Мотори са унутрашљим сагоревањем

Бензински и дизел мотори

Мотори и агрегати

• Мотори су погонске машине, које покрећу радне машине. Радне машине добијају механичку енергију од мотора. Радне машине могу бити компресори, пумпе, итд.
• У случају да су радне машине и погонске машине спојене у целину, са непосредним преносом снаге, зову се агрегати.

Врсте мотора

• Мотори претварају разне врсте енергија у механичку енергију, тј. користан рад:
• 1. електромотори електричну енергију претварају у механичку,
• 2. мотори са унутрашњим сагоревањем претварају хемијску енергију сагоревањем горива у механичку,
• 3. хидраулични мотори претварају притисну енергију у механичку.
• Мотори са унутрашњим сагоревањем спадају у топлотне машине. Топлотне машине обављају процес претварања хемијске енергије у топлотну, након чега се трансформацијом добија механички рад. Трансформација енергије се постиже сагоревањем горива.

​

Подела СУС мотора

• Мотори са унутрашњим сагоревањем (СУС мотори), обзиром на трансформацију енергије се деле се на:
• Струјне моторе (гасне турбине, пропулзори) и
• Моторе променљиве запремине радног простора.
• Мотори променљиве запремине могу бити:
• Ротациони мотори и
• Клипни мотори.

​

Винкел мотор

• Предности ванкел мотора су мала маса и габарити, могућност великих угаоних брзина, без вибрација и мањи број делова.
• Недостаци су: термичко оптерећење, јер се врели гасови стално налазе на истој страни цилиндра, мањи век трајања, лоше заптивање на врховима клипа и неповољна издувна емисија.

Предности и недостаци СУС мотора�Покретни делови СУС мотора

• Покретни делови мотора су:
• клип,
• клипњача,
• коленасто вратило,
• замајац и
• разводни механизам.

​

• Предности овог мотора су
• степен корисности од 0,25 до 0,4,
• компактна конструкција,
• велика специфична снага,
• поузданост.
• Недостаци овог мотора су:
• велика зависност рада мотора од квалитета горива,
• сложена конструкцијa,
• токсичност издувних гасова и
• бука мотора.

​

�Клип и клипњача�https://www.youtube.com/watch?v=bLXDPs7UrXs

• Клипни мотори имају клип који се креће између два крајња положаја (ГМТ – горња мртва тачка и ДМТ – доња мртва тачка), остварујући при томе променљиву запремину.
• Клипњачом и коленастим вратилом се праволинијско кретање клипа претвара у кружно кретање, које се даље користи за погон.

Клип

• Клип преноси дејство притиска гасова на клипни механизам и претвара га у механички рад. Помоћу кретања клипа у цилиндру се мења запремина и на тај начин се дефинишу тактови.
• Клип је термички и механички оптерећен. Због тога мора да буде отпоран на притиске, ударе, хабање, да буде добар проводник топлоте, да лако клизи по цилиндру у топлом и хладном стању.
• Клип прима на себе силе притисака гасова и у облику обртног момента их преноси на коленасто вратило.

​

Клипњача

• Клипњача претвара праволинијско кретање клипа у кружно кретање коленастог вратила. Клипњача врши сложено осцилаторно кретање.
• Мала песница клипњаче служи за везу са клипом и остварује праволинијско кретање.
• Велика песница остварује везу клипњаче са коленастим вратилом и врши кружно кретање. Доњи и горњи део велике песнице се спајају калибрисаним завртњем, који је израђен од специјалног челика. У великој песници се налази и дводелни клизни лежај од бронзе.

Коленасто вратило

• Коленасто вратило прима силу од клипњаче и претвара је у обртни момент и преноси га на спојницу мотора.
• Коленасто вратило:

1- спојница,

2 - рукавци вратила,

3 - летећи рукавци,

4 - тело вратила,

5 - канал за подмазивање,

6, 7 - крај коленастог вратила су места предвиђена за ременицу или зупчаник.

