Dijagnostika Brodskog 4-T Dizelskog Motora

POMORSKI FAKULTET U SPLITU

DIJAGNOSTIKA BRODSKOG 4-T DIZELSKOG MOTORA

Split, Travanj,2008.

Brodostrojarstvo

Doc.dr.sc. Gojmir Radica, dipl. In. Stroj.

Pomorski fakultet u Splitu Dijagnostika brodskog 4-T dizelskog motora

Sadraj SADRAJ ......................................................................................................................... 2

I. UVOD ............................................................................................................................ 5

II. KARAKTERISTIKE SUVREMENIH SUSTAVA ..................................................... 6

BRODSKIH BRZOKRETNIH 4T DIESEL MOTORA .................................................. 6

1. SUSTAV GORIVA ........................................................................................ 6

1.1. GORIVO ............................................................................................. 6

1.2. HLADNJACI GORIVA ...................................................................... 8

1.3. DNEVNI SPREMNICI ....................................................................... 8

1.4. KONSTRUKCIJA SPREMNIKA GORIVA ...................................... 9

1.5. CIJEVI GORIVA .............................................................................. 10

2. SUSTAV PODMAZIVANJA ...................................................................... 11

2.1. ULJE ................................................................................................. 11

2.2. GRIJAI ULJA ................................................................................. 14

2.3. SIGURNOSNI SUSTAV .................................................................. 14

2.4. DUPLEKS FILTRI ........................................................................... 14

2.5. POMONO ULJNO KORITO ......................................................... 15

2.6. PUNJENJE SUSTAVA PODMAZIVANJA .................................... 15

3. SUSTAVI HLAENJA ............................................................................... 16

3.1. SUSTAV HLAENJA KOULJICE CILINDRA ........................... 16

4. SUSTAV ISPUHA ....................................................................................... 27

4.1. MOKRI ISPUNI SUSTAV ............................................................. 27

4.2. SUHI ISPUNI SUSTAV ................................................................. 31

5. SUSTAVI VENTILACIJE ........................................................................... 34

5.1. SUSTAV VENTILACIJE U UEM SMISLU ................................. 34

III. DIJAGNOSTIKI SUSTAVI DIJAGNOSTIKE ZNAAJKE ......................... 40

1. SUSTAV GORIVA; DIJAGNOSTICIRANJE, UPRAVLJANJE ............... 41

1.1. HIDRAULIKI AKTIVIRANA ELEKTRONSKI UPRAVLJANA

JEDINICA UBRIZGAVANJA GORIVA - HEUI ............................................ 42

1.4. VENTIL ZA UPRAVLJANJE TLAKOM ULJA ZA AKTIVACIJU

UBRIZGAVANJA IAPCV ............................................................................ 44

1.5. TRANSFER PUMPA GORIVA ....................................................... 45

1.6. IAP OSJETNIK ................................................................................. 46

2. HEUI SUSTAV UBRIZGAVANJA ............................................................ 46


2.1. NISKOTLANI SUSTAV GORIVA ............................................... 46

2.2. SUSTAV UPRAVLJANJA UBRIZGAEM ................................... 47

2.3. NAIN RADA IAP UPRAVLJAKOG VENTILA ....................... 52

2.4. DIJELOVI HEUI UBRIZGAA ...................................................... 56

2.5. NAIN RADA HEUI UBRIZGAA ............................................... 59

3. OSJETNICI .................................................................................................. 63

3.1. OSJETNIK ATMOSFERSKOG TLAKA ........................................ 64

3.2. OSJETNIK RAZINE RASHLADNE TEKUINE .......................... 64

3.3. OSJETNIK TEMPERATURE RASHLADNE TEKUINE ............ 64

3.4. OSJETNIK TLAKA ULJA ............................................................... 65

3.5. OSJETNIK TEMPERATURE .......................................................... 65

3.6. OSJETNIK BROJA OKRETAJA KOLJENASTOG VRATILA ..... 65

3.7. OSJETNIK TLAKA GORIVA ......................................................... 66

3.8. OSJETNIK TEMPERATURE GORIVA ......................................... 67

3.9. OSJETNIK TLAKA AKTIVACIJSKOG ULJA .............................. 67

3.10. OSJETNIK TLAKA TRANSMISIJSKOG ULJA .......................... 67

3.11. OSJETNIK TEMPERATURE TRANSMISIJSKOG ULJA .......... 67

3.12. OSJETNIK POLOAJA RUICE GASA ..................................... 68

3.13. OSJETNIK IZLAZNOG TLAKA NA RASHLADNIKU ZRAKA69

3.14. OSJETNIK TEMPERATURE ZRAKA OKOLINE ...................... 70

4. DIJAGNOSTIKI PARAMETRI I DIJAGNOSTIKA TABELA ............ 70

IV. PRIMJENA PRAVILA HRVATSKOG REGISTRA BRODOVA KOD SUSTAVA

AUTOMATIZACIJE ................................................................................................. 74

1. OPI ZAHTJEVI ......................................................................................... 75

2. SUSTAVI AUTOMATIKE .......................................................................... 76

2.1. OPI ZAHTJEVI .............................................................................. 76

2.2. ALARMNI SUSTAV STROJARNICE ............................................ 77

2.3. SUSTAVI ZA MJERENJE I ZAPISIVANJE................................... 78

2.4. SUSTAVI ZATITE ......................................................................... 79

2.5. SUSTAVI DALJINSKOG UPRAVLJANJA I DALJINSKOG

AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA................................................................ 80

3. PROGRAMLJIVI ELEKTRONIKI SUSTAVI ......................................... 83

3.1. OPI ZAHTJEVI .............................................................................. 83

3.2. OPSEG NADZORA.......................................................................... 83


3.3. TEHNIKI ZAHTJEVI ZA PES SKLOPOVSKU OPREMU ......... 83

3.4. TEHNIKI ZAHTJEVI ZA PES PROGRAMSKU OPREMU ....... 85

3.5. LOKALNE MREE ......................................................................... 85

4. ZAHTJEVI ZA AUTOMATIZACIJU NA BRODOVIMA S OZNAKOM

AUT3 ......................................................................................................... 86

4.1. OPI ZAHTJEVI .............................................................................. 87

4.2. ZAHTJEVI ZA AUTOMATIZIRANE SUSTAVE.......................... 88

4.3. ZAHTJEVI ZA BRODOVE IJA JE DULJINA DO 30 M............. 89

V. PRIMJERI DIJAGNOSTIKE BRZOKRETNIH MOTORA..................................... 93

1. KARAKTERISTIKE ELEKTRONSKI UPRAVLJANOG MOTORA ....... 93

1.1. STANDARDNA OPREMA MOTORA ........................................... 94

2. AKTIVNI I PROLAZNI, MEMORIRANI KODOVI ................................. 95

3. TABELA SISTEMSKIH PODATAKA ....................................................... 97

4. TABELA OEKIVANIH REZULTATA NA PROBNOJ VONJI ........... 99

5. TABELA REFERENTNIH VRIJEDNOSTI MOTORA ........................... 101

6. PODACI S PROBNE VONJE - DIJAGNOSTIKI IZVJETAJI .......... 102

7. USPOREDBA PARAMETARA MOTORA DOBIVENIH NA PROBNOJ

VONJI S REFERENTNIM VRIJEDNOSTIMA .................................. 107

LITERATURA ............................................................................................................. 113


5

I. UVOD Brodski porivni sustav vrlo je kompleksan te radi lakeg konstruiranja, odravanja i napokon razumijevanja podijeljen je u vie sustava. Brodski porivni stroj ini jezgru ovakvog porivnog sustava, a u razmatranje su uzeti Caterpillar-ovi elektronski upravljani brzokretni diesel motori. U pod sustave brodskog porivnog sustava spadaju:

Sustav goriva Sustav ulja za podmazivanje Rashladni sustav (dalje se dijeli na sustav morske i slatke vode) Sustav ventilacije Ispuni sustav

Svi navedeni pod sustavi meusobno su uzrono/posljedino povezani (slika 1) i ne mogu opstati jedan bez drugoga. tavie, za dobivanje najboljih performansi motora potrebno je obratiti pozornost pri proraunu i konstruiranju svih sustava jednaku panju. Lo rad samo jednog od sustava uzrokovat e, u najboljem sluaju, smanjenje performansi motora, no mogue su i tee havarije. Iz navedenog razloga jedno poglavlje diplomskog rada posveeno je pod sustavima sustava poriva.

Slika 1: DIJAGRAM SUSTAVA PORIVA BRODA S PRIKAZOM POD SUSTAVA


6

II. KARAKTERISTIKE SUVREMENIH SUSTAVA

BRODSKIH BRZOKRETNIH 4T DIESEL MOTORA

1. SUSTAV GORIVA Caterpillar motori mogu biti opremljeni sa tri razliita tipa sustava goriva. Raniji modeli bili su opremljeni visokotlanom pumpom (jedna za sve cilindre) postavljenom u kuite. Osovina ove pumpe pokree se zupastim prijenosom direktno sa motora. Visokotlana pumpa tlai i dobavlja gorivo, pravovremeno i precizno tempirano, do ventila goriva koji su postavljeni na svaki cilindar. Ventili kod ovog sustava su jednostavni i lako zamjenjivi. Moderni sustavi goriva kombiniraju pojedinane visokotlane pumpe za svaki cilindar i ventile goriva u jedan sustav, pa je stoga opravdan izraz "unit injector". Energija za generiranje visokog tlaka ubrizgavanja postie se preko koljenastog vratila motora, potisnih poluga (push rods) i klackalica (rocker arms). Kod elektronskog ubrizgaa takoer se upotrebljava bregasta osovina i potisne poluge kako bi se stvorio tlak ubrizgavanja, ali tempiranje trenutka otvaranja ventila i koliine goriva vri se elektronski. Sustavi dobave goriva napravljeni su tako da dobavljaju vie goriva do visokotlane pumpe nego to e se ubrizgati. Viak goriva vraa se povratnom cijevi u spremnik goriva.

1.1. GORIVO

1.1.1. ISTOA GORIVA

Rigorozni zahtjevi za istoom goriva poveavaju vrijeme izmeu servisiranja motora i njegove performanse. Neisto gorivo uzrokovat e:

Primjetno smanjenje performansi motora i vijeka trajanja filtra goriva. Smanjenje vremena izmeu servisiranja sustava ubrizgavanja goriva, ventila,

klipova prstena, kouljica i leaja.

1.1.2. ZAGRIJAVANJE GORIVA

Vea koliina goriva koja se vraa povratnom (recirkulacijskom) cijevi u spremnik goriva, ima viu temperaturu koju je preuzela u motoru i moe dovesti do zagrijavanja goriva u spremniku. Da se povea vijek trajanja ubrizgaa, temperatura goriva koje dolazi u motor ne smije prijei 66O C. Zagrijano gorivo e, takoer, poveati i specifini volumen, to e uzrokovati ubrizgavanjem manje koliine u cilindar i pad specifine snage po cilindru od 1% za svakih 6O C poveanja temperature goriva iznad 29O C.


7

Ako je spremnik goriva tako postavljen i takve veliine da akumulirana toplina nee biti prevelika kada se temperatura stabilizira, tada je problem rijeen u startu. No, ako je stabilizirana temperatura u spremniku prevelika mora se pribjei hlaenju povratnog goriva.

