Podela SUS motora

Motor sa unutrašnjim sagorevanjem ima zadatak da hemijsku energiju unetu u vidu pogonskog goriva sagorevanjem pretvori u toplotnu energiju, a daljom transformacijom da tu energiju pretvori u mehanički rad. Motori sa unutrašnjim sagorevanjem mogu se podeliti na određene grupe i podgrupe, zavisno od njihovog konstruktivnog resenja.

Prema principu rada, mogu se podeliti na:

• oto motore

• dizel motore

Prema vrsti korišćenog goriva, mogu se podeliti na:

• motore koji kao pogonsko gorivo koriste benzin

• motore koji kao pogonsko sredstvo koriste dizel gorivo

• motore koji kao pogonsko gorivo koriste mešavinu butana i propana (tečni gas) itd.

Prema broju cilindara, dele se na:

• jednocilindrične

• dvocilindrične

• višecilindrične

Prema rasporedu cilindara, dele se na:

• motore sa vertikalno postavljenim cilindrima

• motore sa horizontalno postavljenim cilindrima (linijski motori)

• motore sa koso postavljenim cilindrima

Prema načinu ostvarenja radnog ciklusa, dele se na:

• četvorotaktne

• dvotaktne

Prema načinu hlađenja, dele se na:

• motore koji se se hlade tečnošću

• motore koji se hlade vazduhom

Motori se unutrašnjim sagorevanjem mogu se međusobno upoređivati na osnovu uporednih karakteristika, kao što su:

• efektivna snaga (kW)

• obrtni moment motora (Nm)

• srednji efektivni pritisak (bar)

• stepen kompresije

• specifična težina

• specifična potrošnja itd.

Realizacija radnog ciklusa kod oto motora

Kod oto motora zapremina cilindra deli se na tzv. kompresionu zapreminu (V c ) i zapreminu pri kretanju klipa, koja se naziva radna zapremina (V h ). Kada klip stigne u krajnji gornji položaj naziva se gornja mrtva tačka - GMT, a kad dospe u najnižu tačku cilindra naziva se donja mrtva tačka - DMT. Ovo važi kada su cilindri vertikalno postavljeni. Kada su cilindri postavljeni horizontalno ili pod nekim uglom, tada se kaže da je klip dospeo u ili se nalazi u spoljnoj mrtvoj tački - SMT, odnosno u unutrašnjoj mrtvoj tački - UMT.

OTO ciklus

Da bi se mogao pratiti proces u motoru, obično se prati tok promene pritiska u zavisnosti od zapremine motora, što se može videti u p-v dijagramu.Površina ispod krive koja predstavlja tok promene pritiska u zavisnosti od zapremine, je utrošen odnosno dobijen rad.

Oto radni ciklus teorijski je zamišljen tako da se gas (smeša) koji se nalazi u cilindru (sl. tačka 1) sa pritiskom i zapreminom tačke 1, sabije do tačke 2, pri čemu se tom gasu niti dovodi niti odvodi toplota. Zbog sabijanja gasa u cilindru dolazi do porasta pritiska (tačka2). Kada je klip došao u spoljnu mrtvu tačku, tada se trenutno dovodi toplota Q 1 , usled čega pritisak poraste do tačke 3.

Zbog naglog porasta pritiska u cilindru, dolazi do kretanja klipa nazad, i pri kretanju klipa ka UMT gasu se niti dovodi niti odvodi toplota, a dobija se rad. Kada se klip nađe u UMT (tačka 4) dolazi do trenutnog odvođenja toplote Q 2 i ponovo se dolazi na početak stanja gasa definisanim pritiskom i zapreminom (tačka 1 u dijagramu).Kao što je pomenuto u p-v dijagramu, površina ispod krive predstavlja rad. Tako da se za sabijanje gasa (ili smeše) od tačke 1 do tačke 2 utroši rad koji je predstavljen površinom ispod krive 1-2. Pri ekspanziji gasa sa stanjem u tački 3 oslobađa se rad koji je predstavljen površinom ispod krive 3-4. Koristan rad dobijen ovakvim procesom predstavljen je krivom (1-2-3-4). Realizacija radnog ciklusa kod oto motora

OTO ciklus

Da bi se mogao pratiti proces u motoru, obično se prati tok promene pritiska u zavisnosti od zapremine motora, što se može videti u p-v dijagramu.