​

Клип, клипњача и коленасто вратило

• Клипњача представља везу између клипа и рукавца коленастог вратила. У току ширења продуката сагоревања, клипњача преноси силу са клипа на кружно кретање коленастог вратила, стварајући обртни момент. У осталим деловима циклуса, врши се обрнут процес - сила са вратила се преноси на клипњачу, клип и радно тело.
• Да би се спречило продирање гасова из горњег дела цилиндра у доњи и продирање уља у другом смеру, у жљебовима цилиндра су постављени прстенови - карике.
• Коленасто вратило претвара сложено кретање клипњаче у своје кружно кретање.
• Облик коленастог вратила омогућава претварање праволинијског осцилаторног кретања клипа у своје кружно кретање.
• Број цилиндара одређује број колена на вратилу.

Замајац

​

• На коленасто вратило не делује константна сила, већ удари од експлозија (паљења) у цилиндру. Због тога се јављају вибрације и немиран рад мотора.Зато се на крај коленастог вратила (радилице) ставља замајац, која не дозвољава нагле промене у брзини и броју ортаја.
• Замајац акумулира вишак енергије, због уравнотежења рада мотора.
• Што је замајац тежи, боље обавља свој задатак. Међутим, ако се претера, мотор теже убрзава.
• Директно учествује у стартовању мотора, преко зупчаника, који се налази у њему.
• Врло је важан при раду једноцилиндричних мотора. Повећањем броја цилиндара његов значај опада.
• На замајцу се налази зупчасти венац, који се спреже са електричним покретачем.

Разводни механизам и вентили�https://www.youtube.com/watch?v=DKF5dKo_r_Y

• Разводни механизам омогућава отварање и затварање отвора у глави цилиндра, односно пуњење смешом и ваздухом или пражњење од продуката сагоревања.

Брегасто вратило

• Брегасто вратило својим обликом брегова регулише отварање и затварање вентила. Брегови усисних и издувних вентила су померени за неки угао. Време и редослед отварања вентила су одређени положајем брегова.
• За време док се коленаста вратила (код четворотактних мотора) окрену два пута, брегасто вратило се окрене једанпут.
• Брегасто вратило има онолико брегова, колико има вентила.
• Често се брегасто вратило зове "брегаста осовина", али то није тачно, јер осовина по дефиницији не преноси снагу.

​

Главни непокретни делови мотора су : цилиндарски блок (1), поклопац цилиндарске главе (2), моторска кућица (3) и картер (4).

• Поклопац цилиндарске главе(2) и моторска кућица затварају моторни простор изнад и испод коленастог вратила.
• Цилиндарски блок (1) је геометријски сложен одливак у коме су смештени цилиндри мотора. Конструкција цилиндарског блока зависи од врсте и величине мотора, врсте хлађења и др.
• Цилиндарска глава затвара радни простор и у њему је смештен читав низ неопходних елемената мотора - свећице, вентили, бризгаљке, итд. Израђује се ливењем од ливеног гвожђа или алуминијумских легура.
• Моторска кућица (3) је ослонац осталих делова мотора. Састоји се од горњег и доњег дела, подељених хоризонталном равни по оси коленастог вратила.
• У оквиру доњег дела кућице се налази сливник за уље мотора – картер (4), помоћу кога се мотор затвара одоздо, али истовремено представља резервоар уља и зато је његово дно израђено у облику ребара, чиме се повећава површина за хлађење и одвод топлоте.

​

Цилиндарска глава

• Цилиндарска глава затвара радни простор цилиндра са горње стране.
• Ту су смештени усисни и издувни вентили, свећице код ото мотора, убризгачи горива код дизел мотора.

Цилиндарски блок

• Цилиндарски блок се израђује у једном комаду изливањем.
• У њему се налазе цилиндри. У доњем делу се налазе носачи лежаја коленастог вратила.

​

Помоћни уређаји мотора су:

1. уређај за справљање смеше,

2. уређај за убризгавање горива,

3. уређај за стварање варнице код ото мотора,

4. уређај за хлађење,

5. уређај за подмазивање мотора,

6. уређај за стављање мотора у погон.