1.1.3. ZRAK U GORIVU

Plinovi iz goriva odvode se iz motora preko povratnog goriva nazad u spremnik. Plinovi se moraju izbacivati preko oduka da se sprijei pad snage porivnog stroja. Najjednostavniji nain za izbjegavanje problema sa plinovima u gorivu je instalacija spojne odune cijevi (stand pipe) izmeu spremnika goriva i motora. Gorivo e tei od tanka goriva do dna odune cijevi pomou gravitacije. To je ujedno toka iz koje visokotlana pumpa usisava gorivo (slika 2). Sa vrha odune cijevi moe se odvoditi zrak/plinovi na vrh spremnika goriva ili direktno u atmosferu. Ovakav sustav radi zadovoljavajue i sa veim brojem spremnika goriva. U sustavu odune cijevi, izmeu spremnika goriva i motora, ne smije biti nikakvih cijevnih petlji (koje se motaju prema gore), jer bi zarobljeni zrak mogao uzrokovati blokiranje protoka goriva.

Slika 2: SUSTAV DOBAVE GORIVA (Samo jedan spremnik ili dnevni spremnik)


8

1.2. HLADNJACI GORIVA

Prekomjerna koliina goriva u povratu (recirkulacija) iz motora moe primiti velike koliine topline sa ubrizgaa i rashladne vode kouljice cilindra. U tom sluaju, za pravilan rad motora, neizbjean je hladnjak. Slijedei faktori mogu utjecati na potrebu ugradnje hladnjaka goriva:

Vrijeme kontinuiranog rada motora; ako je period rada mali, koliina topline koja se sa gorivom vraa u spremnik goriva biti e relativno mala. U tom sluaju se najee ne javlja potreba ugradnje hladnjaka goriva.

Vrijeme izmeu ciklusa rada motora; ako je prazni hod izmeu dva ciklusa rada motora velik akumulirana toplina u gorivu imati e dovoljno vremena da se odvede.

Volumen spremnika goriva; kod spremnika velikih volumena (vei od 11 000 litara) toplinski kapacitet spremnika je velik pa moe primiti veliku koliinu goriva prije nego se temperatura goriva, koje naputa spremnik i odlazi prema visokotlanoj pumpi goriva, povea.

Sposobnost spremnika goriva da odvodi toplinu pohranjenu u gorivu; ako je spremnik goriva u doticaju sa oplatom broda, toplina koju je gorivo preuzelo sa motora, lako e se odvoditi i temperatura goriva nalazit e se unutar granica temperature okolne vode (mora)+/- nekoliko stupnjeva.

1.3. DNEVNI SPREMNICI Pomoni ili dnevni spremnici goriva (slika 3) zahtijevaju se ako su glavni spremnici goriva postavljeni:

Ako je glavni spremnik goriva postavljen dalje od 15,25 m od motora

Ako je glavni spremnik postavljen iznad motora

Ako je glavni spremnik goriva postavljen vie od 3,65 m ispod motora

Pomoni ili dnevni tank takoer imaju ulogu talonog tanka pa se zrak, voda i sedimenti mogu razdvojiti od goriva. Pomoni/dnevni spremnik goriva treba biti postavljen tako da je razina goriva nia od poloaja ubrizgaa goriva. Ako je razina via, statiki tlak moe omoguiti gorivu da curi u komoru izgaranja kada motor ne radi. Prisustvo tekueg goriva u komori izgaranja pred poetak pokretanja motora moe uzrokovati greku na motoru. Spremnik goriva mora biti relativno blizu motoru kako bi ukupna duina usisne cijevi bila manja od 3,65 m. to je ova duina manja motor se lake upuuje.


9

Slika 3: POMONI SPREMNIK GORIVA

1.4. KONSTRUKCIJA SPREMNIKA GORIVA

1.4.1. MATERIJAL

Spremnike goriva najbolje je raditi od nisko ugljinih valjanih elika. Cink, u obliku navlake ili kao glavna komponenta legure, ne bi se trebao upotrebljavati za diesel goriva. Cink je nestabilan u prisustvu sumpora, osobito ako je u gorivu prisutna i voda. Mulj koji se stvara uslijed kemijske reakcije izuzetno je tetan za komponente motora. Zato ga treba izbjei u svim onim komponentama motora gdje postoji kontinuirani kontakt sa diesel gorivom.

1.4.2. VELIINA

Kapacitet spremnika goriva ili sustava spremnika moe se dobiti mnoenjem srednje snage (u KS) za izvrene radne sate motora, izmeu punjenja spremnika goriva, sa brojem 4 za rezultat u litrama. Ovaj proraun ne doputa rezervni kapacitet.


10

1.4.3. SUSTAV IZJEDNAENJA POTENCIJALA (ELEKTRINI SPOJEVI)

Cijev za punjenje spremnika goriva i spremnik moraju biti povezani sa icom za izjednaavanje potencijala, ako ve nisu elektrino vezani (metal na metal). Spremnici takoer mogu biti spojeni u zajedniki sustav izjednaenja potencijala. Ovo je obavezno kako bi se smanjila opasnost od poara koji moe nastati uslijed elektrinih iskri kod izjednaavanja statikog elektriciteta pri punjenju goriva u spremnik.

1.4.4. ISPUSTI (DRAINS)

Svi spremnici goriva trebaju imati lako pristupane ispuste za vodu i talog koji se skupljaju na dnu spremnika. Na spremniku je potrebno osigurati i otvore za ienje za periodiko skidanje taloga i smea. Dobro konstruirani spremnici imaju dovoljno velik otvor da se u donji dio moe pristupiti sa opremom za ienje.

1.5. CIJEVI GORIVA

Cijevi od crnog eljeza najbolje su za diesel goriva. Bakrene cijevi mogu zamijeniti cijevi od crnog eljeza ali samo kod cijevi promjera manjeg ili jednakog 13 mm. Ventili i spojevi mogu biti od lijevanog eljeza ili bronce (ne i mjedi). Cink u formi navlake ili kao glavna komponenta legure ne bi se trebao koristiti u onim cijevima kroz koje tee diesel gorivo iz ve prethodno navedenih razloga. Gdje god je mogue cijevi za gorivo se postavljaju ispod ureaja u strojarnici, pa ukoliko doe do curenja, gorivo e zavriti u kaljui. Curenje goriva iz cijevi koje bi bile postavljene iznad ureaja strojarnice dovelo bi do zapaljenja istog u kontaktu sa vruim povrinama ureaja u strojarnici.


11

2. SUSTAV PODMAZIVANJA Zaribavanje leaja, zaglavljivanje klipnog prstena te pretjerana potronja ulja, klasini su simptomi greaka na motoru uslijed problema sa sustavom podmazivanja. Postoje brojni naini da se ovi problemi izbjegnu od kojih su tri najvanija: upotreba adekvatnog tipa ulja, planirane provjere ulja, te stalno odravanje sustava podmazivanja.

2.1. ULJE

Motorno ulje vri nekoliko osnovnih funkcija:

isti motor odnosei neistou i estice nastale usljed habanja sve dok ih filter moe istiti,

Hladi motor odnosei toplinu sa klipova, kouljica cilindara, ventila i glave cilindra, do rashladnika ulja gdje se predaje rashladnoj tekuini,

Ublaava udarce koje trpe leaji uslijed izgaranja goriva u cilindrima i promjene smjera hoda klipa,

Podmazuje dodirne metalne povrine ime smanjuje trenje i habanje,

Neutralizira produkte izgaranja koji mogu djelovati korodirajue na dijelove motora.

2.1.1. ADITIVI

Ulje za podmazivanje sastoji se od smjese ulja i odreenih aditiva. Ovisno o tipu ulja upotrebljavaju se i razliiti aditivi. Najei aditivi su: deterenti, inhibitori oksidacije, disperzijska sredstva, alkalna sredstva, dodatci za smanjenje habanja, sredstva protiv izluivanja parafina, sredstva za poboljavanje viskoziteta...

Deterenti; pomau u odravanju istoe motora na nain da kemijski reagiraju sa produktima oksidacije ime se zaustavlja stvaranje naslaga nerastvorivih komponenti i taloga.

Inhibitori oksidacije; spreavaju poveanje viskoziteta, organskih kiselina i formiranje naslaga ugljika.

Disperzijska sredstva; spreavaju stvaranje blata disperzirajui fine estice u suspenziju s uljem.


12

Alkalna sredstva; pomau pri neutralizaciji kiselina nastalih izgaranjem goriva, osobito sumpora sadranog u gorivu.

Dodatci za smanjenje habanja; smanjuju trenje formiranjem tankog filma na povrini metala.

Sredstva protiv izluivanja parafina; zadravaju gorivo u tekuem stanju pri niskim temperaturama spreavanjem izluivanja i rasta kristala parafina.

Sredstva za poboljavanje viskoziteta; spreavaju smanjenje viskoziteta ulja pri visokim temperaturama.

2.1.2. UKUPNI BAZNI BROJ (TBN)

Razumijevanje TBN zahtijeva odreeno znanje o sadraju sumpora u gorivu, te njegovim utjecajem na motor.. Veina diesel goriva sadre odreenu koliinu sumpora. Jedna od funkcija ulja za podmazivanje je neutralizacija kiselina nastalih uslijed izgaranja goriva i formiranja sumpornih oksida koji reagiraju sa vlagom. Na taj nain spreava se nagrizanje motora. Aditivi u ulju sadre alkalne komponente koje slue za neutralizaciju navedenih kiselina. Mjera ove rezervne alkalinosti u ulju zove se TBN. Openito, to je TBN vei, rezervna alkalinost je vea to znai veu sposobnost ulja da neutralizira kiseline.

2.1.3. VISKOZITET

Viskozitet je svojstvo ulja koje definira njen otpor teenju. Direktno je povezan sa sposobnou ulja za podmazivanje i zatitom metalnih povrina u dodiru. Viskozitet ulja mora biti takav da omogui adekvatnu dobavu svim pokretnim metalnim dijelovima neovisno o temperaturi. Vei viskozitet rezultirat e i vrim uljnim filmom koji e se tee skidati sa podmazane povrine. S druge strane, ulje prevelikog viskoziteta imati e preveliki otpor teenju i stoga e strujanje u dijelovima koji zahtijevaju podmazivanje biti presporo. Stoga je vrlo vano da ulje ima stalan viskozitet na najvioj i najnioj temperaturi rada motora. Porastom temperature ulje se razrjeuje, odnosno opada mu viskozitet. Mjerenje temperature na kojem se ulje prorjeuje naziva se indeks viskoziteta. Nove tehnike rafinacije i razvoj specijalnih aditiva koji poboljavaju indeks viskoziteta ulja pomae usporavanju procesa opadanja viskoziteta.


13

2.1.4. ISTOA ULJA

Pri normalnom radu motora stvaraju se razliita oneienja ulja od mikroskopskih metalnih estica do korozivnih kemikalija. Ako se motorno ulje ne odrava istim posredstvom filtra, ova oneienja bivaju odnesena strujom ulja u motor (slika 4). Namjena filtra je odvajanje krutim estica koje bi mogle otetiti strojne dijelove iz sustava ulja za podmazivanje. Upotreba filtra preko vremena predvienog trajanja rezultirat e njegovim zaepljenjem. Zaepljeni filtri uzrokuju da se otvori premosni ventil (by-pass valve) i propusti neisto ulje u motor. Sve metalne estice iz ulja tada direktno odlaze u motor. ak i estice koje su prethodno izdvojene iz ulja pomou filtra mogu biti isprane i preko otvorenog ventila zavriti u motoru.

Slika 4: SHEMA SUSTAVA PODMAZIVANJA


14

Zaepljeni filtar moe uzrokovati i iskrivljenje elemenata sita. To se deava ukoliko se povea razlika tlakova s vanjske i unutarnje strane sita. Iskrivljenje moe napredovati do pojave rupa ili puknua filtarskog papira/sita, to dalje vodi ka prodoru neistoa u motor.

