je dosta zapostavljen rad na usavravanju motora sui .

U toku XIX stoljea susree se itav niz patenata motora sui: 1794 god. Robert Street, pogon nakatransko i terpentinsko ulje, paljeno na pola hoda klipa plamenom, koji je stalno gorio; 1801 Lebon,gasni motor dvostrukog dejstva, pogon svjetleim gasom, paljenje elektrino; 1823 Samuel Brown,atmosferski motor pogonjen svjetleim gasom, prvi je poeo hladiti cilindar vodom; 1833 WellmannWright, dvoredni motor, cilindar i klip hlaeni vodom, primijenjen regulator za regulaciju dovodagasnog goriva; 1838 William Barnett, patentira motor sa dvostrukim sabijanjem smjee (prvo sabijanjepomou posebne pumpe, a drugo u samom cilindru) i paljenje u spoljnoj mrtvoj taki pomou uarenogsunera od platine.Svi do sada navedeni motori nisu nali praktinu primjenu, ali pokazuju kako se postepeno pripremala isazrijevala ideja o praktinoj primjeni motora sa unutarnjim izgaranjem.Tek 1860 god. francuski mehaniar Lenoir (Lenuar) patentirao je motor na gasni pogon, koji je izraen i

izvjesno vrijeme radio. Motor je bio dvostrukog dejstva, bez kompresije, a po konstrukciji je podsjeaona horizontalnu pranu mainu onog doba (sl. 11). Na polovini hoda smijea je paljena elektrinom

0 1 - usisavanje smjee; 1 - moment paljenja; 1 2 - proces sagorijevanja; 2 3 - ekspanzija;3 otvaranje izduvnog ventila; 3 0 - izbacivanje produkta sagorijevanja

Sl. 11 Skica Lenoir-ovog motora a) i indikatorski diagram b)

D

B

A C


2/31

varnicom, uslijed ega je pritisak u cilindru rastao i dalje potiskivao klip. U povratnom hodu vrio jeizbacivanje produkta kroz izduvne kanale. Promjena pritiska u cilindru vidi se na sl. 11 b). Ovaj motor jepostizao stepen efikasnosti e= 4,2 %, to je u odnosu na tadanju parnu mainu (2 %) predstavljalopovoljnu ekonominost. Glavni problem ovih motora bio je skopan sa velikim termikim naprezanjemnesavrenih razvodnih ibera, uslijed ega je esto dolazilo do kvarova.1861 god. francuski inenjer Bean de Rochas (Bo d Roa) opisao je nain rada etvorotaktnog motora,

koji odgovara dananjim etvorotaktnim motorima.1867 god. na drugoj svjetskoj izlobi u Parizu, njemaka fabrika Langen Otto izloila je svojjednoradni dvotaktni atmosferski motor specijalne konstrukcije na pogon gasom (sl. 12). Klip (1) je

a) b)

Sl. 12 Skica atmosferskog motora Langen-Otto (a) sa indikatorskim diagramom (b)

vezan za zupastu polugu (2), koja je drugim krajem uzupena sa zupanikom (3) na vratilu (4).Zupanik se pri kretanju poluge navie, sem u poetnom dijelu hoda klipa, slobodno okretao oko vratila,a pri kretanju nanie mehanizam sa kuglicama (5) obezbjeivao je vezu zupanika i vratila. U poetnomdijelu hoda navie (oko 1/12 hoda klipa) preko specijalnog razvoenog zasuna (6) u cilindar je ulazila

smijea svjetleeg gasa i zraka, palila se plamenom, a nastali produkti su potiskivali klip navie. Ovajmotor je postizao efektivni stepen iskoritenja e= 15,6 %, to je za ono vrijeme bila jako visokavrijednost. Glavni nedostatak mu je bilo rjeenje prenosnog mehanizma, koji je pretvarao pravolinijsko ukruno kretanje, koje je bilo vrlo komplikovano i stvaralo veliku buku.Zbog svojih nedostataka, iako ekonomian, ovaj motor je naputen i zamijenjen novim, koji je istafabrika ali pod nazivom Gasmotorenfabrik Deutz, izloila na III svjetskoj izlobi u Parizu 1878godine. Ovaj motor je bio etvorotaktni gasni motor, jednostrukog dejstva, sa sabijanjem smjee prijepaljenja, a prenos kretanja vrio se preko mehanizma sa koljenastim vratilom. Konstrukcija ovog motorasa odgovarajuim indikatorskim diagramom data je na sl. 13. Kako po osnovnim dijelovimakonstrukcije, tako i po indikatorskom diagramu, motor je slian dananjim oto motorima. Konstruktorova dva posljednja motora bio je Nikolaus Otto. Po njemu takvi motori nose naziv oto motori. Prve

pokuaje ostvarenja dvotaktnog motora sa prethodnim sabijanjem radne smjee vrio je engleski inenjerDangald Clerk 1878 god, dok realizacija prvog dvotaktnog motora pripada Hanoverskoj fabrici Wittinget Hess 1880 god. Vrlo brzo poslije ovoga pojavljuju se razliite konstruktivne varijante

1 klip, 2 zupasta poluga, 3 zupanik,4 vratilo, 5 mehanizam sa kuglicama,6 - zasun

0 1 usisavanje smjee, 1 moment paljenja,1 2 sagorijevanje, 2 3 ekspanzija,3 4 kompresija,4 0 izbasivanje produkta sagorijevanja