Površina ispod krive koja predstavlja tok promene pritiska u zavisnosti od zapremine, je utrošen odnosno dobijen rad.

Kao što je pomenuto u p-v dijagramu, površina ispod krive predstavlja rad. Tako da se za sabijanje gasa (ili smeše) od tačke 1 do tačke 2 utroši rad koji je predstavljen površinom ispod krive 1-2. Pri ekspanziji gasa sa stanjem u tački 3 oslobađa se rad koji je predstavljen površinom ispod krive 3-4. Koristan rad dobijen ovakvim procesom predstavljen je krivom (1-2-3-4).

Realizovanje radnog ciklusa kod oto motora

Č etvorotaktni motor

Kad se govori o četvorotaktnim motorima, podrazumeva se da je reč o motorima kod kojih se jedan radni ciklus realizuje sa četiri hoda:

• usisavanje

• sabijanje

• ekspanzija ( širenje)

• izduvavanje

Delovi:

1) kolenasto vratilo

2) klipnjača

3) klip

4) cilindar

5) usisni ventil

6) izduvni ventil

7) svećica

h- hod klipa

Realizovanje radnog ciklusa motora

I takt - usisavanje

U ovom slučaju, pri kretanju klipa od spoljne ka unutrašnjoj mrtvoj tački, u cilindru se stvara potpritisak (Pa - spoljni atmosferski pritisak) i motor usisava smešu ( od tačke 1 prema 2).

Okretanjem kolenastog vratila uslovljeno je kretanje klipnjače i klipa. Kretanjem klipa od spoljne mrtve tačke (SMT) do unutrasnje mrtve tačke (UMT) povećava se veličina slobodne zapremine, a posledica toga je stvaranje potpritiska u cilindru. Tada je izduvni ventil zatvoren. Usisni ventil se otvara pomoću brega bregastog vratila. Potpritisak se prenosi preko usisne cevi. S obzirom na to da je uspostavljena posredna veza izmedju usisne cevi i cilindra, to radna sme ša popunjava slobodan prostor koji ostaje iza temena klipa, sve dok traje usisavnje, odnosno dok se ne zatvori usisni ventil. Na kružnom dijagramu se može videti da je usisavanje trajalo sve do oko 40 O posle UMT. To praktično znači da su oba ventila zatvorena, da je klip krenuo prema SMT i da je završen takt usisavanja.

II takt - sabijanje

Po završenom usisavanju počinje sabijanje smeše, kada dolazi do paljenja i početka sagorevanja (nešto pre SMT). Kretanjem klipa prema SMT smanjuje se zapremina, a povećava pritisak, što omogućava bolje vrtloženje usisane smeše. Sabijanje radne smeše traje dok klip ne stigne neposredno ispred SMT. Za vreme kretanja klipa pritisak radne smeše se povećava, jer se sabija u manju zapreminu. Uporedo sa povećanjem pritiska povećava se i temperatura smeše koja pri kraju sabijanja, zavisno od vrste motora, dostiže oko 100 O nižu temperaturu od temperature samozapaljenja smeše.

III takt - širenje

Kada klip stigne neposredno pred SMT, dolazi do paljenja, odnosno sagorevanja. Pošto ne može nastati trenutno sagorevanje, već je potrebno da prođe određeno vreme, klip se i dalje kreće prema SMT. U trenutku kada klip promeni smer kretanja, na njega deluje pritisak uslovljavajući ga da se kreće prema UMT.Sagorevanje treba tako podesiti da se maksimalni pritisak postigne nešto posle SMT. Zbog porasta pritiska počinje ekspanzija gasa u cilindru što predstavlja radni hod.U trenutku kada klip menja smer i počinje da se kreće od SMT prema UMT dovedena toplota sagorevanja stvara pritisak koji deluje na klip, uslovljavajući da se kreće prema UMT. Iz dijagrama se može videti da takt širenja počinje od trenutka završetka takta sabijanja, tačno kada je klip promenio smer kretanja.