2.2. GRIJAI ULJA Ne preporua se upotreba uranjajuih tipova (immersion type) grijaa ulja zbog mogunosti pregrijavanja ulja u dodiru s grijanim tijelom. Pregrijavanje uzrokuje pogoranje svojstava ulja zamuljuje ga te moe dovesti do oteenja motora.

2.3. SIGURNOSNI SUSTAV

Neki brodski motori zahtijevaju mogunost spajanja sigurnosne pumpe ulja na sustav ulja za podmazivanje. Ovo je specifian zahtjev nekih klasifikacijskih drutava, za brodske sustave s jednim propulzijskim motorom. Razlog je da se osigura tlak ulja za podmazivanje i cirkulaciju ako zakae glavna uljna pumpa. Zahtjevi za sigurnosni sustav podmazivanja:

Odravati pad tlaka uslijed trenja na minimumu upotrebljavajui kratke cijevi konstantnog presjeka.

Upotrebljavati cijevi iji je promjer najmanje isti kao i promjer spojeva za podmazivanje na motoru.

Postaviti nepovratni ventil (check valve) malog otpora strujanja izmeu sigurnosne uljne pumpe i ulaznog prikljuka za podmazivanje na motoru.

Upotrijebiti ventil za ogranienje tlaka postavljen na 8,8 kg/cm2.

2.4. DUPLEKS FILTRI

Dupleks sustav uljnih filtra (slika 5) zadovoljava sve standarde za filtre, a kao dodatak, sadri i pomoni filtar sa potrebnim ventilima i cijevima. Sustav omoguuje zamjenu glavnog ili pomonog filtra pri bilo kojem optereenju stroja. Na sustav je postavljen indikator koji javlja kada je potrebna zamjena filtra. Oduni ventil slui da se moe ispustiti zrak u glavnom ili pomonom filtru nakon zamjene. Zrak se mora ispustiti iz zamijenjenog dijela da se izbjegne mogunost oteenja turbo-punjaa ili laaja.


15

Pomoni sustav mora biti u stanju osigurati adekvatno filtriranje ulja za najmanje 100 sati rada pod punim optereenjem.

Slika 5: PRIKAZ DUPLEKS FILTRA

2.5. POMONO ULJNO KORITO Ukoliko motor mora raditi kroz dui vremenski period prije mogunosti za zamjenu ulja, potrebno je razmotriti mogunost ugradnje pomonog uljnog korita. Period zamjene ulja direktno je proporcionalan ukupnoj koliini ulja. Dakle, da se udvostrui period izmeu zamjene ulja, dodaje se pomono uljno korito sa kapacitetom jednakim kapacitetu osnovnog uljnog korita.

2.6. PUNJENJE SUSTAVA PODMAZIVANJA

Sustav za punjenje uljem sustava podmazivanja motora daje mogunost dovoda ulja u sve vane leajne blazinice prije pokretanja stroja. Razlikujemo dva tipa:

Automatski sustav ukljuuje malu pumpu koja puni uljne prostore motora iz uljnog korita sve dok se ulje ne pojavi u gornjem dijelu sustava podmazivanja. Motor se stavlja u pogon automatski tek kada se sustav prethodno napuni uljem.


16

Runi sustav upotrebljava runu pumpu uljnog korita kojom se pune svi otvori i uljni prostori na motoru, nakon zamjene ulja, promjene filtra i prije ponovnog startanja motora.

Oba sustava pred-podmazivanja moraju omoguiti operateru za motorom da popuni sve uljne prostore nakon zamjene ulja, promjene filtra i ukljuivanja motora u pogon. Na taj nain spreavaju se, ponekad i vrlo teka, oteenja dijelova motora.

3. SUSTAVI HLAENJA Caterpillar brodski motori, naelno, upotrebljavaju jedan ili dva kruga vodenog hlaenja motora. Jedan sustav hlaenja upotrebljava se za hlaenje kouljice cilindra, a drugi se upotrebljava kod motora sa turbo-punjaom i hladnjakom zraka (aftercooler) za koga je potrebna rashladna voda nie temperature nego za hlaenje kouljice cilindra. Hlaenje ulja u sustavu prijenosa izvrava se upotrebom vode iz jednog od prethodno navedenih sustava ili upotrebom odvojenog kruga vode to ovisi o vrsti brodskog prijenosa i izvedbi hlaenja motora.

3.1. SUSTAV HLAENJA KOULJICE CILINDRA Caterpillar brzokretni brodski motori graeni su za rad sa razlikama temperature

vodene kouljice (ulaz/izlaz) otprilike t = 8O C mjereno pri punom optereenju. Donja se granina temperatura u vodenoj kouljici kontrolira se termostatima kako bi se osigurao efikasan rad motora. Gornja granina temperatura kontrolira se dimenzioniranjem rashladnika i protokom rashladne tekuine. Zatvoreni sustav hlaenja vodene kouljice sastoji se od rashladnog sustava motora (vodena kouljica motora) koja hladi blok motora i glavu cilindra, a sastoji se od cirkulacijske pumpe, regulatora temperature vode, rashladnika ulja, ekspanzijskog tanka postavljenog na stroj i izmjenjivaa topline.

3.1.1. REGULATOR TEMPERATURE VODE

Za regulaciju radne temperature vode upotrebljavaju se termostati i premosnik (bypass). Premosnici usmjeravaju svu, ili dio, rashladne vode koja izlazi iz vodene kouljice stroja u rashladnik. Ostatak vode preusmjeren je u ekspanzijski tank (slika 6) kod motora s izmjenjivaem topline i motora hlaenih preko izmenjivaa


17

postavljenog na vanjski donji dio trupa broda (keel cooled enine), odnosno na ulaz cirkulacijske pumpe kod motora hlaenih preko zranog izmjenjivaa topline (radiator cooled engine) gdje se mijea sa ohlaenom vodom prije nego se vrati u vodenu kouljicu motora. Ovisno o motoru i konfiguraciji termostat moe biti postavljen na ulazu ili izlazu u motor. Radna temperatura u vodenoj kouljici motora je otprilike ista za svaki sustav kod jednako ili slino postavljenih termostata. Kod ulaznog i kod izlaznog sustava kontrole temperature vode, poloaj termostata i mjerenje temperature vodene kouljice (a stoga i kontrola premotavanja bypass control) uvijek je na izlazu iz vodene kouljice.

Slika 6: EKSPANZIJSKI TANK (Poloaj Termostata Kod Kontroliranog Ulaza)

Ekspanzijski tank i izmjenjiva topline imaju istu funkciju kao i radijator (slika 7) i ventilator radijatora, omoguuju protok zraka preko rashladnih rebara (cooling fins) radijatora kako bi toplina konvekcijom prela na zrak. Vanjski sustav dobave vode upotrebljava se da se izvri prijelaz topline kada se upotrebljava izmjenjiva topline ili hlaenje preko izmjenjivaa postavljenog na vanjsku stranu dna broda.


18

Slika 7: RADIJATOR (Termostatska kontrola na izlazu rashladne tekuine)

Sustav kontrole ulazne temperature omoguuje manje odstupanje temperature u ciklusu hlaenja jer se mijeanje premotene rashladne vode (bypass water) iz vodene kouljice i hladnije vode, zbiva pred ekspanzijskim tankom, prije ulaza u cirkulacijsku pumpu. Kod jednostavnog sustava kontrole, izlazne temperature, mijeanje se deava u pumpi rashladne vode (ulaz) te promjena temperature moe biti mnogo drastinija. To moe uzrokovati ozbiljne probleme kada je temperatura mora niska pa se esto vri podeavanje sustava hlaenja motora.

3.1.2. UPOTREBA IZMJENJIVAA TOPLINE ZA HLAENJE VODENE KOULJICE

Izmjenjivai topline mogu biti postavljeni na sam motor ili izvedeni tako da su fiziki odvojeni od samog motora (slika 8). Izmjenjivai topline postavljeni na motor zahtijevaju najmanju prilagodbu cijevi poto su spojevi za vodenu kouljicu motora i izmjenjiva topline ve tvorniki izvedeni. Izmjenjivai topline postavljeni odvojeno od motora zahtijevaju prilagodbu cjevovoda za spajanje na ve tvorniki izvedenim ulazima/izlazima za vodu za hlaenje vodene kouljice motora. Kao to prikazuje slika dolje, za cirkulaciju rashladne morske vode upotrebljava se cirkulacijska pumpa morske vode pogonjena motorom.


19

Slika 8: RASHLADNIK ZRAKA (Izmjenjiva topline)

3.1.3. IZMJENJIVAI TOPLINE POSTAVLJENI S VANJSKE STRANE DONJEG DIJELA TRUPA BRODA (KEEL COOLING WATER JACKET)

Ovaj izmjenjiva je vanjskog tipa koji se ili montira za uronjeni dio trupa broda ili se izrauje kao dio trupa broda. Rashladna voda najee cirkulira kroz rashladnik pomou vodene pumpe.

3.2. SUSTAV HLAENJA ZRAKA (AFTERCOOLING)

Kod brzokretnih diesel Caterpillar motora upotrebljavaju se dva tipa rashladnih sustava za hlaenje zraka. Jedan sustav omoguuje upotrebu vode iz sustava hlaenja vodene kouljice motora, a drugi je koncipiran kao odvojeni krug hlaenja zraka neovisan o rashladnom krugu vodene kouljice motora. Kod gotovo svih brzokretnih Caterpillar diesel motora hlaenje zraka vri se morskom vodom.


20

3.2.1. SUSTAV HLAENJA ZRAKA UPOTREBOM VODE ZA HLAENJE VODENE KOULJICE MOTORA

Sustav upotrebljava vodu za hlaenje vodene kouljice motora (slika 9) koja prolazi kroz cijevi izmjenjivaa topline to rezultira da se u ulaznoj sabirnoj cijevi zraka temperature nie nego one kod motora s turbo-punjaem bez hlaenja zraka.

Slika 9: SUSTAV HLAENJA ZRAKA UPOTREBOM VODE ZA HLAENJE VODENE KOULJICE MOTORA (KEEL COOLER)

Zahvaljujui hlaenju zraka, temperatura zraka na ulazu u cilindar je nia, a time i gustoa zraka pa je koliina goriva koja se moe ubrizgati i izgoriti vea. Ovo kao krajnji rezultat daje poveanje specifine snage po cilindru. Kompletan sustav postavlja se tvorniki.

3.2.2. ODIJELJENI KRUG HLAENJA ZRAKA

Tzv. SCAC sustav (Separate circuit aftercooler circuit) hladi zrak u posebnom krugu rashladne vode, neovisnom o drugim sustavima hlaenja (slika 10). Ovaj sustav se upotrebljava da osigura hladniju vodu za kasniju redukciju temperature zraka u zajednikoj cijevi ulaznog zraka.


21

Slika 10: ODIJELJENI KRUG ZRANOG HLAENJA

Postoje dvije izvedbe ovog sustava, jedan sa otvorenim hlaenjem morskom vodom, a drugi sa zatvorenim sustavom hlaenja slatkom vodom.

3.2.3. HLAENJE ZRAKA MORSKOM VODOM

Motori opremljeni sustavom hlaenja zraka morskom vodom upotrebljavaju netretiranu morsku vodu (slika 11). Ovo hlaenje odnosi se na sustave hlaenja koji koriste netretiranu rijenu ili jezersku vodu pri plovidbi rijekama ili jezerima. Upotrebom vanjske rashladne vode postiu se nie temperature zraka nego kod sustava hlaenja zraka vodom iz zatvorenog sustava hlaenja vodom iz vodene kouljice motora ili hlaenjem iz zasebnog sustava rashladne vode. Ova nia temperatura zraka na ulazu u sabirnu cijev (inlet manifold) doputa da omjeri hlaenja kod ovog sustava prekorauju omjere hlaenja kod sustava hlaenja zraka vodom za hlaenje vodene kouljice.