3/31

Sl. 13 ema etverotaktnog gasnog motora iz 1878 godinesa odgovarajuim indikatorskim diagramom

dvotaktnih motora (leei motori sa prelivnim i izlaznim ventilima s koritenjem motorske kuice zaprethodno sabijanje smjee, umjesto ventila uvode se kanali za izmjenu radne materije, uvodi se

jednosmjerni sistem ispiranja, uvodi se teno gorivo umjesto gasovitog, itd.)Kod do sada spomenutih motora proces sagorijevanja se odvijao pri skoro konstantnoj zapremini radnogprostora. Meutim, tenja je bila da se proces u motoru priblii Carnot-ovomciklusu, tj. sagorijevanjeda se odvija pri izotermskom procesu. Kako je bilo teko ostvariti ovaj proces, teilo se ka sagorijevanjupri konstantnom pritisku. Ideja da se proces sagorijevanja odvija pri konstantnom pritisku potie odSimens-a (1860 god.). Pokuaji realizacije ovakvog motora su u Engleskoj (motor Eclypse, 1878god.), motor amerikog pronalazaa Brayton-a (1872), itd.Nezavisno o prethodnim rjeenjima, Rudolf Diesel 1892 i 1893 god. patentira ideju o visokomkomprimovanju istog zraka i naknadnom ubrizgavanju goriva. Prvi ovakav motor izraen je 1897godine. Ubacivanje goriva u cilindar motora vreno je zrakom sabijenim na oko 100 bar pomou klipnogkompresora, koji je bio ugraen u motoru (sl. 14).

Sl. 14 ema dizel motora sa kompresorom iz 1897 godine


4/31

Ve1901 godine dizelov motor je siguran u radu i mnogo se trai. Ovi motori, zbog pomenutogkompresora, dobili su naziv dizel motori sa kompresorom. Zbog teine i gabarita kompersora iodgovarajue boce za komprimirani zrak, ovi motori su imali velike gabarite i teinu. Tek je 1910 god.uspjelo englezu James Mc Kechnie (Dems Mak Keni) da ostvari ubrizgavanje goriva mehanikimputem, pomou pumpe za ubrizgavanje, koja je gorivo potiskivala u cilindar pod visokim pritiskom (150

300 bar). Tako se dolo do dizel motora bez kompresora, koji su u daljoj evoluciji sve vieusavravani. Zatim dolazi do pojave komornih motora (pretkomora, vihorna komora, komora povratnogdejstva, ) to je omoguilo poveanje brzohodnosti, smanjenje teine, gabarita i buke pri radu. Tako seizloenim putem razvoja dolo do toga da se danas grade sljedee vrste motora:

- oto-motori (gasni i benzinski), ija je glavna odlika paljenje smjee elektrinom varnicom- dizel-motori, gdje se paljenje zasniva na principu samopaljenja

I oto i dizel motori se mogu izvoditi kao dvotaktni ili kao etverotaktni.Dosadanje izlaganje odnosilo se na razvoj klipnih motora, sa unutarnjim izgaranjem. Vrlo rano su sepoele javljati i ideje o ostvarenju rotacionog motora s unutarnjim izgaranjem. Tako je 1791 god. John

Barber patentirao rotacioni motor sa unutranjim sagorijevanjem, tj. gasnu turbinu. Tek 1903. i 1904.g.inenjeri Armengaud i Lemale vrili su u Parizu opite u cilju ostvarenja gasne turbine. Glavni problempredstavljale su visoke temperature radnog fluida, koje nije mogao da podnese materijal, koji je u tovrijeme koriten.Godine 1905 vicarac Bchi dao je prijedlog gasne turbine koja bi bila gonjena produktimasagorijevanja koji se izdvajaju iz motora. Turbina bi sluila za pogon kompresora za prehranjivanjemotora. Ovakvi sistemi danas se uveliko koriste za prehranjivanje motora.Gasne turbine se danas sve vie primjenjuju kao stacionarna postrojenja (za pogon brodova,lokomotiva), a naroito iroku primjenu nale su kod turbomlaznih motora.

2.2

Definicija motora sui

Stroj koji preobraava bilo koji vid energije u mehaniku energiju naziva se motor. Da bi bio upotrebljivmotor mora imati pretvaranje energije iz jednog vida u drugi automatski, pouzdano i ekonomino.Zavisno od vida polazne energije motori mogu biti: toplotni, elektrini, hidraulini, itd.Motori sa unutarnjim izgaranjem (motori sui) spadaju u grupu toplotnih motora, jer se toplotna energijasadrana u gorivu, posredstvom sagorijevanja pretvara u potencijalnu energiju radnog fluida, a zatimputem ekspanzije radnog fluida u korisnu mehaniku energiju.Pretvaranje hemijske energije, sadrane u gorivu, posredstvom sagorijevanja u potencijalnu energijuradnog fluida, mogue je izvesti ili u samom motoru ili van njega. Prema tome, postoje dvije grupe

toplotnih motora prema mjestu pretvaranja hemijske energije u toplotnu i to:

- motori sa spoljnjim izgaranjem (motori ssi)- motori sa unutarnjim izgaranjem (sui)

Kod motora ssi, sagorijevanje goriva i predaja toplote radnom mediju (vodi, pari, zraku), vri se uposebnom ureaju (parni kotao, zagrijazraka, ), ime se poveava energetski potencijal radnematerije (izraen preko pritiska i temperature). Ovako energetski optereen radni fluid dovodi se umotor, gdje se ova energija djelomino pretvara u mehaniki rad. Na sl. 15 data je ema postrojenja

jednog parnog motora.


5/31

I parna klipna maina; II postrojenje parnog kotla; III kondenzaciono postrojenje1 loite; 2 produkti sagorijevanja; 3 pregrijapare; 4 rezervoar napojne vode;

5 napojna pumpa; 6 parovod; 7 parni motor; 8 pumpa za rashladnuvodu kondenzatora 9 kondenzator; 10 vakum pumpa

Sl. 15 ema postrojenja toplotnog motora ssi (parni motor)

Uporeujui motor ssi (sl. 15) sa motorom sui, moe se odmah primijetiti da je motor sui dalekokompaktnije gradnje.Prema transformaciji potencijalne energije u mehaniku, bilo da se radi o motorima sui ili motorima ssi,postoje dva principijelno razliita naina:

- ponavljanje niza uzastopnih laganih irenja odreenih koliina radnog medija u specijalnom radnomprostoru, koji moe da mijenja zapreminu u odreenim granicama. irenje radnog medija uodreenim prostorima, uz savladavanje otpora, vri pretvaranje potencijalne u mehaniku energiju.Ovdje spadaju klipni motori sui, klipne parne maine i Stirling motori. Zajedniki naziv za ovugrupu motora je cikline maine, zbog toga to se procesi u motorima odvijaju ciklino.