IV takt - izduvavanje

Po završenom taktu širenja, kao deo ciklusa, nadovezuje se takt izduvavanja. Izduvavanje sagorelih gasova počinje nešto pre UMT kada se otvori izduvni ventil i traje sve dok klip ne dođe u SMT.Kada klip promeni smer i počne da se kreće ka SMT, potiskuje izduvne gasove i uslovljava njihovo kretanje kroz otvor izduvnog ventila u izduvni sistem, odnosno atmosferu.Raspored pojedinih taktova može se dati i u zavisnosti od ugla kolenastog vratila na tzv. kružnom dijagramu. Na dijagramu se vidi da taktovi usisavanja i izduvavanja najduže traju i da se u odredjenom periodu preklapaju, odnosno delimično se obavljaju istovremeno.

Za vreme takta usisavanja klip se kreće od SMT do UMT. Za to vreme je posredstvom razvodnog mehanizma otvoren usisni ventil i cilindar se puni svežom smešom (smeša goriva i vazduha).

U taktu sabijanja razvodni mehanizam drži zatvorena oba ventila (usisni, izduvni), klip se kreće od UMT prema SMT. Smeša se sabija, usled čega joj raste pritisak i temperatura.

Kad klip dođe u SMT sabijena smeša se pali pomoću električne varnice i nastaje sagorevanje smeše. Produkti sagorevanja deluju na klip i pomeraju ga prema UMT, stvarajući koristan rad. Ovo je radni takt.

Dolaskom klipa u UMT radno telo je dalo najveći deo energije pa se posredstvom razvodnog mehanizma otvara izduvni ventil i radno telo se odvodi u atmosferu. Kretanjem klipa prema SMT vrši se popotpunije istiskivanje radnog tela. Dolaskom klipa u SMT završava se radni ciklus četvorotaktnog oto motora. Rad motora se nastavlja istovetnim sledećim ciklusom.

Kružni dijagram radnog ciklusa motora

Na osnovu prikazanog kružnog dijagrama, može se videti trajanje svakog takta pojedinačno. Očigledno da takt usisavanja i takt izduvavanja traju najduže (230 O ), dok se takt sabijanja realizuje za najkraće vreme (oko 134 O ).

Prema kružnom dijagramu takt izduvavanja počinje 42 O pre UMT, a završava 10 O posle SMT. Iz ovoga se može zaključiti da su izduvni i usisni ventili jednovremeno otvoreni oko 22 O ; jer se usisni ventil otvara pre nego što klip dospe u SMT za 12 O , a izduvni ventil se zatvara kada klip promeni smer, tj. kada se udalji od SMT za 10 O . Ovim se postiže bolje ispiranje cilindra od izduvnih gasova, a time potpunije punjenje cilindra radnom smešom.

Da bi se realizovala sva četiri takta, potrebno je da se kolenasto vratilo obrne dva puta (720 O ), a bregasto vratilo samo jedanput (360 O ).Osnovna razlika između oto i dizel motora je u tome što se kod dizel motora paljenje goriva vrši samo od sebe (samozapaljenje). Naime, dizel motor sabija vazduh i zbog visokih pritisaka i temperatura koje se postižu zbog sabijanja, gorivo koje se ubrizgava u tako sabijen vazduh pali se samo od sebe. Kod oto motora paljenje goriva, koje se nalazi u prostoru za sagorevanje pomešano sa vazduhom, vrši se električnom varnicom. Kod oto motora mora se voditi računa da ne dođe do samozapaljenja smeše.