22

Slika 11: ODIJELJENI SUSTAV HLAENJA ZRAKA (Hlaenje morskom vodom)

3.2.4. ODIJELJENI SUSTAV HLAENJA ZRAKA PREKO IZMJENJIVAA POSTAVLJENOG S VANJSKE STRANE DNA BRODA

Upotreba hlaenja preko izmjenjivaa s vanjske strane trupa broda ili preko oplate (skin cooling) u sustavu hlaenja zraka omoguava upotrebu nisko temperaturnog sustava hlaenja zraka slatkom vodom (slika 12). Svi zatvoreni sustavi hlaenja slatkom vodom zahtijevaju instalaciju ekspanzijskog tanka. Mjerni osjetnik temperature zraka ili alarm na ulazu u sabirnik zraka moe sluiti za ukazivanje na potrebu ienja sustava kako bi se odravale eljene performanse motora. Upotreba osjetnika temperature na ulazu u sabirnik zraka najtoplije se preporua. Pomoni dijelovi (prijenosi) motora trebaju biti spojen na prikljuak rashladne vode tek nakon to voda napusti izmjenjiva topline za hlaenje zraka (aftercooler), kako bi se izbjeglo grijanje rashladne vode prije nego ue u spomenuti izmjenjiva. Poveanje otpora strujanju kada se istim sustavom hlade pomoni dijelovi motora mora se drati minimalan da se izbjegne smanjenje protoka vode u izmjenjivau topline.


23

Slika 12: ODIJELJENI SUSTAV HLAENJA ZRAKA (Hlaenje izmjenjivaem ispod trupa broda)

3.2.5. IZMJENJIVAI TOPLINE ZA SUSTAV HLAENJA ZRAKA

koljkasti (shell) i cijevni tip izmjenjivaa topline e takoer osigurati adekvatno hlaenje slatke vode za hlaenje zraka ako je temperatura morske vode dovoljno niska. Upotreba unutarnjeg brodskog koljkastog (inboard shell heat exchanger) i cijevnog tipa izmjenjivaa topline sa sustav rashlaivanja zraka zahtijeva upotrebu pored pumpe slatke vode i pumpu morske vode. Ekspanzijski tank je takoer obavezan za sustave rashlaivanja zraka.


24

Slika 13: ODIJELJENI KRUG HLAENJA ZRAKA (Preko izmjenjivaa topline)

3.2.6. RASHLAIVANJE ZRAKA

Odijeljeni sustav rashladnog zraka (slika 14) mora biti proraunat za uvjete najvee temperature morske vode i ambijentalnog zraka kod ekstremnih klimatskih uvjeta. Ovakvi, ekstremni uvjeti, uzrokovat e kondenzaciju na ulaznom sustavu motora, osobito za vrijeme produenog rada motora kod malog optereenja. Ekstremno niske temperature morske vode u sustavu rashlaivanja zraka, takoer mogu uzrokovati kondenzaciju ukoliko su temperatura zraka i sadraj vlage relativno visoki. Da se smanji kondenzacija za vrijeme niskih optereenja motora, kod odijeljenog

sustava hlaenja zraka, poeljno je osigurati temperaturu vode izmeu 38 52O C na ulazu u sabirnik zraka. Ovo se postie usmjeravanjem vode iz rashladnika zraka nazad u motor preko pomone vodene pumpe, umjesto u izmjenjiva topline, dok se ne postigne eljena


25

temperatura. Voda za hlaenje se tada pomijea sa recirkulacijskom vodom da bi se postigla spomenuta temperatura. Regulacija temperature vode u izmjenjivau topline za hlaenje zraka moe se kontrolirati upotrebom termostatski kontroliranog trovodnog ventila. Na zatvorenom sustavu hlaenja preko izmjenjivaa topline postavljenog s vanjske strane dna broda voda iz sustava rashlaivanja zraka se premouje izvan rashladnika dok ne dostigne eljenu temperaturu na ulazu u rashladnik zraka. Na motorima kod kojih se zrak hladi morskom vodom (slika 15), zagrijana voda iz izmjenjivaa topline recirkulira se u rashladnik zraka dok se ne postigne eljena temperatura na ulazu u rashladnik zraka. Upotrijebljeni termostatski ventil mora biti u stanju izdrati neprestanu upotrebu u morskoj vodi, te mora biti opremljen elektrolitski kompatibilnim komponentama.

Slika 14: ODIJELJENI KRUG HLAENJA ZRAKA (Hlaenje zraka preko izmjenjivaa topline na

trupu broda sa premosnikom) Upotrijebljeni termostatski ventil ne bi smio dopustiti prolaz vode temperature preko 30O C preko rashladnika zraka.


26

Vanjski izmjenjiva topline postavljen ispod trupa broda (keel cooler), izmjenjiva topline i rashladnik ulja za prijenose moraju biti dimenzionirani za najvie mogue temperature. Moe se upotrijebiti termostatski upravljani trovodni ventil koji je opremljen sa daljinskim (udaljenim) osjetnikom za praenje ulazne temperature zraka u sabirniku zraka. Udaljeni osjetnik mora biti podeen tako da se osigura zatvaranje recirkulacije kada ulazna temperatura vode dostigne 49O C.

Slika 15: ODIJELJENI KRUG HLAENJA ZRAKA (Rashladnik zraka hladi se preko recirkulacije morske vode)


27

4. SUSTAV ISPUHA Sustav ispuha odvodi ispune plinove izvan prostora strojarnice, u atmosferu. Dobar ispuni sustav biti e onaj u kojem je tlak to manji, odnosno to blii atmosferskom. Povieni tlak u ispunom sustavu u osnovi je tetan, jer tei ka redukciji koliine usisanog zraka u cilindar (zaostaje vea koliina pri ispuhu). Indirektno, poveani tlak u ispunom cjevovodu tei ka poveanju temperature ispunih plinova to smanjuje vijek trajanja ventila i turbo-punjaa. Danas postoje dva osnovna tipa ispunih sustava koji se viaju na brodovima. To su tzv. suhi i mokri ispuni sustav.

4.1. MOKRI ISPUNI SUSTAV Karakterizira ga slijedee:

Ispuni se plinovi mijeaju sa morskom vodom koja naputa izmjenjiva topline za hlaenje slatke vode kojom se hladi vodena kouljica motora.

Emisija sitnih estica iz ispunog sustava se efektivno odstranjuje iz ispunih plinova, pri emu se smanjuje zagaenje atmosfere. Ispuni cjevovod koji je u ovom sluaju dovoljno hladan moe biti izraen od npr. staklo-plastike ili gume.

Vlaga iz ispunih plinova i morska voda izlaze iz broda u visini vodene linije ili neto malo povie.

Sa relativno malom visinskom razlikom izmeu koljena ispune cijevi i razine mora teko je dizajnirati ispuni sustav koji bi potpuno sprijeio ulaenje morske vode u stroj preko ispunog sustava. Pored itavog spektra razliitih izvedbi ispunog sustava i upotrebe razliitih komponenti za tu svrhu za rjeavanje ovog problema najee se upotrebljavaju ispuna koljena (exhaust risers) i sifoni (water lift mufflers).

4.1.1. ISPUNA KOLJENA VODOM HLAENA

Jedan od naina da se sprijei ulaz vode kroz ispune cijevi kod mokrih sustava ispuha je da se ispusna cijev izradi sa koljenom koje e initi luk prema gore, a zatim se sputati prema otvorima za ispune plinove na trupu broda (slika 16). Ova koljena moraju biti toplinski izolirana ili hlaena vodom da se sprijei mogunost ozljeivanja operatora motora preko ugrijane ispune cijevi.


28

Morska voda se ne dovodi u ispunu cijev dok kut koljena ne pone padati prema dolje, pa je potrebno osobitu panju posvetiti na pregrijani poetni dio ispune cijevi, ako se on ne hladi morskom vodom ili nije izoliran.

Teina ispunog koljena mora biti takva da se ono moe oslanjati na sustav prijenosa brodskog motora. Nikada se ispuno koljeno ne utvruje za nadglavnu palubu jer se tada vibracije s prijenosnika brodskog motora prenose na konstrukciju broda. Dakle, ispuna koljena moraju biti uvrena neovisno od brodskog trupa da se izbjegne prijenos vibracija na konstrukciju broda i nastambe.

4.1.2. VODENI ISPUNI LONAC (Water Lift Mufflers)

Drugi nain na koji se umanjuje mogunost povrata mora kroz mokri ispuni sustav je upotreba vodenih ispunih lonaca (slika 17). Vodeni ispuni lonci su male, dobro brtvljene posude montirane na palubu u strojarnici. Posude imaju dva otvora za ulaznu i izlaznu cijev. Ulazna cijev zavarena je na lonac i ne ide do njegova dna, dok je izlazna cijev koso rezana i ulazi gotovo do samog dna lonca.

Slika 17: VODENI ISPUNI LONAC

Slika 16: ISPUNO KOLJENO


29

Kako mjeavina morske vode i ispunih plinova ulazi u posudu preko ulazne cijevi, razina vode u posudi se poveava, pa razina vode postepeno smanjuje povrinu koso odrezanog otvora izlazne cijevi. Sa smanjenjem povrine poveava se brzina istjecanja ispunih plinova. Konano, ova velika brzina istjecanja ispunih plinova razbija tekuinu u finu disperziju i povlai je za sobom u ispunu cijev. Kod ovakvih sustava tlak se u ispunoj cijevi lako prekorai. Izlazna cijev ispunog lonca koja se nastavlja na ispunu cijev, mora biti izraena kao pneumatski podiza tekuine, koji e na osnovu kinetike energije ispunih plinova podizati kapljice tekuine sve dok koljeno ne promjeni smjer kada e kapi uslijed gravitacijske sile sigurno kliznuti u ispust vode. Stoga izlazna cijev iz vodenog ispunog lonca mora biti izraen tako da brzina mjeavine ispunih plinova i vodenih kapi ne bude ispod 25,4 m/s, pri nazivnom optereenju motora. Ukoliko se ne postigne navedena brzina, vodene kapljice nee sa ispunim plinovima tvoriti suspenziju ve e izlaziti iz sifona poput vodenog stuba, to e uzrokovati povratni tlak u ispunoj cijevi. Ukoliko se brzina suspenzije dri iznad 25,4 m/s povratni tlak biti e vrlo nizak.

4.1.3. SPREAVANJE OPASNOSTI ULASKA MORA U ISPUNI SUSTAV

Valovi koji udaraju u otvore za ispuh na trupu broda mogu utjecati da more ue u sustav ispuha. Ako su valovi veliki, ili ako izvedba ispunog sustava doputa, voda moe doprijeti sve do motora, to moe izazvati ispadanje iz funkcije turbo-punjaa ili oteenje klipa.

Slika 18: MORKI ISPUNI SUSTAV (Motor postavljen iznad vodene linije)

Postoji niz naina na koje se kinetika energija valova koji ulaze u ispuh motora moe smanjiti.


30

Tradicionalna metoda prevencije ulaza mora u ispuni sustav je da se motor postavi dovoljno visoko iznad vodene linije pa more, ako i ue u sustav ispuha, ne moe doprijeti do ispunog koljena (slika 18). Poto je relativna visina motora u odnosu na vodenu liniju nepromjenjiva, mogue je izvesti ispuni sustav koji e tititi motor od ulaza mora. Karakteristike takvog ispunog sustava ukljuit e slijedee:

Dovoljnu visinsku razliku izmeu vodene linije i najvie toke u ispunom cjevovodu da se sprijei ulaz i najmanje koliine vode.