​

Карбуратор

• Уређај за справљање смеше (код ото мотора) чине елементи који напајају цилиндре смешом (горива и ваздуха) и контролишу састав и количину смеше.
• Карбуратор:

1-лонче карбуратора,

2-кућиште,

3-пловак,

4-механизам са иглом,

5-отвор за довод ваздуха,

6-дифузор,

7-бризгаљка,

8-комора за мешање,

9-лептир.

Уређај за хлађење мотора

• Задатак уређаја за хлађење мотора је да одводи један део топлоте и да спречи ширење појединих делова мотора (цилиндра и клипова), који су највише термички оптерећени.
• Постоји ваздушно и водено хлађење мотора.

Ваздушно хлађење

• Ваздушно хлађење се постиже постављањем ребара на спољњој страни цилиндра, чиме се повећава површина са које се топлота одаје ваздуху.
• Тако да на пример, код авионских мотора повећање површине помоћу ребара достиже и пет пута већу вредност, у односу на равну површину, без ребара. Тај принцип се користи и код аутомобилских мотора.

Ваздушно хлађење - предности

• Једноставнија конструкција,
• Јефтинија и лакша конструкција,
• У сваком тренутку је присутан расхладни флуид.

Водено хлађење�https://www.youtube.com/watch?v=sRHDsEyEQ2M

• 1-циркулациона пумпа,
• 2-вентилатор,
• 3-хладњак,
• 4-отвор за воду са затварачем,
• 5-преливна цев,
• 6-славина,
• 7-термостат,
• 8-регулациони вентил,
• 9-грејно тело,
• 10-термометар.

Недостаци воденог хлађења

• Недостаци воденог хлађења:
• гломазан хладњак,
• опасност од смрзавања воде (зими),
• таложење каменца на зидовима цеви
• компликована инсталација и могућност кварова већа.

• Ток хлађења водом: по излску из мотора, у ком је обавила хлађење, вода улази у хладњак, одатле је пумпа потискује у мотор.
• Вода је посредник за преношење топлоте са делова мотора на спољни ваздух.

Уређај за стартовање мотора

• Уређај за стартовање мотора служи за покретање мотора, јер мотор не може сам да се покрене.
• Постоји неколико начина за стартовање мотора:

1.ручно или ножно покретање, примењује се код ото мотора, мањих и средњих снага. То је покретање помоћу "курбле" (слика,а), система зупчастих сегмената (слика,b), помоћу ножне полуге код моторцикала (слика,с) или помоћу канапа код моторних чамаца и косачица (слика,d).

2.покретање помоћу електричног покретача, обично помоћу електромотора, који је преко малог вратила и пара зупчаника спојен са замајцем мотора.

3.покретање помоћу компримованог гаса, се најчешће користи код великих мотора, којима треба велика снага да би се покренули. Користи се сабијени ваздух (30 bar), који се смешта у велике челичне боце. Ваздух под притиском се убацује директно у цилиндре.

​

Трансмисија

• Трансмисија омогућава пренос снаге, односно обртног момента на погонске точкове возила. На тај начи се добија користан рад. Пренос снаге се врши преко:

1. квачила,

2. мењача,

3. карданског вратила и

4. погонских вратила.

​

• Квачило (механизам спојнице) омогућава одвајање мотора од мењача и њихово спајање при старту или промени преноса.
• Квачило ствара трење толико велико да преноси снагу са једног дела на други.
• Кућиште квачила је смештено у унутрашњем делу замајца мотора, у коме је ламела квачила чврсто везана са гоњеним вратилом.

Мењач

• Мењач прилагођава број обртаја вратила мотора, у постојећим условима вожње.
• У мењачкој кутији су постављени погонски и гоњени зупчаници.
• Мотор покреће погонски ред зупчаника и зато је њихов број обртаја увек исти као број обртаја мотора. Овај ред зупчаника се искључује када се притисне квачило.
• Гоњени зупчаници су повезани са точковима и њихов број обртаја је идентичан броју обртаја точкова.
• На слици је приказан мењач са пет брзина. Покретањем ручице мењача, преко виљушке се активирају поједини парови зупчаника.