- pretvaranje potencijalne energije u kinetiku energiju mlaza putem usmjerenog strujanja u specijalnoprofilisanim mlaznicama. Za savladavanje otpora koristi se princip akcionog i reakcionog dejstvamlaza. Ovdje spadaju turbinski motori (parne i gasne turbine) i mlazni motori. Ovi motori imajuzajedniki naziv protone maine, zbog toga to se procesi u motorima odvijaju kontinualno.

U ovom kursu e biti razmatrani klipni motori sa unutarnjim izgaranjem. Uobiajeno je da se podnazivom motori sui podrazumjevaju klipni motori sui.

2.3

Prednosti i nedostaci motora sui

Da bi se istakle prednosti i nedostaci motora sui, oni se obino usporeuju sa motorima ssi.Osnovne prednosti motora sui:

- Visoka ekonominost (velike vrijednosti efektivnog stepena korisnosti motora ove vrijednostiidu i preko 45%)

- mala specifina masa (kg/kW), odnosno visoka specifina snaga (kW/kg)- kompaktna gradnja (mala vrijednost boks zapremine motora po snazi m3/kW)

- brzo su spremni za rad nakon startovanja- koriste gorivo velikog energetskog potencijala (kJ/kg)- troe gorivo samo dok rade.


6/31

Nedostaci motora sui su:

- Zavisnost od kvaliteta goriva. Koriste gorivo tano propisanih osobina. Danas se rade i motori,koji mogu zadovoljiti iri spektar kvaliteta goriva.

- Nesamostalan start moraju imati strani pokreta za startovanje motora (elektrostarter, runo,komprimiranim zrakom, itd.)

- Ne moe se mnogo preopteretiti.- Komplikovana gradnja (sloena konstrukcija sa dosta pomonih ureaja).- Zahtijeva veu strunost osoblja za opsluivanje i rukovanje.- Ima loe ekoloke karakteristike (zagaujue materije, buka). Ove karakteristike su danas postale

dominantan parametar u ocjeni kvaliteta motora.

2.4 Podjela motora sui

Vrlo iroko polje primjene motora sui, uslovilo je svojim raznovrsnim zahtjevima i veliki broj vrlorazliitih tipova i konstrukcija motora sui. Zbog toga se u nastavku daje podjela motora sui prema nekim

od osnovnih kriterija.a) Prema namjeni motora

- Motori za transportne svrhe (automobilski, brodski, traktorski, lokomotivski, zrakoplovni, )- Stacionarni motori (pogon u elektranama, pumpnim i kompresorskim stanicama, itd.)- Motori za sportska i trkaa kola i motocikle.

b) Prema vrsti goriva

- Motori na laka tena goriva (benzin, benzol, kerozin, )

- Motori na teka tena goriva ( dizel gorivo, mazut, ulje za loenje)- Motori na plinovita goriva (prirodni plin, propan butan,)- Motori na mijeana goriva-osnovno gorivo je plinovito, a za paljenje se koristi teno gorivo (dual-

fuel engine)- Viegorivi motori (koriste laka i teka tena goriva)

c) Prema nainu stvaranja smjee

- Motori sa spoljanjim stvaranjem smjee. Smjea se priprema prije ulaska u cilindar motora(tipian predstavnik oto motor).

- Motori sa unutarnjim stvaranjem smjee. Gorivo i zrak se dovode odvojeno u cilindar, gdje se vri

mijeanje (tipian predstavnik dizel motor).

d) Prema nainu paljenja smjee

- Motori sa prinudnim paljenjem smjee sa elektrinom varnicom (oto motori),- Motori sa samopaljenjem smjee (dizel motori),- Motori sa paljenjem plinovitog goriva sa malom koliinom tenog goriva,- Motori sa prinudnim paljenjem bogate smjee u pretkomori.

e) Prema ostvarenju radnog ciklusa

Zbog lakeg praenja daljih objanjenja, ovdje e biti prikazana skica motornog mehanizma sa svimglavnim dijelovima (sl. 16). Radni prostor motora formiran je od cilindra (4), koji je sa jedne strane


7/31

zatvoren cilindarskom glavom (5), a sa druge strane pomjerljivim klipom (1). Radni prostor sesastoji od:

Vc kompresione zapremine iVh hodne (radne) zapremine

1 klip; 2 klipnjaa;3 koljenasto vratilo(radilica); 4 cilindar; 5 cilindarska glava;

6 karter (donji dio motorske kuice); 7 gornji dio motorne kuice; 8 usisni ventil; 9 izduvni ventil

Sl.16 Skica glavnog motornog mehanizma klipnog motorasa pravolinijskim oscilatornim kretanjem klipa

gdje se hodna zapremina rauna kao:

sD

Vh

=

4

2

(1)

gdje je D prenik klipa; s hod klipa.Za hod klipa vezan je i pojam takt odnosno taktnost motora.Pri radu motora, zapremina prostora iznad klipa se mijenja od minimalne (Vmin) do maksimalnevrijednosti (Vmax), pomou ega se definie jedan vrlo vaan parametar motora, tzv. stepenkompresije ():

c

h

c

ch

V

V

V

VV

V

V+=

+== 1

min

max (2)

Prema ostvarenju radnog ciklusa motori se dijele na:

- etverotaktne motore, gdje se radni ciklus obavi za etiri hoda klipa, ili dva puna obrtajaradilice motora,

- dvotaktne motore, gdje se radni ciklus obavi za dva hoda klipa ili jedan puni obrtaj koljenastogvratila (radilice).

Objanjenje pojedinih taktova za etvorotaktni i dvotaktni motor najbolje se moe vidjeti na sl. 17,gdje su dati slikovito pojedini taktovi i p v diagrami za etvorotaktni i dvotaktni motor.