Primjena neke od metoda razbijanja kinetike energije valova koji uu u ispuni cjevovod. to je metoda razbijanja kinetike energije bolja to je potrebna manja visinska razlika izmeu vodene linije i najvie toke u ispunom sustavu.

U nikojem sluaju ne smije visinska razlika izmeu najvie visine ispune cijevi i otvora za izlaz ispunih plinova biti manja od 560 mm.

4.1.4. KOMORA ZA SPREAVANJE PRODORA VALOVA

Komora za spreavanje prodora valova u ispuni sustav broda postavlja se kao grana ispunog cjevovoda, odmah do motora, s jednim zatvorenim krajem (slika 19). Kada val vode ue u ispunu cijev i krene kroz cijev prema motoru, ispuni plinovi zarobljen ispred vala u cijevi komprimira se u komoru. Zrani jastuk, sainjen od sabijenih ispunih plinova, u komori djelovat e tako da se gotovo svaki val vrati nazad kroz ispunu cijev.

Slika 19: MORKI ISPUNI SUSTAV (Suho ispuno koljeno na ispustu ispunih plinova iz motora)


31

4.2. SUHI ISPUNI SUSTAV

4.2.1. UPOZORENJA KOD UPOTREBE SUHOG ISPUNOG SUSTAVA

IZOLACIJA Odgovornost za izoliranje gorivih dijelova broda i zatitu posade od topline ispune cijevi, zadaa je inenjera zaduenog za postavljanje motora u trup broda. Izloeni dijelovi ispunih cijevi kod suhog ispunog sustava mogu imati temperaturu veu od 650O C. UTJECAJ KIE I PRSKANJA MORA Takoer, inenjer je odgovoran i za postavljanje pravilnog odvoda i poklopaca na krajevima ispunih cijevi protiv kie ili prskanja mora kako ono ne bi ulo u ispuni sustav motora. Produeni rad stroja i ispunog sustava zahtjeva postavljanje hvataljki za odvoenje vlage. Hvataljke postavljene na najnioj toki ispunog cjevovoda blizu izlaza ispunih plinova iz motora sprjeava kiu da ue u motor.

Ispune cijevi s nagibom te priguiva postavljen prije hvataljki uzrokovat e odvoenje kondenzata. Ukoliko se sam izlaz ispune cijevi postavi pod odreenim kutom, sprijeit e se ulaz kie ili mora u ispunu cijev. Alternativno, moe se na kraju ispune cijevi postaviti poklopac protiv ulaza kie. Zarezivanje kraja ispune cijevi u opsegu od 60O dobivaju se utori koji takoer slue za odvoenje vode koja eventualno ue u ispunu cijev (slika 20).

RECIRKULACIJA ISPUNIH PLINOVA Ispuni dimnjaci moraju biti izraeni dovoljno visoko i u smjeru koji ih dri van utjecaja zrane turbulencije koja se stvara uslijed vrtloga vjetra oko nadgraa broda. Proista zraka, turbo-punja i rashladnik zraka, ukoliko su pod utjecajem ispunih plinova uzrokovat e greku u radu motora. VENTILACIJA

Slika 20: Zarezivanje kraja ispune cijevi

u opsegu od 60O


32

Priguivai i druge velike komponente suhog ispunog sustava najbolje je postavljati van strojarnice, kako bi se smanjilo dodatno i nepotrebno optereenje ventilacijskog sustava strojarnice.

4.2.2. FLEKSIBILNI SPOJEVI

Ispuna cijev se na izlaznu cijev ispunih plinova na stroju spaja preko fleksibilnog spoja (slika 21). Fleksibilna spojka u ispunom sustavu ima tri primarne uloge:

Rastereenje motora od teine ispune cijevi. Masa vea od 28 kg ispunog cjevovoda ne smije optereivati motor.

Rastereenje ispunih dijelova od prekomjernih vibracijskih naprezanja uzrokovanih radom motora.

Da omogui relativno pomicanje izmeu referentnih toaka ispunih komponenti. Ovo pomicanje nastaje zbog niza razloga. Moe biti uzrokovano uslijed toplinskog rastezanja i skupljanja radi promjene temperature ili uslijed sporog ali kontinuiranog puzanja materijala.

Mekoa i fleksibilnost su vrlo vani da se sprijei prekomjerno vibracijsko naprezanje. Fleksibilni spojevi trebaju imati veliku otpornost zamoru kako bi mogli to due trajati.

Slika 21: SUHI ISPUNI SUSTAV


33

Mekoa sprjeava prijenos vibracija preko spojke. Otpor prema zamoru sprjeava pucanje spojki pod utjecajem vibracija ili povratnih naprezanja. Poveanje ili smanjivanje ispune cijevi mora biti prethodno planirano, u suprotnom e uzrokovati prekomjerno optereenje na ispuni cjevovod ili na strukturu za koju se dri. Velike i duge sekcije cijevi suhog ispunog sustava uzrokuje vrlo velika naprezanja uslijed irenja i skupljanja. Od stanja hladnog, nezagrijanog stroja, eline ispune cijevi e se za svakih 100O C poveanja temperature ispunih plinova, produljiti za 0,11 mm/m. To vodi do oko 52

mm za poveanje temperature od 35O 510O C. Razbijanje dugih sekcija ispunih cijevi na sekcije sa fleksibilnim spojevima izmeu, sprjeava ovaj problem. Svaka sekcija mora biti uvrena na jednom kraju, a imati mogunost irenja na drugom. Vrlo je vano da je i izolacija fleksibilnog spoja takoer fleksibilna te ne ometa pomicanje cijevi uslijed toplinskog irenja ili skupljanja.

Slika 22: NAIN MJERENJA TLAKA U ISPUNOM CJEVOVODU


34

5. SUSTAVI VENTILACIJE U irem smislu ventilacija podrazumijeva:

Ventilaciju zraka u uem smislu kojom se posredstvom zraka odvodi toplina prenesena radijacijom sa motora i ostalih vruih elemenata u strojarnici.

Dovoenje zraka za potrebe procesa izgaranja goriva u komori izgaranja motora.

Odvoenje dima iz kartera.

5.1. SUSTAV VENTILACIJE U UEM SMISLU Ventilacija strojarnice ima dvije osnovne namjene:

Osigurava okruenje koje omoguuje strojevima i opremi pouzdano funkcioniranje

Omoguava ugodno zadravanje osoblja u strojarnici.

Toplina koja sa motora prelazi radijacijom apsorbira se od strane povrina u strojarnici. Dio topline odvodi se u atmosferu ili u more preko trupa broda. Preostala apsorbirana toplina mora se odvoditi sustavom ventilacije. Odvodne cijevi sustava ventilacije zraka iz strojarnice moraju se projektirati istovremeno s brodom i za vrijeme izgradnje broda ugraditi. Ne smije se oekivati da e motor sav viak topline izbaciti preko ispunih plinova.

5.1.1. USMJERAVANJE STRUJANJA ZRAKA

Postizanje ugodne temperature zraka u strojarnici nemogue je izvesti bez pravilnog usmjeravanja svjeeg zraka. Svjei zrak treba ulaziti u strojarnicu koliko je mogue blie izvoru topline i to je mogue nie. Poto toplina uzrokuje penjanje zagrijanog zraka prema gore, zbog opadanja gustoe, zagrijani se zrak treba odvoditi sa najvie toke u strojarnici, najbolje odmah iznad motora. Treba sprijeiti da struja svjeeg hladnog zraka udara direktno u vrue dijelove motora, jer ovo uzrokuje mijeanje vrueg zraka iz strojarnice sa nadolazeim hladnim, pri emu se poveava temperaturu zraka u strojarnici. Slika 23 prikazuje relativnu efikasnost razliitih sustava ventilacije zraka obzirom na usmjeravanje strujanja. Varijabla Fr povezuje relativne efikasnosti razliitih sustava ventilacije.


35

Slika 23: RELATIVNA EFIKASNOST RAZLIITIH SUSTAVA VENTILACIJE ZRAKA

Ako se kao referentni ventilacijski sustav izabere sustav "A" sa slike (to je logian izbor obzirom da je Fr = 1.0) slijedi:

Za ventilaciju strojarnice sustavom "B" potrebno je 1,4 puta vie zraka nego u sluaju ventilacije referentnim sustavom "A".

Za ventilaciju strojarnice sustavom "C" potrebno je 2,0 puta vie zraka nego u sluaju ventilacije referentnim sustavom "A".

Za ventilaciju strojarnice sustavom "D" potrebno je 3,33 puta vie zrake nego u sluaju ventilacije referentnim sustavom "A".

5.1.2. TEMPERATURA STROJARNICE

Dobro proraunat sustav ventilacije strojarnice odravat e temperaturu zraka u strojarnici za 9O C veu od one okolnog zraka. Maksimalna temperatura zraka u strojarnici ne bi trebala prijei 49O C.

5.1.3. POTREBNA KOLIINA ZRAKA

Openito, promjena ukupne koliine zraka u strojarnici svake minute ili dvije biti e dovoljna ukoliko je strujanje zraka pravilno usmjereno.


36

Potrebna koliina svjeeg zraka koja bi se trebala osigurati iznosi 0,1 0,2 m3/min po instaliranoj konjskoj snazi na konici (glavni motori + pomoni). Ovo, naravno, ne ukljuuje potreban zrak za izgaranjem goriva u komorama izgaranja. Otpadni zrak nakon to pokupi toplinu treba biti 110 120% koliine ulaznog zraka. Viak otpadnog zraka bitan je:

Kompenzacija uslijed termalnog irenja svjeeg ventilacijskog zraka koji je pokupio toplinu sa vruih elemenata u strojarnici.

Odvoenje stvorenih dimova i para iz strojarnice.

Rad u ekstremno hladnim vremenskim uvjetima zahtijeva smanjenje koliine svjeeg ventilacijskog zraka da se izbjegne pad temperature u strojarnici ispod razine pogodne za rad operatera motora. Ovo se rjeava upotrebom ventilatora sa dvobrzinskim motorom.

5.1.4. IZVEDBA OTVORA ZA VENTILACIJU NA TRUPU BRODA

Kako bi zrak mogao doi do strojarnice na trupu broda moraju biti otvori za ulazne i izlazne ventilacijske cijevi. Sa svake strane trupa broda trebalo bi biti po dva otvora, jedan za ulaz svjeeg ventilacijskog zraka, a drugi za izlaz zagrijanog otpadnog zraka. Ako je izvedba sa po dva otvora sa svake strane broda praktiki neizvediva, potrebno je izbjei mijeanje vrueg otpadnog zraka i hladnog ulaznog zraka za ventiliranje.

5.1.4.1. ULAZNI SVJEI ZRAK

Strojarnica mora imati otvore za ulaz zraka. Zrak moe ulaziti u strojarnicu iz akomodacijskih prostorija u kojima boravi posada i putnici ili direktno preko otvora na trupu (palubi) broda. Dovoenje zraka u strojarnicu preko akomodacijskih prostora moe izazvati niz problema. Dovoenje svjeeg ventilacijskog zraka u strojarnicu preko akomodacijskih prostorija biti e mnogo kompliciranije, s druge strane na ovaj nain se osigurava istoa zraka od estica i kapljica uslijed kie ili prskanja mora.