Делови СУС мотора�Функција моторног уља

Поделе СУС мотора

• Према начину рада, процесу пуњења и пражњења цилиндра, СУС мотори се деле на:
• четворотактне моторе и
• двотактне моторе.
• Према врсти горива и начину одвијања процеса сагоревања, СУС мотори се деле на :
• ото моторе и
• дизел моторе.

​

• Према броју цилиндара у мотору СУС мотори се деле на једноцилиндричне и вишецилиндричне.
• Према положају цилиндара се деле на вертикалне, хоризонталне, под углом, итд.
• Према намени се деле на: стационарне и мобилне.
• Према начину хлађења на оне са ваздушним и са воденим хлађењем.

Четири такта хода клипа четворотактног ото мотора

1.Усисавање - клип се креће из крајњег, спољашњег положаја, при отвореном вентилу. Запремина се повећава и ствара се подпритисак у цилиндру и то омогућава улазак смеше у цилиндар, кроз отворени усисни вентил.

2. Сабијање (компресија) - Кретањем клипа из доњег ка крајњем горњем положају, смањује се запремина смеше у цилиндру и притисак и температура се повећавају. Сагоревање смеше, при чему се ослобађа хемијска енергија горива и претвара у топлотну енергију. Процес сагоревања се обавља док се клип налази у крајњем горњем положају, односно у близини горњег положаја. Клип мирује док се обавља процес сагоревања.

3. Ширење (експанзија) - кретања клипа од горњег до доњег положаја, потенцијална енергија се претвара у механички рад, рад кретања клипа се даље преко клипњаче претвара у рад обртања коленастог вратила. Радни такт.

4. При крају такта ширења, отвара се издувни вентил, да би клип својим кретањем из доњег у горњи положај, у четвртом такту потиснуо и избацио производе сагоревања из цилиндра, кроз отвор издувног вентила и то је такт издувавања.

​

Сваки циклус се састоји од пет основних процеса:

1. усисавања,
2. сабијања,
3. сагоревања,
4. ширења и
5. издувавања

Теоријски дијаграм четворотактног ото мотора

• 5 – 1 усисавање смеше,
• 1 – 2 сабијање, 40-60 bar и 400-600°С,
• 2 – 3 сагоревање, паљење помћу ел.варнице,
• 3 -4 ширење, радни такт,
• 4 – 1 издувавање.

​

Конструкција ото мотора

• (СМТ- спољна мртва тачка), а запремина која одговара том положају клипа се зове компресиона запремина (Vc)
• (УМТ – унутрашња мртва тачка) одговара положају који је најближи оси коленастог вратила, односно када је запремина цилиндра највећа (V1=Vu)
• Током пута између ове две тачке, клип обавља један такт, а тако пређени пут се зове ход клипа (h). Запремина коју клип опише својим кретањем том приликом назива се радна запремина (Vh).
• укупна запремина цилиндра једнака збиру компресионе и радне запремине:
• Vu = Vc + Vh.
• Однос укупне и компресионе запремине се назива степен компресије (сабијања) мотора:
• ε = Vu / Vc

​

Теоријски дијаграм четворотактног дизел мотора

• 5 -1 усисавање ваздуха
• 1 – 2 сабијање (компресија), р је много већи него код ото мотора, а 415°С,
• 2 – 3 Убризгава се гориво,самозапаљење
• 3 – 4 ширење (експанзија),
• 4 – 1 издувавање.

Радни циклус,4 такта и два окретања радилице

• Радни циклус је скуп промена притиска, температуре и запремине, које се периодично понављају, у сваком цилиндру приликом рада мотора.
• Такт је временски период за време ког клип мотора пређе пут (ход) између крајњих положаја. Тај пут одговара половини једног пуног обртаја коленастог вратила.
• Код четворотактних мотора радни циклус се обавља у току четири такта, док се коленасто вратило за то време окрене два пута.

Поређење ото и дизел-мотора

1.врсте погонских горива - ото мотори троше бензин, док дизел мотори троше дизел гориво,

2.начин довођења горива у цилиндре мотора - у ото моторе се доводи смеша која се формира у карбуратору, а код дизел мотора гориво се допрема пумпом преко убризгача,

3.начин паљења горива - код ото мотора смеша се пали помоћу електричне варнице, а код дизел мотора долази до самозапаљења горива у компримованом простору цилиндра,

4.разлика у конструкцији мотора - ото мотори су лакше конструкције, док су дизел мотори масивнији.