8/31

etverotaktni motor dvotaktni motora) - p - v diagram f) - p - v - diagramb) - takt usisavanja g) - takt punjenja i ispiranjac) - takt sabijanja h) - takt sabijanjad) - takt irenja i) - takt irenjae) - takt izduvavanja j) - takt izduvavanja i poetak punjenja

Sl. 17 Taktovi radnog ciklusa etverotaktnog i dvotaktnog motora

f) Prema nainu regulacije:

- motori sa kvalitativnom regulacijom (kontrolie se dobava goriva) tipian predstavnik dizel motor,- motori sa kvantitativnom (koliinskom) regulaciom, gdje se kontrolie dobava mjeavine gorivo-

zrak - tipian predstavnik oto motor.

g) Prema brzohodosti motori se dijele na

- sporohode sa cm < 6,5 m/s

- srednje brzohode sa 6,5 m/s < cm< 10 m/s- brzohode motore sa cm> 10 m/s

gdje je:


9/31

cm = 2 s n (3)

cm srednja brzina klipan broj okretaja radilice motora

h) Prema odnosu hoda i prenika klipa (s/D) motori mogu biti:

- kratkohodi s/D 1- dugohodi s/D > 1

i) Prema nainu punjenja motori se dijele na:

- usisne motor, gdje se usisavanje zraka u motor vri prirodnim putem na osnovu razlike pritiska uokolini i u radnom prostoru, koja nastaje kretanjem klipa,

- nadpunjene motore, gdje se zrak prethodno sabije i kao takav dovodi u cilindar. Zrak se sabije ukompresoru, koji moe biti pogonjen od motora ili pogonjen od turbine, koju pokreu izduvnigasovi svojom ekspanzijom (tzv. turbokompresor)

j) Prema nainu hlaenja postoje

- motori hlaeni tenou (sl. 18)- motori hlaeni zrakom (sl. 19)

1 hladnjak; 2 ventilator; 3 pumpa za vodu; 4 termostat

Sl. 18 Sistem vodenog hlaenja

1 uvodni zrak; 2 ventilator; 3 i 4 skretai zraka; 5 cilindar; 6 regulator protoka zraka; 7 osjetni elementi

Sl. 19 ematski prikaz elemenata zrane instalacije za hlaenje (a)i prikaz poloaja ventilatora (b)


10/31

k) Prema nainu izvoenja motornog mehanizma

- Motori sa krivajnim motornim mehanizmom prikazanim na sl. 16.- Motori sa ukrsnom glavom (sl. 20). Motori kod kojih se radni ciklus obavlja sa obje strane klipa

1 klip; 2 klipnjaa; 3 radilica; 4 cilindarska kouljica; 5 gornja cilindarska glava;6 klipna poluga; 7 ukrsna glava; 8 donja cilindarska glava; 9 zaptivka klipne poluge

Sl. 20 Skica motornog mehanizma sa ukrsnom glavom

(motori dvostrukog dejstva) moraju imati zatvorenu cilindarsku kouljicu sa obje strane i ukrsnuglavu (sl. 20). Uloga ukrsne glave je osim ostvarenja pravilne kinematike klipne poluge irastereenje cilindarske kouljice od normalnih sila.

l) Prema konstruktivnom nainu izvoenja sistema razvoenja radne materije

- motori sa ventilskim razvodom (sl. 16)- motori sa zasunskim razvodom (sl. 21 a) i b))- motori sa kombinovanim ventilsko-zasunskim razvodom (sl. 21 c)).

Sl. 21 Skica dvotaktnog motora sa razliitim izvedbama razvoda radne materije

Kod etverotaktnih motora je uvijek ventilski razvod, a kod dvotaktnih zasunski ili kombinacijazasunsko-ventilskog razvoda

m)Po broju, poloaju i rasporedu cilindara motori se dijele na:

1.Prema broju cilindara na:

- jednocilindrine i- viecilindrine

a) zasunski razvod pomou klipa;b) zasunski razvod pomou cilindarske

kouljice;

c) kombinovani ventilsko- zasunski razvod


11/31

2.Prema poloaju cilindara:

- vertikalni-stojei (sl. 22 a)- vertikalni-visei (sl. 22 b)- horizontalni (leei) (sl. 23 a) i- kosi motor (sl. 23 b)

Sl. 22 Skica vertikalnog stojeeg (a) i vertikalnog viseeg (b) motora

Sl. 23 Skica horizontalnog (a) i kosog (b) motora

3.Prema meusobnom rasporedu cilindara:

- redni (linijski motori) (sl. 22 a)- V motori (sl. 24 b)- zvijezda motori (sl. 24 a)- bokser motori (sl. 25)- W motor (sl. 26)- H motor (sl. 27 a)- X motor (sl. 27 b)- linijski dvoklipni motor (sl. 28 a)

- motor (sl. 28 b), itd.


12/31

a) b)

Sl. 24 Skica zvijezda motora (a) i V motora (b)

Sl. 25 Skica bokser motora

Sl. 26 Skica W motora


13/31

Sl. 27 Skica H motora (a) i X motora (b)

Sl. 28 Skica dvoklipnog linijskog motora (a) i motora (b)

4.Prema rasporedu klipova motori se dijele na:

- jednoklipne (sl. 16)- protuklipne (sl. 28 a)

5.Prema djelovanju radnog fluida na klip:- motori jednostrukog dejstva (sl. 16)- motori dvostrukog dejstva (sl. 20)

6.Prema kretanju klipa:

- sa translatornim kretanjem klipa- sa rotacionim kretanjem klipa (karakteristian primjer Wankelov motor sl. 29)


14/31

1 cilindarska kouljica; 2 klip; 3 vratilo; 4 klizni leaj; 5 nepokretni zupanik; 6 zupanik sa unutranjimzubima (na klipu); 7 svjeica; 8 usisni kanal; 9 izduvni kanal; 10 udubljenje na klipu

Sl. 29 Skica klipnog rotacionog motora (sistem Wankel)

n) Klipni motori sa specijalnim izvoenjem mehanizma prenosa snage.Tu ima vie ideja i rjeenja. U nastavku se daju samo neka rjeenja:

- Motor sa slobodnim klipovima (sl. 30)Ovaj motor ima na sebi poluge (12), koje vre sinhronizaciju izmeu kretanja klipa. Ostali elementimotora vide se na sl. 30. To je ustvari dvotaktni dizel motor, dvoklipni sa jednosmjernim ispiranjem.