5.1.4.2. OTPADNI ZRAK

Otvori za izlaz otpadnog zraka kroz trup ili palubu trebaju biti postavljeni to blie krmi i to na veoj visini od svih ostalih zranih otvora da se sprijei mogunost prodora otpadnog zraka u sustav ventilacije. Osnovne upute:


37

Otvori za ulaz zraka trebaju biti postavljeni prema pramcu, i ako je zgodno, na nioj razini od otvora za otpadni zrak iz strojarnice.

Analogno, otvori za otpadni zrak, trebaju biti postavljeni prema krmi, i moraju biti vii nego otvori za ulaz svjeeg ventilacijskog zraka kako bi se smanjila mogunost prodora otpadnog u sustav svjeeg zraka. Zbog poprenih ili prateih zranih struja, navedeni prodor ne moe se potpuno izbjei.

5.1.5. VENTILATORI

U modernim ventilacijskim sustavima nije praktiki primjenjiva prirodna ventilacija (vjetrolovke). Potrebna koliina zraka moe se osigurati samo prinudnom ventilacijom. Ventilatori za ovu svrhu mogu biti aksijalni ili centrifugalni. Kada se postavljaju ventilatori u izlaznu ventilacijsku cijev (najpogodnije mjesto) elektromotor ventilatora mora se postaviti tako da nije u doticaju s direktnim tokom vrueg otpadnog zraka, kako bi mu se poveao radni vijek. Zbog navedenog je centrifugalni ventilator najpogodnije rjeenje. Teoretske karakteristike ventilatora ne znae uvijek stvarno ponaanje ventilatora postavljenog u sustav klimatizacije. Dakle, ako je kao teoretska karakteristika na ploici ventilatora navedeno da mu je dobava 20 m3/min to ne znai da e on zaista imati navedenu dobavu kroz strojarnicu, to je najvie uvjetovano poloajem i dimenzijama ulaznih i izlaznih cijevi ventilacijskog sustava. Openito, uvjeti u stvarnom radu ventilatora su daleko sloeniji nego teoretski definirane karakteristike.

5.2. POTREBAN ZRAK ZA IZGARANJE U CILINDRU

Zrak potreban za izgaranje goriva u diesel motoru iznosi 0,1 m3/min po kW

snage mjerene na konici.

Kanali za dovod zraka za potrebe izgaranja trebaju biti izvedeni tako da im je otpor strujanju to manji. (Koliina zraka koja struji ovim kanalima je velika pa se javlja veliki otpor).

Motor se zatititi od abrazivnih estica koje bi u njega mogle dospjeti putem ventilacije. Kod zamjene zranih filtara na motoru potrebno je koristiti samo one s tvornikom garancijom.

Ukoliko postoji opasnost od vee koliine tekuine uslijed prskanja mora, praine ili kukaca postavlja se uz osnovni filtar koji se nalazi na motor i dodatni filtar koji e produljiti radni vijek osnovnog filtra.

Indikator oneienja proistaa zraka, ukoliko motor radi pri punom optereenju, dati e signal za zamjenu/ienje filtra kada je indiciran pad


38

tlaka od 7,47 kPa. Tada se vri zamjena elemenata filtra.

Ukupni pad tlaka u zranim kanalima uslijed otpora strujanju, ne smije prijei 2,49 kPa za vrijeme punog optereenja motora. Pri izvedbi zranih kanala treba teiti postizanju to manjeg otpora strujanju, jer e ovo takoer utjecati na produljenje radnog vijeka izmeu dva servisiranja ili zamjene filtra.

Brzina zraka za potrebe izgaranja u cilindrima ne bi smjela prijei 610 m/min. Vee brzine uzrokovat e neprihvatljivu razinu buke i znatno poveanje otpora.

U sustav zraka potrebno je ugraditi vodene zamke da se potpuno iskljui mogunost pojave vode u zraku za izgaranje kako kia i prskanje mora ne bi uzrokovali zaepljenje filtarskog papira. Ovo bi smanjilo protok zraka kroz motor, pri emu e se poveati temperatura ispunih plinova to moe voditi ka oteenju motora.

Dobro projektirani ventilacijski sustav strojarnice dobavljat e svjei zrak u motor, a temperatura zraka nee biti vea od 8,5O C iznad temperature vanjskog zraka.

Slika 24: USISNE I ISPUNE CIJEVI


39

5.3. ODVOENJE DIMA IZ KARTERA

Tlak izgaranja goriva u cilindru uzrokuje da odreena koliina ispunih plinova prodre preko klipnih prstena i ue u karter (crankcase). Da se sprijei stvaranje povienog tlaka u karteru ugrauju se oduci (vent tubes). Neki tipovi brodskih motora odvode dim iz kartera u svjei zrak za izgaranje u motoru. Vei Caterpillar brodski motori moraju odvoditi dim iz kartera to dalje od motora kako ne bi dolo do zaepljenja elemenata zranog filtra (filtar papir). Cijevi dimnog cjevovoda kojim se odvodi dim iz kartera moraju biti istog promjera kao i promjer izvedene dimne cijevi na motoru. Ako je duina cjevovoda vea od 3 metra ili ako sadri vie od tri koljena kuta 90O, mora se poveati unutarnji promjer dimne cijevi (slika 25). Vrlo je vano da se dimni cjevovodi vie motora ne spajaju u jedan zajedniki, ve svaki motor mora imati svoj vlastiti. Dim iz kartera ne smije se odvoditi u kanale za ventilaciju ili ispune cijevi jer bi brzo dolo do oblaganja istih uljnim naslagama.

Slika 25: ODVOENJE DIMA IZ KARTERA

Postoje izvedbe kada su odune dimne cijevi spojene na sam kraj ispunih cijevi motora. Preporua se da dimne cijevi (odune) kartera zavravaju direktno u atmosferu. Zavreci ovih cijevi moraju biti pravilno usmjereni da se sprijei ulaz kie i morske vode.


40

III. DIJAGNOSTIKI SUSTAVI DIJAGNOSTIKE ZNAAJKE Kod suvremenih brodskih diesel motora, dijagnostiki sustavi sastoje se od niza osjetnika, (tlaka, temperature, poloaja i razine) i raunala (ECM Electronic Control Modul) u koje se podatci slijevaju, obrauju te se na osnovu programa u raunalu vri praenje i regulacija pojedinih vitalnih sustava motora te dijagnosticiranje, ime se postie maksimalna ekonominost, siguran rad i dug vijek trajanja. Podatci se korisniku prikazuju na LCD displeju, a omogueno je i interaktivno upravljanje i promjena parametara rada motora Dijagnostiki sustavi prate slijedee parametre, ili skupove parametara motora koji se u raunalu motora interpretiraju, obrauju i memoriraju posredstvom dijagnostikih raunalnih programa:

Parametri vani za sustav goriva Parametri vani za sustav ulja za podmazivanje Parametri vani za sustav zraka za potrebe izgaranja Parametar brzine motora Parametri vani za sustav rashladne tekuine Parametar poloaja ruice goriva

Osim navedenih parametara, ovisno o vrsti/snazi diesel motora mogu biti ugraeni i sustavi praenja habanja klipnih prstena, blazinica radijalnih kliznih leaja i slino. Najvanija i najsloenija dijagnostika vezana je za tempiranje trenutka, tlaka i koliine ubrizganog goriva u cilindar pa e prema tome opisu rada ovog sustava biti posveena i najvea panja. Opravdanost opisa rada modernog sustava goriva u poglavlju dijagnostikih sustava a ne u poglavlju o sustavima goriva, nalazi se u grai i nainu upravljanja elementima sustava goriva (ubrizgai, IAP ventili, hidraulika visokotlana pumpa) koji su ujedno vezani s sustavom osjetnika u nerazdvojnu cjelinu koja se upravlja preko raunala motora.


41

1. SUSTAV GORIVA; DIJAGNOSTICIRANJE,

UPRAVLJANJE Slika 26 prikazuje kompletan elektrini sustav upravljanja/dijagnosticiranja motora sa HEUI jedinicama za ubrizgavanje goriva (HEUI Hidraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector), hidraulikom visokotlanom pumpom, raunalom i svim bitnim osjetnicima te nain upravljanja njenim radom.

Slika 26: SHEMATSKI PRIKAZ SUSTAVA OSJETNIKA SA SUSTAVOM GORIVA

Rad hidrauliki aktivirane elektroniki upravljane jedinice za ubrizgavanje goriva (u daljnjem tekstu HEUI) ujedinjuje zakone hidraulike kojima se vri multipliciranje sile


42

nastale djelovanjem ulja za podmazivanje i sofisticiranog raunalnog upravljanja ubrizgavanjem koji je u stalnoj interakciji sa osjetnicima. HEUI sustav goriva potpuno je neovisan i ne trai podeavanje. Promjena performansi motora vri se promjenom parametara u raunalu motora tzv "ECM" (Electronic Control Module). HEUI upravljani sustav goriva sastoji se od:

HEUI jedinica za ubrizgavanje goriva Raunalo motora (ECM) Hidraulika pumpa jedinice za ubrizgavanje goriva Ventil upravljanja tlakom ulja za aktiviranje ubrizgaa (IAP upravljaki ventil) Pumpa goriva Osjetnik za praenje tlaka aktivacijskog ulja (IAP osjetnik)

1.1. HIDRAULIKI AKTIVIRANA ELEKTRONSKI UPRAVLJANA JEDINICA UBRIZGAVANJA GORIVA - HEUI Precizna dobava goriva regulira performanse motora. Svi sustavi goriva za diesel motore upotrebljavaju klip i bubanj za podizanje tlaka goriva koje e se pod visokim tlakom ubrizgati u cilindar. Da se kod mehanikog ubrizgavanja osigura pokretanje klipa ubrizgaa upotrebljava se bregasta osovina, a poloaj klip regulira preciznu koliinu goriva koja e se ubrizgati. Za stvaranje potiska koji pokree klip ubrizgaa kod HEUI sustava, upotrebljava se ulje za podmazivanje motora, koje je prethodno stlaeno hidraulikom pumpom. Tono tempiranje vremena ubrizgavanja i koliina goriva osigurava se elektronski posredstvom raunala motora (ECM). Razliitost HEUI sustava u odnosu na klasini nain ubrizgavanja ogleda se u nainu dijagnosticiranja problema koji nastaju u sustavu goriva, to se u sluaju HEUI jedinice za ubrizgavanje goriva, vri elektronski posredstvom raunala (ECM).

Hidraulika pumpa HEUI sustava tlai ulje za podmazivanje na 10 23 MPa pretvaranjem rotacijske energije pokretnih dijelova u hidrauliku energiju ulja. Ovaj sustav goriva radi poput tlanog cilindra. Klip ubrizgaa na sebe prima hidrauliki tlak ulja za podmazivanje koji se stvara posredstvom hidraulike pumpe, pretvara ga u mehaniku silu koja se viestruko poveava te u bubnju ubrizgaa poveava tlak goriva. Zahvaljujui viestrukom poveanju tlaka goriva u odnosu na tlak ulja (omjer tlaka goriva naprema tlaku upravljakog ulja iznosi 6:1), HEUI sustav stvara visoke tlakove ubrizgavanja goriva potrebne za potpunu atomizaciju to poveava efikasnost iskoritenja goriva u cilindru motora.


43

Slika: 27 ECM

Niski tlak ulja za aktivaciju ubrizgaa, koji nastaje pri malom optereenju motora, rezultira niskim tlakom ubrizgavanja. Ovo je osobito izraeno pri pokretanju motora i pri praznom hodu. Visoki tlak ulja za aktivaciju ubrizgaa, koji nastaje pri velikom optereenju motora, rezultira visokim tlakom ubrizgavanja. Izraeno kod ubrzavanja motora. Kod nekih radnih uvjeta motora tlak ubrizgavanja fluktuira izmeu minimalnog i maksimalnog. Obzirom na optereenje motora, HEUI sustav goriva omoguava neogranienu kontrolu za osiguranje optimalnog tlaka ubrizgavanja goriva.