​

Поређење ото и дизел-мотора

• Код ото мотора степен компресије је ε = 6...11, а код дизел-мотора ε = 12...24, али се сматра да је најекономичније када се степен компресије креће од 13 до 18, јер би даље повећање степена компресије повећало напрезање елемената мотора.
• Сагоревање горива код ото мотора је скоро тренутно и одвија се по изохори (линија 2-3). Код дизел-мотора сагоревање је спорије и одвија се изобарски, при константном притиску (линија 2-3).
• Ото мотори су лакши, стартнији и имају већи број обртаја. Дизел-мотори имају већи степен компресије, веће и масивније елементе и због тога су инертнији. Основна предност дизел-горива је економичност због јефтиног горива и бољег степена корисности у односу на ото моторе и због тога се користе за веће снаге.

​

Основни принципи рада двотактног мотора

• Код двотактних мотора долази до истовременог одвијања радних фаза - претходна фаза није завршена, а наредна фаза је почела да се одвија.
• Фазе усисавања и издувавања радног простора се одвијају истовремено.
• Да би усисавање могло да се обави у што краћем периоду, ваздух се у цилиндар убацује под притиском, чиме се повећава снага мотора.

• Код четворотактног мотора цео циклус се обавља за време четири хода клипа, односно два обрта коленастог вратила.
• Код двотактног мотора, цео циклус се обавља за време два хода клипа, односно за време једног обрта коленастог вратила.
• Фазе рада:
• усисавање,
• сабијање,
• сагоревање са ширењем и
• издувавање.

​

Двотактни и четворотактни мотори

• Код четворотактних мотора постоје усисни и издувни вентили,
• Код двотактних мотора се налазе канали, које клип при кретању затвара и отвара.
• Двотактни мотори могу да буду и ото и дизел мотори.

Двотактни и четворотактни ото мотори

• Снага двотактног мотора се повећава убацивањем ваздуха под притиском.
• Четворотактни ото мотор користи гориво које представља мешавину бензина и ваздуха, док двотактни ото мотор троши мешавину бензина и уља (1 литар уља на 10 литара бензина).
• Због тога, двотактни мотор нема картер за уље, јер се подмазивање врши преко уља, који се сипа у бензин.
• Двотактни мотори више загађују животну средину, у односу на четворотактне, због уља, које се убацује у бензин. Због тога се мање користе.

Рад двотактног ото мотора

• А – Б комресија и увођење смеше, оба канала су отворена,
• Б – Ц усис је затворен, а издувни канал је отворен,
• Ц – Д компресија,
• Д – Е – паљење, при V = const и повећање р,
• Е – Ф експанзија,вршење рада, истовремено увођење смеше,
• У Ф се отвара издувни вентил, смањење притиска (од 25bar до3 bar),испирање цилиндра,

​

​

Два такта

• Код двотактних мотора постоје два такта: такт сабијања и такт сагоревања и ширења гасова. Усисавање и издувавање се обављају истовремено, у току та два такта.

​

Двотактни дизел мотор

• Двотактни дизел мотор:
• а-усисни вентил,
• б-кућица мотора,
• ц-цилиндар,
• д-спојни канал за пролаз ваздуха из кућице у цилиндар,
• е-издувни канал,
• ф-пумпа за убризгавање горива,
• г-цев одвода горива под високим притиском из пумпе у бризгаљку
• х – бризгаљка за гориво

Теоријски дијаграм двотактног дизел мотора

• Положај тачке О на дијаграму, означава положај клипа у крајњем доњем положају, при чему су отвори (е) и (д) отворени. Клип се креће ка крајњем горњем положају, где су отворена оба ова отвора, све до тачке 1.
• Од тачке 1 до тачке 2 отвор (д) је затворен, а отвор (е) је отворен.
• Линија 2-3 представља сабијање ваздуха изнад клипа и тако се повећавају његови притисак и температура. У тако усијан ваздух се убризгава гориво и долази до самозапаљења и сагоревања по линији 3-4.
• Клип се враћа надоле и по линији 4-5 се врши експанзија сагорелих гасова. У тачки 5 се отвара издувни отвор (е), због чега притисак нагло пада. Клип наставља кретање до тачке О, на почетак и цео процес се понавља.