1 cilindar; 2 usisni kanali; 3 cilindar; 4 brizga; 5 izduvni kanali; 6 cilindarska glava;7 klipovi; 8 klipovi; 9 ventil; 10 ventil; 11 gasna turbina; 12 poluni mehanizam

Sl. 30 Skica motora bez radilice (motor sa slobodnim klipovima)


15/31

- Motor bez klipnjae (sl. 31). Ima najmanje dva cilindra, ije su ose pod 90 ili pod nekim drugimuglom. Osnovni elementi motora dati su na sl. 31. Take A i B vre pravolinijsko kretanje, a taka C

1 klip; 2 cilindarska kouljica; 3 klipna poluga; 4,5 voice; 6 radilica;7 izlazno vratilo; 8 tegovi; 9, 9 zupasti par; 10 vratilo

Sl. 31 Skica motora bez klipnjae

vri rotaciono kretanje oko uzdune ose vratila i na taj nain izaziva njegovo obrtanje. Da bi ovakav

mehanizam mogao funkcionisati mora biti zadovoljen uslov rBCACOC === .Ovakvi motori omoguavaju kompaktnu gradnju i veliku litarsku snagu, pogotovo ako sudvostrukog dejstva. Najvei im je nedostatak podijeljeno vratilo, uslijed ega je oslanjanje vratila iprenoenje obrtnog momenta komplikovano. Zbog toga ovi motori nisu nali iru primjenu u praksi.

- Stirling motor (motor ssi). Prikazan je ovdje kao jedna specijalna konstruktivna izvedba (sl. 32).Osnovni elementi i princip rada Stirling motora vidi se na sl. 32. Ovaj motor ima vie praktinihizvedbi.

1,3 klipovi; 2 poluga; 4 ram; 5 jaram; 6,7 klipnjae; 8 koljenasto vratilo;9 zupanici; 10 regenerator; 11 klipna polugaI sabijeni gas se nalazi u hladnoj komoriII kretanjem klipa (3) gas se sabija izotermskiIII kretanje potiskivaa (1) nanie gas se prebacuje preko sistema regeneratora (10) i zagrijaa u

vrelu komoru

IV pri kretanju oba klipa na nie, vri se izotermska ekspanzija gasa primajui u zagrijau toplotu

Sl. 32 Skica motora sa spoljnim izgaranjem (Stirling motor)


16/31

Dosta je komplikovan i zato nema iru upotrebu. Posebno mu se naglaava pogodnost spoljnjegkontrolisanog izgaranja i niske emisije zagaujuih komponenti u izduvu.

2.5 Glavni dijelovi motora sui

Glavni dijelovi motora sui, koji neposredno i posredno uestvuju u formiranju radnog prostora, dijele sena:

- pokretne i- nepokretne dijelove

Na sl. 33 prikazani su glavni dijelovi motora sui, gdje su:

Sl. 33 Glavni dijelovi motora

f) Pokretni dijelovi:

- klipna grupa (klip, klipni prstenovi, osovinica i osigurai) (9)- klipnjaa (10) sa velikom pesnicom (13) i kliznim leajevima u maloj i velikoj pesnici klipnjae- koljensto vratilo (radilica) (11) sa kontrategovima (12) zamajcem sa zupastim vijencem (14) i

zupanikom za pogon razvodnog mehanizma (15)

g) Nepokretni djelovi :

- poklopac cilindarske glave (1)- cilindarska glava (2) sa zavrtnjevima (3) za njeno privrenje na blok- blok motora (4)- zaptivka bloka motora (8)- zupanik (5)- donja polutka gnijezda glavnog rukavca (6) koljenastog vratila- korito motora (7)

U nastavku e biti date osnove informacije o glavnim dijelovima motora.


17/31

2.5.1

Pokretni dijelovi motora

Prikazani su slikovito na sl. 33 (pozicije: 9; 10; 11; 12; 13; 14; i 15), a na sl. 34 dati su djelovi krivajnogmehanizma bez radilice i njoj pripadajuih elemenata.

Sl. 34 Pokretni dijelovi motora

Klip

Osnovni zadaci klipa su:

- da prenosi sile gasova na radilicu motora

- da uestvuje u krunom procesu motora, a kod dvotaktnih motora da uestvuje i u izmjeni radnematerije- da istovremeno prihvata velike promjene pritiska i temperature- da pomae pri zaptivanju kompresionog prostora- kod manjih i srednjih motora da ima ulogu ukrsne glave- da prima inercione sile od karika- da vri odvoenje odreene koliine toplote da se ne bi prekoraila najvea dozvoljena

temperatura- da ima habanje u razumnim granicama- da se pomou njega utie na smanjenje specifine potronje goriva i smanjenje emisije kodljivih

komponenti u produktima sagorijevanja.

Klipovi se izrauju najee od legura aluminijuma. To su u prvom redu legure:

- Al Si 25 Cu Ni- Al Si 21 Cu Ni- Al Si 18 Cu Ni- Al Si 12 Cu Ni

Pored legura Al, za klipove se koriste i sivo liveno gvoe i nodularni sivi liv.Osnovne prednosti legura Al su:

- male inercione sile- dobar prenos toplote

1 - osigura; 2 - osovinica;3 - klizni leaj u maloj pesnici klipnjae;4,5,6 - kompresioni klipni prstenovi;7 - uljni klipni prsten; 8 - klip;9 - klipnjaa; 10 - osigura; 11 - zavrtanj;12 - klizni leaj dvodijelni u velikoj pesnici13 - poklopac velike pesnice


18/31

Loe strane su:

- veliki koeficijent toplotnog irenja- opadanje mehanikih osobina sa porastom temperature.