1.2. RAUNALO MOTORA ECM (Electronic Control Modul)

Raunalo (slika 27) je instalirano na samom motoru, a omoguuje stalno elektronsko praenje i kontrolu performansi motora, kao i dijagnosticiranje pogreaka na osnovu prikupljenih podataka sa svih osjetnika postavljenih po motoru. Na osnovu podataka sa osjetnika program ugraen u ECM podeava vrijeme ubrizgavanja, koliinu i tlak goriva. Raunalo sadri i postavke koje definiraju izlaznu snagu i broj okretaja. Veina modernih brodskih diesel motora opremljena je s ECM koji ima mogunost reprogramiranja od strane operatera u

stvarnim uvjetima. U tu svrhu razvijeni su elektronski alati (software) koji mijenjaju programske postavke u flash memoriji. Jo jedna zadaa ECM-a je memoriranje greaka nastalih za vrijeme rada motora. Ukoliko neki od osjetnika alju podatke u ECM koji su van definiranog raspona signal se tumai kao greka i biljei u memoriji raunala. Po potrebi se mogu pokrenuti dijagnostiki elektronski alati koji mogu ispitati greke na motoru, elektrinom ili elektronskom sustavu.

1.3. HIDRAULIKA VISOKOTLANA PUMPA

Visokotlana hidraulika pumpa postavljena je na prednjem dijelu motora. Pumpa je aksijalnog tipa sa promjenjivom koliinom dobave, a pokree se preko zupastog prijenosa sa koljenastog vratila. Pumpa upotrebljava dio ulja za podmazivanje motora koga tlai za potrebe HEUI sustava ubrizgavanja.


44

1.4. VENTIL ZA UPRAVLJANJE TLAKOM ULJA ZA AKTIVACIJU UBRIZGAVANJA IAPCV IAP (Injection Actuation Pressure Control Valve) upravljaki ventil (slika 28) smjeten je na istu stranu kao i hidraulika pumpa jedinice za ubrizgavanje goriva. Ventilski ureaj za regulaciju tlaka upravlja kako tlakom u hidraulikoj pumpi tako i izlaznim tlakom hidraulike pumpe (slika 29). Ventilski ureaj za upravljanje tlakom sastoji se od tri komponente:

Ventil za upravljanje tlakom za pokretanje ubrizgaa Kompenzacijski ventilski ureaj Temelj ventila

Kompenzacijski ventilski ureaj sadri tri glavna dijela:

Svitak za regulaciju optereenja Svitak za ogranienje tlaka Protu-povratni ventil

Slika 28: IAP VENTIL

IAP upravljaki ventil je elektrino upravljani magnetski ventil koji uz pomo svitka za regulaciju optereenja postie upravljanje izlaznim tlakom pumpe. Ovaj ventil predstavlja elektrini upravljani hidrauliki sigurnosni ventil visoke tonosti. Svitak za regulaciju optereenja upravlja protokom ulja prema radnom klipu pumpe. Radni klip upravlja kutom tlane rotacijske ploe ime se regulira tlak aktivacijskog ulja koji stvara pumpa. Pojavom greke na pumpi, dolazi do prolaza struje kroz svitak za ogranienje tlaka, pri emu se on otvara. Ovaj ventil za ogranienje tlaka djeluje kao sigurnosni otpusni ventil s oprugom (koji se otvara na prethodno podeeni tlak) i isputa visokotlano


45

ulje iz radnog klipa pumpe (control piston), pa dolazi do pranjenja pumpe ime se reducira protok aktivacijskog ulja. Protu-povratni ventil radi u spoju sa svitkom za ogranienje tlaka. On omoguuje visokotlanom ulju da tee prema radnom klipu kada je svitak pod naponom otvoren. Ventil ostaje zatvoren u svim drugim sluajevima. U veini radnih uvjeta, hidraulika pumpa proizvodi vei protok ulja nego to je potreban. IAP upravljaki ventil djeluje na svitak za regulaciju optereenja kako bi se ispustilo prekomjerno ulje koje tee prema upravljakom klipu (control piston).

Performanse motora programirane u ECM sadre i podatak o eljenom upravljakom tlaku na HEUI za sve uvjete optereenja motora. ECM osim to koristi IAP osjetnik kao izvor podataka, upotrebljava i upravljaki strujni vod za regulaciju rada IAP upravljakog ventila. Na taj nain postie se da je stvarni tlak ulja za upravljanje u HEUI to blii definiranom u ECM.

1.5. TRANSFER PUMPA GORIVA

Postavlja se iza hidraulike pumpe. Ova pumpa mora kao prvo usisati gorivo iz spremnika te osigurati dovoljan protok unutar niskotlanog sustava goriva. Normalni

tlak u niskotlanom sustavu goriva obino je izmeu 310 450 kPa. Ovako stlaeno gorivo kontinuirano se dovodi do ubrizgaa.

Pumpa je zupastog tipa s kontinuiranom dobavom (slika 30). Sadri integrirani preko-tlani

ventil koji se otvara na 630 kPa. Viak ulja s tlane strane pumpe se preko ventila otputa u interne kanale s vanjske strane pumpe odatle se

Slika 30: TRANSFER PUMPA GORIVA

Slika 29: HIDRAULIKA VISOKOTLANA PUMPA


46

vraa nazad na usisnu stranu pumpe.

1.6. IAP OSJETNIK Prati tlak visokotlanog ulja koje se dovodi na HEUI sustav ubrizgavanja. Postavlja se u visokotlani razvodnik ulja koji opskrbljuje ubrizgae s uljem konstantnog tlaka za upravljanje. ECM kontinuirano prima podatke iz IAP osjetnika o promjenama tlaka, te ih interpretira i po potrebi alje upravljake signale prema IAP upravljakom ventilu radi odravanja konstantnog tlaka u visokotlanom razvodniku ulja.

2. HEUI SUSTAV UBRIZGAVANJA

2.1. NISKOTLANI SUSTAV GORIVA Slui za etiri osnovne funkcije

Opskrbljuje ubrizgae potrebnim gorivom Opskrbljuje ubrizgae dodatnim gorivom za potrebe hlaenja Otplavljuje zrak iz sustava posredstvom vika goriva Opskrbljuje raunalo gorivom za potrebe hlaenja

Sastoji se od sedam osnovnih komponenti:

Spremnik goriva (12) Odjeljiva vode (17) Primarni filtar ulja (16) Dobavna pumpa goriva (9) Sekundarni filtar goriva (10) Razvodnik tekuina (11) Regulator tlaka goriva (13)

Gorivo se crpi iz spremnika goriva i tee prema separatoru vode (15 30 mikronski filtar) koji iz goriva filtrira vodu i velike metalne krhotine. Gorivo dalje tee prema primarnom filtru goriva (ako je postavljen) koji se postavlja prije ulaza goriva u transfer pumpu. Iz primarnog filtra gorivo dalje tee na usisnu stranu transfer pumpe gdje se nalazi protu-povratni ventil koji spreava da se gorivo vraa u spremnik. Protok goriva se u transfer pumpi poveava. Maksimalni tlak goriva koji se ovom pumpom moe postii ogranien je na 630 kPa upotrebom integriranog preko-tlanog ventila. S tlane strane pumpe gorivo tee ka sekundarnom filtru goriva. On otklanja sitne abrazivne estice. Gorivo nastavlja tok kroz


47

Slika 31: REGULATOR TLAKA GORIVA

Slika 32

razvodnu cijev postavljenu na glavi cilindara. Iz razvodne cijevi goriva vode kanali izbueni u glavi cilindra do svakog pojedinanog otvora predvienog za postavljanje HEUI ubrizgaa. Viak goriva tee van iz razvodne cijevi u povratnu cijev, pa kroz regulator goriva natrag u spremnik.

Regulator tlaka goriva (slika 31) sastoji se od otvora i oprugom optereenog protu-povratnog ventila. Otvor predstavlja otpor strujanju pa stvara povratni tlak prema razvodnoj cijevi goriva. Ventil se otvara na 410 kPa kako bi omoguio prekomjernom gorivu povrat u spremnik. Viak goriva u sustavu goriva koristi se za odvoenje topline. Omjer goriva vraenog u spremnik prema onom koje izgori u cilindru iznosi 3:1. Kada je motor ugaen i nema tlaka goriva u sustavu, regulator tlaka goriva je zatvoren ime se sprjeava istjecanje goriva iz razvodne cijevi natrag u spremnik.

2.2. SUSTAV UPRAVLJANJA UBRIZGAEM

2.2.1. TOK UPRAVLJAKOG ULJA

Izvrava dvije funkcije:

Stvara visoki tlak ulja za potrebe HEUI ubrizgaa Iskoritava upravljanje tlakom aktivacijskog ulja za upravljanje tlakom goriva u

ubrizgaima Sastoji se od est osnovnih komponenti:

Hidraulika pumpa (1) Filtar ulja (3) Uljna pumpa (4) Hladnjak ulja (6) IAP upravljaki ventil (7) IAP osjetnik (8)

Uljna pumpa opskrbljuje uljem hidrauliku pumpu jedinice za ubrizgavanje goriva (HEUI). Ulje iz uljne kade motora tlai se u uljnoj pumpi sustava podmazivanja, odakle dalje tee preko rashladnika i uljnog filtra u glavnu uljnu galeriju. Kroz odvojeni prikljuak iz glavne uljne galerije usmjerava se dio ulja za podmazivanje na usisnu stranu hidraulike pumpe i puni interni spremnik pumpe uljem.


48

Interni spremnik ima dvojaku namjenu: Akumulira ulje za rad hidraulike pumpe za vrijeme pokretanja motora Akumulira ulje za potrebe punjenja razvodnika ulja i uljnih kanala dok uljna

pumpa ne ostvari dovoljan tlak za neometan protok. Kada je motor ugaen i hladi se koliina i tlak ulja u sustavu opada. Protu-povratni ventil u pumpi tada omoguuje da se ulje usisa iz internog uljnog spremnika kako bi se osigurao stalan tlak ulja u razvodnoj cijevi ulja i visokotlanim kanalima. Ulje iz internog spremnika pumpe se tlai u hidraulikoj pumpi i izlazi pod visokim tlakom kroz dva kanala. Dalje prolazi kroz nepovratni ventil ija je namjena spreavanje povrata visokotlanih impulsa ulja, generiranih ubrizgaem, natrag prema hidraulikoj pumpi. Ovi impulsi uzrokuju nepravilan rad IAP kontrolnog ventila to rezultira nestabilnim i nepravilnim tlakom aktivacijskog ulja. Tok ulja nastavlja se u razvodnu cijev ulja, pa dalje na HEUI ubrizgae. Nakon to preda tlanu energiju u ubrizgau odvodi se ispod poklopca ventila i vraa u uljnu kadu preko provrta za ispust ulja u glavi cilindra.