​

Испирање цилиндра

• Свеже пуњење потискује испред себе продукте сагоревања и избацује кроз издувни канал, који је отворен. Тај процес се зове испирање цилиндра.
• У току испирања цилиндра увек се меша свеже пуњење са продуктима сагоревања, тако да се један део свежег пуњења неповратно губи, а један део продуката сагоревања остаје у цилиндру мотора.

Тактови, фаза рада и обртаји коленастог вратила

Токсичност издувних гасова

• Продукти сагоревања су угљенмоноксид (CO), угљендиоксид (CO2), водена пара и одређена количина несагорелих угљоводоника (HC). Усисни ваздух садржи око 80% азота. У условима високе температуре сагоревања, долази до спајања азота и кисеоника и стварања азотних оксида (NOx). Сви продукти сагоревања, који настају су отровни, канцерогени и еколошки неприхватљиви и настају због непотпуног сагоревања.
• Садржај азота је исти и код издувних гасова ото мотора и код дизел мотора.
• Угљоводоника има два пута мање код издувних гасова ото мотора него код дизел мотора.
• Угљен моноксида има четири пута више код ото мотора.

​

EGR(Exhaust Gas Recirculation) вентил

• EGR вентилом издувни гасови се поново враћају у цилиндар и смањује се температура сагоревања испод 1.500°С чиме се смањује могућност настанка азотних оксида, јер је мање слободног кисеоника и азота и поред тога, смањује се њихова реактивност.
• Рециркулисани (враћени) гасови могу да заузимају 30% запремине током усиса.
• Међутим, то има за последицу неквалитетно сагоревање и повећање количине чађи. Због тога је неопходна уградња филтера. Поред тога, повећањем удела рециркулисаних продуката сагоревања, повећава се потрошња.

AdBlue

• Једна од технологија за смањење емисије штетних гасова је убризгавање раствора урее, која се често назива AdBlue. То је раствор урее у води и садржи 32,5% урее и 67,5% дестиловане воде.
• По убризгавању овог раствора урее у продукте сагоревања, настаје амонијак, који везује азотне оксиде, при чему настаје азот и водена пара.
• Састав и квалитет AdBlue-а су дефинисани стандардом ISO 2241 и DIN70070. Често се појављује назив AUS32 (Aqueous Urea Solution 32%, односно водени раствор урее 32%) и DEF (Diesel Exhaust Fluid).
• AdBlue је осетљив на температурске измене (смрзава се на -11,5°С) и зато се чува у специјалним условима.

Променљиво управљање вентилима�VVT (Variable Valve Timing) систем�

• Овај систем брже и прецизније реагује на промене оптерећења мотора, у односу на EGR вентил.
• Мења и подешава време затварања издувног вентила при оптерећењу мотора, тако да се мала количина издувних гасова усисава у цилиндар, сабија и сагорева заједно са свежом смешом. На тај начин се постиже, као и код EGR вентила, смањење температуре сагоревања и на тај начин смањење садржаја азотних оксида.

​

Променљиво управљање вентилима�VVT (Variable Valve Timing) систем

• Преклапање усиса горива и ваздуха и испуштања продуката сагоревања треба повећати, са повећањем броја обртаја. На тај начин снага и обртни момент могу да буду оптимизовани.

Лоше одржавање мотора као основни узрок повећане емисије штетних гасова

• Повећану емисију угљоводоника изазивају (мотор ради са већом потрошњом горива):
• изостанак паљења смеше у цилиндрима,
• запрљаност свећица,
• низак притисак горива (сиромашна смеша),
• запрљан карбуратор,
• велики притисак горива (богата смеша),
• изгорели издувни вентили.
• Прегревање мотора омогућава повећану емисију азотних оксида.