Zbog toga je vrlo vano poznavati raspored temperatura po konturi klipa. Slika rasporeda temperatura naklipu, vidi se na sl. 35, gdje je na desnoj polovini slike prikazan klip oto motora, a na lijevoj polovini

- polje temperatura za klip od Al legure- polje temperatura za klip od sivog liva

Sl. 35 Raspored temperatura na klipovima oto i dizel motora

klip od dizel motora. Pored vanosti temperatura klipa za mehanike osobine materijala, one su vane izbog:

- termikog naprezanja- zazora u sklopu klip-karika-kouljica- koksovanja ulja.

U cilju odravanja nivoa temperatura na klipu, vrlo esto se uvodi i dodatno hlaenje klipa prskanjemulja (sl. 36). Na sl. 36 a) prikazano je dodatno prskanje ulja sa unutarnje strane ela klipa, a na sl 36 b1) ib2).

a) b1) b2)

Sl. 36 Dodatno hlaenje klipa

U l je


19/31

prskanje ulja sa njegovim zadravanjem na klipu. Pored ovih rjeenja, klipovi se rade i dvodijelni, kaona sl. 37 a) i b), gornji dio klipa je od vatrootpornog elika, a donji od legure Al, a na sl. 37 c), termiki

a) b) c)

Sl. 37 Dvodijelni klipnajoptereeniji dio klipa je obloen keramikom, koja slui kao odlian izolator.

Osovinica klipa

Osnovni joj je zadatak da ostvari zglobnu vezu klipa s klipnjaom. Najee se koriste tzv. plivajueosovinice, koje slobodno plivaju u maloj pesnici klipnjae i uicama klipa. Postoje i druge konstruktivnevarijante, koje e biti prikazane kod klipnjae. Oblici osovinice klipa prikazani su na sl. 38. Na sl. 38 dat

Sl. 38 Konstruktivni oblici osovinice

je oblik, koji se najee koristi, na sl. 38 b) je prikazana osovinica za dvotaktne motore. Zbogsmanjenja teine, a zadravanja krutosti susreu se i osovinice kao na sl. 38 c) i d). Na sl. 38. e) data je

osovinica koja se privruje za klipnjau. Izgled bonih osiguraa osovinice vidi se na sl.39.

Sl. 39 Izgled bonih osiguraa osovinice

Osovinice se rade od elika za cementaciju i to:

- za oto motore 1220 i 1221- za dizel motore (visokolegirani elici) 4120; 4320 i 4720.

a) b) c)

d) e)


20/31

Vanjska povrina osovinice treba da ima veliku tvrdou, koja se propisuje u iznosu od 62 2 HRc. Zbogvrlo malih tolerancija izmeu osovinica-uica u klipu i male pesnice klipnjae, a istovremeno velikogoptereenja ovog sklopa, u novije vrijeme se pojavljuju tzv. profilisane osovinice (sl. 40).

Sl. 40 Profilisana osovinica klipa

Uvoenjem profilisanja osovinice znaajno se smanjuju kontaktni naponi na mjestu kraj uica-osovinica.

Na istoj slici (A) pokazan je lijeb prve kompresione karike izraene od nirezista (legura Cu-Ni-sivi liv),koji je daleko otporniji na habanje od legure Al.

Klipni prstenovi (karike)

Osnovni zadaci karika su:

- zaptivanje prostora sagorijevanja- sudjelovanje u odvodu toplote od klipa na cilindarsku kouljicu- regulacija uljnog filma za mazanje

Ove zadatke klipni prstenovi obavljaju

- nalijeganjem spoljnom (radnom) povrinom na zid cilindra odreenim pritiskom- udarnim nalijeganjem na bone povrine lijeba uslijed aksijelnog ubrzanja pod dejstvom sila

gasova, sila trenja i sopstvene inercione sile.

Klipne karike se dijele na kompresione i uljne. Konstruktivni oblici kompresionih klipnih prstenova(karika) su dati na sl. 41. Tu se susreu:

A


21/31

Sl. 41 Konstruktivni oblici kompresionih klipnih prstenova

a) pravougaona karikab) minutna karika (30 do 50 nagib)c) jednostrano trapezna karikad) dvostrano trapezna karikae) karika sa odsjeenim gornjim rubomf) reverzivno - torziona karikag) normalna balina karikah) asimetrino balina karikai) asimetrino balina karika rastereena po pritisku.

Uljne karike najee imaju izgled kao na sl. 42.

Sl. 42 Konstruktivni oblici uljnih karika

Na sl. 42 su prikazane

a)uljna karika sa nosomb)uljna karika sa kanalomc)uljna karika sa torzionim djelovanjemd)uljna karika sa forsiranim struganjem uljae)U fleks uljna karikaf) Barflex uljna karika

a) b) c) d)

e) f)

e) f)

a) b) c) d)

g) h) I)


22/31

U cilju obezbjeenja osnovne uloge - zaptivanja karika sa cilindarskom kouljicom, u karikama jeprilikom izrade uveden prednapon po obimu, koji proizvodi pritisak karike na kouljicu prema sl. 43.

Sl. 43 Uobiajene forme raspodjele pritiska u karikama

Na sl. 43 a) prikazan je raspored pritiska u karikama, koje se koriste kod etvorotaktnih motora (tzv.krukasti diagram), gdje je najvei pritisak na spoju karika. Na sl. 43 b) dat je raspored pritiska u

karikama, koje se koriste kod dvotaktnih motora (diagram pritiska u obliku jabuke), gdje je vano daje na spoju karika pritisak minimalan, da ne bi dolazilo do zapinjanja karika u kanalima u kouljici.Pravilnim prednaponom u karikama, optimalnim brojem karika i odgovarajuim zazorima karika uljebovima dobija se i odgovarajue preporueno produvavanje gasova u karter. Produvavanje jenaravno povezano i sa deformacijama same cilindarske kouljice. Tok pritiska gasova iz cilindra premakarteru, dat je na sl. 44. Na dananjem stupnju razvoja, najee se na klipu nalaze po 2 3 kompresionaklipna prstena i 1 uljni prsten. Uobiajene kombinacije klipnih prstenova date su na sl. 45,

Sl. 44 Promjena pritiska gasova po visini klipa

Sl. 45 Uobiajeni setovi karika po jednom klipugdje je:

a) set karika za forsirane oto motoreb)i c) setovi karika za dizel usisne motored) i e) setovi karika za nadpunjene motore.

a) b) c) d) e)


23/31

Zbog nepovoljnih uslova u kojima rade, klipni prstenovi se rade od materijala, koji treba da ispunisljedee uslove:

- da ima dovoljnu mehaniku vrstou na povienim temperaturama- da bude otporan na habanje pri povienim temperaturama- da ima mali koeficijent trenja i pri povienim temperaturama i pri nedovoljnom podmazivanju.