Dvotaktni motor

Dvotaktni motori se konstruktivno razlikuju od četvorotaktnih motora. Jednostavnije su konstrukcije, jer ne moraju da imaju bregasto vratilo i ventile. Razvođenje radne smeše kod ovih motora se vrši pomoću klipa i odgovarajućih kanala (usisni, prelivni i izduvni). Preko usisnog kanala radna smeša dospeva u kućište motora, kod motora male snage prelivni kanal je u vezi sa kućištem motora i cilindrom. Izduvni kanal je u vezi sa izduvnim sistemom. Klip kod ovih motora nije standardnog oblika, jer se na temenu klipa nalazi "nos" pomoću koga se usmerava smesa za vreme punjenja cilindra.S`obzirom na to da se u cilindru nalaze odgovarajući kanali, potrebno je voditi računa o postavljenju klipnih prstenova na klipu.Zaptivenost kućišta motora treba da bude besprekorna, jer se u tom prostoru vrši usisavanje radne smeše i njeno sabijanje.U dvotaktnom motoru realizuju se, kao i u četvorotaktnom, isti cilkusi, samo po drugom rasporedu.

Realizovanje radnog ciklusa kod dvotaktnog motora

Slika 1

I takt

Za vreme kretanja klipa od UMT do SMT najpre ce doći do zatvaranja prelivnog kanala (3) (sl. 1), a neposredno posle toga i do zatvaranja izduvnog kanala (2). Od tog trenutka prestaje da postoji prostorna veza između kućišta i cilindra. Takođe, u cilindru nastaje sabijanje radne smeše koje traje sve do SMT. Za vreme sabijanja smeše pritisak u cilindru se kreće u granicama od 3,5 do 8,0 bara.Istovremeno, u kućištu motora nastaje potpritisak koji se povećava sa udaljavanjem klipa od UMT i zahvaljujući njemu realizuje se usisavanje radne smeše u kućište motora kroz usisni kanal (1). Dakle, u prvom taktu jednovremeno se vrši usisavanje smeše u kućište motora i sabijanje smeše u cilindru. Kada klip stigne neposredno pred SMT, izvrši se paljenje smeše.

II takt

Za vreme dok još traje paljenje smeše, klip menja smer kretanja i tog trenutka na teme klipa deluje pritisak (20 - 30 bar), kada počinje da se realizuje radni takt, sagorevanje (širenje), koji traje sve dok klip ne oslobodi otvor izduvnog kanala. Otvaranje izduvnog kanala počinje pre UMT i tada počinju da izlaze sagoreli gasovi u izduvni sistem, pri čemu dolazi do naglog pada pritiska u cilindru. Neposredno po otvaranju izduvnog kanala otvara se prelivni kanal.Sagoreli gasovi mogu da izlaze i kroz otvor koji regulišu ventili, a uduvavaju se kroz otvor koji otvara klip.Ukratko, u drugom taktu u cilindru se realizuje širenje sagorelih gasova, a u kućištu motora vrši se sabijanje radne smeše. Ovo je radni ciklus dvotaktnog motora, koji se ponavlja posle svakog punog okretanja kolenastog vratila.izduvnogcinje se paljenje smese.

Toplotni bilans

Kada se radi o radnom procesu kod motora, rečeno je da se u motoru transformiše hemijska energija goriva u mehanički rad.Na osnovu merenja postignutih efekata, grafički se može prikazati bilans unete energije goriva i efekata koji se postižu. Očigledno je da se sva energija uneta u motor ne može iskoristiti. Procenat iskorišćenja energije zavisi od usavršenosti procesa i od opterećenosti motora. Naime, ukoliko motor ne radi punom snagom, tada su iskorišćenja energije goriva još manja, jer ako motor radi na praznom hodu, od unete energije goriva ništa se ne iskoristi, a najveći procenat iskorišćenja energije goriva postiže se pri maksimalnom opterećenju motora ili, kako se obično kaže, pri radu motora sa maksimalnom količinom goriva po ciklusu. Od ukupno unete količine toplotne energije goriva Q 1 efektivno se iskoristi Q e . Ostatak toplote se gubi sa sagorelim gasovima (Q g ), fluidom za hlađenje motora (Q h ) i zračenjem toplote sa zagrejanih površina motora (Q z ).