Ove uslove najbolje ispunjava sivo liveno gvoe sljedee strukture:- ravnomjeran raspored grafita ASTM tip 5 6- osnovna struktura perlit-sorbit- prisutnost ferita do 5 %- fosfidna mrea fino rasporeena

Kod visoko napregnutih klipnih prstenova koristi se sivo liveno gvoe legirano sa: Mn, Cr, Mo, V, Cu iNi. Zbog obezbjeenja boljih uslova klizanja, radna povrina klipnih prstenova se najee presvlai samreastim slojem hroma (Cr) ili molibden (Mo).

Koljenasto vratilo (radilica)

Koljenasto vratilo (radilica) vri prenos obrtnog momenta i spada u najodgovornije, najsloenije,najnapregnutije i najskuplje dijelove motora. Za pravilno funkcionisanje radilice moraju biti ispunjenisljedei zahtjevi:

- mora postojati dovoljna sigurnost da ne doe do zamornog loma materijala u cijelom radnompodruju

- ne smiju postojati velike amplitude torzionih, savojnih i aksijalnih oscilacija- inerciono optereenje se mora dovesti na razumnu mjeru- deformacije radilice se moraju dovesti na minimalno razumnu mjeru.

Izgled radilice, sa elementima koji na nju dolaze, dat je na sl. 46. Osnovni dijelovi koljenastog vratila

Sl. 46 Izgled (a) i skica (b) elemenata grupe koljenastog vratila


24/31

su: glavni rukavci (4), ramena (5), letei rukavci (8), kanali za ulje (6). Sa radilicom obino dolaze:priguivatorzionih oscilacija (1), remenica za pogon pumpe i ventilatora (2), zupanik za pogonbregastog vratila (3), protutegovi (7), prirubnica (9), startni zupanik (10), zamajac (11), frikcionapovrina (12), otvor za centriranje (13) i mjesta za zaptivanje krajeva (14) i (15).Radilica se najee radi kovanjem (sl.47), a u novije vrijeme sve ee livenjem za male motore.

Sl. 47 Kovano koljenasto vratilo

Obzirom na vrlo razliite konstruktivne forme koljenastog vratila, od oblika ramena, do toga da rukavcimogu biti puni ili uplji, potrebno je obezbijediti razvoenje ulja za podmazivanje rukavaca na radilici.Na sl. 48 dato je nekoliko konstruktivnih izvedbi kanala za ulje.

Sl. 48 Konstruktivne izvedbe kanala za ulje kod punih i upljih rukavaca radilice

Radilice se izrauju od elika za poboljanje. Najei materijali su:


25/31

- za male i malo optereene motore: 1531 i 1731- za vozilske manje opterene oto i dizel motore: 3130 i 3230- za vie optereene dizel motore: 3830 i 4732- za najoptereenije dizel motore 5430

Ovi elici su pogodni za povrinsko kaljenje rukavaca (koristi se tzv. indukciono kalenje), a rjee se

koristi nitriranje radilice. U svakom sluaju termikom obradom treba obezbijediti tvrdou rukavcaradilice 60 2 HRc.

Klipnjaa

Klipnjaa je element koji povezuje klip i radilicu motora i vri pretvaranje pravolinijskog u krunokretanje. Sastoji se od male pesnice, tijela i velike pesnice klipnjae sa poklopcem velike pesnice. Umaloj pesnici nalazi se jednodijelni klizni leaj, a u velikoj pesnici dvodijelni klizni leaj. Izgledklipnjae sa ravno razrezanom i koso razrezanom pesnicom dat je na sl. 49. Prednost se daje

a) b)

Sl. 49 Konstruktivni oblici klipnjae

klipnjaama sa koso razrezanom velikom pesnicom, zbog mogunosti lake demontae klipa i klipnjae(bez vaenja radilice sa motora). Zbog velike odgovornosti klipnjae u radu motora, mora se obezbijeditivisoka krutost uz minimalnu teinu iste. Zbog toga se tijelo klipnjae pravi sa vrlo razliitim formamapresjeka (sl. 50). Na sl. 51 dato je nekoliko konstruktivnih rjeenja formi male pesnice gdje su rjeenja Vi VI (sl. 51) sa vrstom vezom klipnjae sa osovinicom, a kod ostalih izvedbi je tzv. plivajua osovinica.Klipnjae se rade uglavnom kovanjem od visoko lediranih elika za poboljanje. Uglavnom su to hrom-

molibden elici (4730 4733).

a) - ravno rasjeena velika pesnicab) - koso rasjeena velika pesnica


26/31

Sl. 50 Razni oblici presjeka tijela klipnjae

Sl. 51 Razini oblici male pesnice klipnjae

2.5.2 Osnovni nepokretni dijelovi motora

Osnovni nepokretni dijelovi motora su:

- blok motora (b, sl. 52)- cilindarska glava (a, sl. 52)- gornji dio motorske kuice (c1, sl. 52)- donji dio motorske kuice (c2, sl. 52)

Na slici 52 su date uobiajene konstrukcione forme gradnje nepokretnih dijelova motora. To su:

I II III IV V


27/31

Sl. 52 Forme gradnje nepokretnih dijelova motora

- tunelska gradnja (I, sl. 52)- gradnja blok-karter (II, III, sl. 52)- gradnja blok-glava (IV, sl. 52)- gradnja blok motora velikih snaga (V, sl. 52)

Blok motora

Blok motora sa cilindarskim kouljicama je osnovni dio motora, koji prima i prenosi sve inercione silena oslonce motora. Kod konstrukcije bloka treba uzeti u obzir sljedee zahtjeve:

- velika krutost i male deformacije- minimalna teina, male dimenzije, velika kompaktnost- jednostavnost- mogunost jednostavne i lagane ugradnje bregastog vratila i ostalih elemenata razvoda- mogunost dobrog i ravnomjernog hlaenja

U principu se razlikuju sljedee konstrukcije:- monoblok integralna cjelina bloka i cilindarskih kouljica- vodom hlaene cilindarske kouljice u bloku- suve cilindarske kouljice- zrano hlaenje cilindarske kouljice

A) Monoblok

Prikazan je na sl. 53. Prednosti ovog rjeenja su:

Sl. 53 Monoblok motora

- jednostavno se dobiva visoka krutost- konstrukcija je relativno kompaktna.

Nedostaci rjeenja su:

- svaka greka zahtijeva bacanje cijelog bloka- legiranje je vrlo skupo, a mora se legirati cio blok

- pri livenju se teko dobiva eljena struktura klizne staze.

Koriste se uglavnom kod malih motora.


28/31

B) Mokre cilindarske kouljice

Izgled takve kouljice u bloku, dat je na sl. 54.

Sl. 54 Mokre cilindarske kouljice

Ovo rjeenje je najee u upotrebi. Postoji mogunost zamjene cilindarskih kouljica pojedinano.Obezbjeuje se dobro hlaenje. Kod ovog konstruktivnog rjeenja postoji opasnost od pojavekavitacije uslijed smanjenja debljine zida kouljice (k).Cilindarske kouljice se rade od sivog liva. Klizna staza kouljice se oplemenjuje zbog dobivanja boljihosobina klizanja (nitriranje, fosfatiranje, mreasto hromiranje). Zavrna obrada klizne staze kouljice jehonovanje, a u novije vrijeme se sve vie koristi plato honovanje, sve sa ciljem postizanja boljih kliznihsvojstava.

C) Suhe cilindarske kouljice

Suha cilindarska kouljica sa blokom data je na sl. 55. Koriste se uglavnom u US.

Sl. 55 Suha cilindarska kouljica


29/31

Ova konstrukcija zadrava krutost i kompaktnost dosta visoko, ali ima neto loije hlaenje. Samakouljica se radi od kvalitetnih materijala. Oteana joj je dosta zamjena (montaa i demontaa).

D) Zrano hlaenje cilindarske kouljice

Ima izgled kao na sl. 56. Na sebi ima rebra, koja poveavaju intenzitet hlaenja. Koristi se najee kod

Sl. 56 Zrano hlaenje cilindarska kouljica

motora za motocikle gdje je nastrujavanje zraka za hlaenje prirodno, a kod vozilskih motora mora bitiobezbijeen poseban sistem nastrujavanja zraka (ventilator, usmjerivai zraka, itd.).

Blokovi motora se izrauju livanjem od sivog liva ili od legure aluminijuma. Izgled jednog livenogbloka dat je na sl. 57.

Sl. 57 Liveni blok linijskog etverocililndrinog motora

Cilindarska glava

Osnovni zadatak cilindarske glave je da hermetiki zatvori prostor u kome se odvija processagorijevanja. Konstrukcija glave zavisi najvie od:

- oblika prostora za sagorijevanje- rasporeda ventila, brizgaa i svjeica- oblika i rasporeda usisnih i izduvnih kanala- vanjskih dovodnih cijevi i smjera teenja tenosti za hlaenje


30/31

Cilindarska glava treba da ima i visoku krutost obzirom na sile koje prima. Zbog toga se vrlo estocilindarska glava radi za svaki cilindar posebno ili za po dva cilindra, a rjee iz jednog dijela za ciomotor (samo kod malih motora). Konstruktivni izgled glave mnogo zavisi od sredstva za hlaenje. Nasl. 58 date su dvije glave motora sa vodenim hlaenjem a na sl. 59 glava jednog zrano hlaenog

a) za oto motore, b) za dizel motor sa pretkomorom

Sl. 58 Konstruktivne izvedbe glave motora sa vodenim hlaenjem

Sl. 59 Glava zrano hlaenog motora


31/31

motora. Na sl. 60 prikazana je jednodijelna cilindarska glava sa poklopcem i odgovarajuim zaptivaem.

1 zaptivaglave; 2 glava; 3 zaptivapoklopca; 4 poklopac

Sl. 60 Glava motora sa poklopcem

Motorska kuica (karter)

Konstrukcija kartera zavisi u najveoj mjeri od naina uleitenja koljenastog vratila. Kod tunelskegradnje, koja posjeduje najveu krutost, motorska kuica je izjedna, a koljenasto vratilo se pri montaimora pomjerati aksijalno, to je kod viecilindrinih motora veoma komplikovano. Kod motora zapogon motornih vozila karter je dvodijelan, pri emu je gornji dio izliven sa cilindarskim blokom. Donjidio kartera slui kao uljno korito i obino je presovan od lima debljine 1 do 1,5 mm i preko prirubniceojaane spolja po cijeloj duini jaom limenom trakom privren za gornji dio kartera preko zaptivaa(sl. 61, poz. 2). Kod nekih motora donji dio kartera je odliven od livenog gvoa ili aluminijske

1 - karter, 2 - zaptivka

Sl. 61 Prostorni izgled presovanih uljnih korita (kartera)

legure, pri emu je kod vozilskih motora esto orebren, ime se pospjeuje hlaenje ulja, koje se tu

sliva. Na sl. 62 data je takoer jedna izvedba kartera motora.

Sl. 62 Karter motora sa zaptivkom

1 karter,2 ep za isputanje ulja,3 - zaptivka

Predavanje 2a - Motori Sus

Documents

Transcript of Predavanje 2a - Motori Sus