2.2.2. DIJAGNOSTIKA TLAKA UPRAVLJAKOG ULJA

Sustav se sastoji od:

Hidraulike pumpe jedinice za ubrizgavanje goriva (1) Uljnog filtra (3) Uljne pumpe motora (4) Ubrizgaa (5) Rashladnika ulja (6) IAP upravljakog ventila (7) IAP osjetnika (8) ECM (30)

Hidraulika pumpa je aksijalna klipna pumpa promjenjive dobave. Protok ove pumpe moe oscilirati od minimuma do maksimuma za bilo koje optereenje motora. Dijelovi rotacijske skupine pumpe pretvaraju rotacijsko gibanje osovine pumpe u aksijalno gibanje radnih klipova ime se poveava tlak ulja. Rotacijska skupina sastoji se od tri osnovne komponente:

Bubnja i klipova (barrel and pistons) Tlana rotaciona ploa (swashplate) Osovina pumpe (pump shaft)

Koliina ulja koja se tlai upravlja tlakom u visokotlanom razvodnoj cijevi. Protok ulja kroz hidrauliku pumpu smanjuje se ili poveava promjenom kuta tlane rotacijske ploe. Tlana rotacijska ploa pomie se prema poloaju maksimalnog protoka (najvei kut) pomou opruge. Maksimalan kut stvara maksimalno aksijalno gibanje klipa, a time i maksimalnu dobavu pumpe.


49

Radni klip je u skupljenom poloaju kada je tlana rotacijska ploa pod maksimalnim kutom. Istovremeno opruga tlane rotacijske ploe biti e ispruena. Protok kroz pumpu smanjuje se poveanim protokom ulja prema radnom klipu. Kako tlak na radnom klipu raste, on gura tlanu rotacionu plou prema minimalnom kutu, pa protok ulja opada prema minimalnom. Rastereenje pumpe (destroking): predstavlja smanjenje kuta od tlana rotacijske ploa to vodi ka smanjenju protoka ulja iz pumpe. Nabijanje pumpe (stroking): predstavlja poveanja kuta tlane rotacijske ploe kako bi se poveao protok ulja. Kuite pumpe sadri slijedee komponente:

Rotacijsku skupinu (rotating group) Interni spremnik ulja (internal oil reservoir)

Ulje iz sustava podmazivanja tee preko internog spremnika na usis rotacijske skupine. Visokotlano ulje tee dalje s tlane strane pumpe preko elinog cjevovoda prema visokotlanim razvodnim cijevima (fluid manifolds). Dok motor nije ukljuen, opruga potiskuje tlanu rotacionu plou do maksimalnog kuta, pa se postie maksimalna dobava pumpe. Za vrijeme rada motora pumpa proizvodi maksimalan tok. Ovo brzo podie tlak aktivacijskog ulja sve dok se ne postigne eljeni tlak. Jednom kada tlak aktivacijskog ulja odgovara eljenom, ulje se alje preko IAP kontrolnog ventila na radni klip. Ovo e rasteretiti pumpu kut tlane rotacijske ploe je nula pa nema tlaenja ulja. U uvjetima bez optereenja ili minimalnog optereenja trai se minimalan kut tlane rotacione ploe kako bi se odrao eljeni tlak ulja jer HEUI ubrizgai trebaju vrlo malo aktivacijskog ulja. Kada se motoru povea optereenje, eljeni tlak goriva kojeg je potrebno ubrizgati u cilindar poraste, pa je potrebno poveati koliinu aktivacijskog ulja. ECM detektira pad brzine uvjetovan poveanjem optereenja te povea uzbudnu struju prema IAP upravljakom ventilu. Ovo uzrokuje da se kut tlane rotacijske ploe povea a time i aksijalno gibanje radnih klipova sve dok stvarni tlak ne bude jednak eljenom. Ako optereenje motora opadne, protok aktivacijskog ulja smanjuje se kako bi se prilagodio smanjenim zahtjevima motora. ECM detektira poveanje brzine motora i uzbudna struja poslana prema IAP ventilu se smanjuje. Ovo e smanjiti kut tlane rotacijske ploe i aksijalno gibanje radnih klipova. Izlazni tok ulja iz pumpe i tlak ulja za upravljanje ubrizgavanjem opadaju sve dok stvarni tlak ne odgovara eljenom. Postoje dva tipina stanja tlaka aktivacijskog ulja:

eljeni tlak ulja Stvarni tlak ulja

eljeni tlak aktivacijskog ulja je onaj tlak za aktivaciju ubrizgavanja koji treba biti u sustavu ulja za postizanje optimalnih performansi motora. Ovaj tlak uspostavlja se na


50

osnovu postavki u memoriji ECM-a i informacija dobivenih iz osjetnika motora. eljeni aktivacijski tlak ulja se konstantno mijenja ovisno o ulaznim podatcima sa osjetnika, promjeni brzine motora i optereenja. Slijedee osjetnici, radi prorauna eljenog aktivacijskog tlaka, alju informacije do ECM:

Osjetnik poloaja papuice gasa (Throttle position sensor) Osjetnik tlaka zraka za potrebe izgaranje (Engine boost pressure sensor) Osjetnik broja okretaja koljenastog vratila (speed/timing sensor) Osjetnik temperature rashladne tekuine (Coolant temperature sensor)

eljeni tlak ulja je stalan samo kod nepromjenjivih uvjeta motora (brzine i optereenja). Stvarni tlak ulja je trenutni tlak u sustavu ulja za aktivaciju ubrizgaa koji pokree HEUI ubrizgae. IAP ventil stalno podeava koliinu ulja koju pumpa isputa kako bi stvarni tlak ulja bio to blii eljenom. Tri komponente rade zajedno na kontroli tlaka upravljanja:

ECM IAP upravljaki ventil IAP osjetnik

ECM proraunava eljeni aktivacijskog tlak ulja usporedbom signala sa IAP osjetnika i podataka upisanih u memoriji raunala, te alje uzbudnu struju u IAP ventil za prilagoavanje stvarnog aktivacijskog tlaka ulja. IAP ventil djeluje kao elektrino upravljani sigurnosni ventil koji reagira na uzbudnu struju iz raunala (ECM). Stvarni tlak ulja za upravljanje mijenja se kada IAP ventil otpusti ulje u ispust. IAP osjetnik mjeri stvarni tlak ulja za upravljanje u visokotlanim kanalima. Sustav ulja za aktivaciju ubrizgavanja radi u ciklusima. ECM proraunava eljeni tlak, pa kada ga odredi alje elektrinu struju na IAP ventil. IAP ventil reagira na elektrinu struju iz ECM-a tako da promijeni granini sigurnosni tlak bitan za upravljanje radnim klipom hidraulike pumpe, to mijenja stvarni tlak aktivacijskog ulja. IAP osjetnik sada mjeri trenutni tlak i alje naponski signal natrag u ECM, gdje se ovaj signal obrauje i usporeuje sa eljenim tlakom ulja, te na osnovu ovih podataka raunalo izraunava stvarno potreban tlak ulja za upravljanje. Ponovo se vri podeavanje i putanje uzbudne struje za upravljanje IAP ventilom (vea struja stvara jae elektromagnetsko polje u IAP ventilu). IAP ventil odgovara na promjene struje, preko elektromagneta, djelovanjem na stvarni aktivacijski tlak. Navedeni proces se ponavlja 60 puta u jednoj sekundi i naziva se "upravljaki sustav zatvorene petlje" (Closed loop control system). Rast uzbudne struje prema IAP upravljakom ventilu uzrokuje poveanje uzbude elektromagneta koji upravlja vretenastim ventilom. Kako ovaj ventil zatvara otvor za ispust ulja, uljni tok iz svitka za regulaciju optereenja opada i omoguuje opruzi tlane rotacijske ploe da nadvlada tlak ulja, tada dolazi do poveanja kuta tlane rotacijske ploe, aksijalno gibanje radnog klipa se povea, pa se dobije povean protok ulja na tlanoj strani pumpe.


51

Smanjenje uzbudne struje prema IAP upravljakom ventilu uzrokuje smanjenje elektromagnetskog polja pa se vretenasti ventil otvori i aktivacijsko ulje moe tei prema odvodu. Istovremeno, proporcionalna koliina ulja moe tei preko svitka za regulaciju optereenja. Kada svitak za regulaciju optereenja reagira, ulje se alje na radni klip hidraulike pumpe i kut tlane rotacijske ploe se smanjuje, a s njim i tok ulja na izlazu hidraulike pumpe. Ako IAP upravljaki ventil, iz nekog razloga, ne dobije uzbudnu struju, jedina sila koja e djelovati na svitak za regulaciju optereenja biti e mehanika sila opruge svitka.

Tlak koji nastaje djelovanjem ove opruge je otprilike 5 6 MPa. Ovaj tlak naziva se granini tlak. Granini tlak neophodan je za ovaj sustav kako bi se uspostavio zatitni mod rada (Limp home mode), u sluaju greke u sustavu. Opruga takoer poboljava preciznost IAP kontrolnog ventila. Zatitni mod rada omoguit e motoru da nastavi rad sa vrlo niskim aktivacijskim tlakovima. Granini tlak nije podeen radi kritinih situacija. On ne utjee na normalne performanse motora. Ovaj tlak mora biti postavljen dovoljno visoko da odrava rad motora u sluaju prekida kabela ili pogreke na IAP ventilu. Previsoko postavljen granini tlak uzrokovat e preveliku koliinu goriva u cilindru (overfueling) i teko upuivanje motora. Granini tlak, obino se, inicijalno namjesti u tvornici i ne bi se trebao podeavati u uvjetima rada motora na moru. Poveavanje/smanjenje graninog tlaka ne vodi ka promjeni snage ili performansi motora. Kombinacijom, sile u opruzi svitka za regulaciju optereenja i uljni tok zajedno utjeu na pozicioniranje svitka za regulaciju optereenja. Ako se granini tlak mijenja, ECM kompenzira tako to podeava uzbudnu struju za IAP kontrolni ventil kako bi se postigao proraunati aktivacijski tlak. Hidraulika pumpa sadri svitak za ogranienje tlaka. Svitak za ogranienje tlaka aktivirat e se samo ukoliko se pojavi izrazito visok tlak u sustavu. Svitak za ogranienje tlaka dri se u zatvorenom stanju pomou opruge. Ako zakae, izlazni tlak ulja iz hidraulike pumpe moe prekoraiti sigurnosni granini tlak. U tom trenutku sila koju generira tlak ulja biti e vea od sile u opruzi pa e doi do njegovog otvaranja i isputanja vika ulja. Ovaj sustav kontrole tlaka takoer ukljuuje i jednosmjerni protu-povratni ventil. Protu-povratni ventil nee dopustiti ulju iz radnog klipa da tee u suprotnom smjeru kada se sigurnosni ventil zatvori. Sigurnosni ventil namjeta se u tvornici i ne treba se pre-podeavati. Ako je postavljeni tlak otvaranja prenizak otvaranje ventila deavat e se na tlakovima niim od normalnih radnih tlakova to e uzrokovati pad snage motora. Ako je postavljeni tlak otvaranja previsok, to nee utjecati na rad motora pri normalnim radnim uvjetima, ali moe dovesti do puknua kuita pumpe kod


52

nepravilnog rada visokotlanog sustava ulja. Podeavanje postavki sigurnosnog ventila nee poveati tlak aktivacijskog ulja, snagu ili performanse motora. Veina visokotlanog ulja iz hidraulike pumpe upotrebljava se za upravljanje ubrizgaima. Viak ulja vraa se preko odvoda u kuitu, svitka za regulaciju optereenja, pa preko kanala koji se nalaze na prednjoj strani pumpe, zupanika za pokretanje pumpe i zupastog prijenosa motora, natrag u uljnu kadu.

2.3. NAIN RADA IAP UPRAVLJAKOG VENTILA

IAP ventil je elektrino upravljani ventil za upravljanje aktivacijskim tlakom ubrizgavanja. Stvarni aktivacijski tlak ulja mora se stalno podeavati kako bi se postigao eljeni tlak te da bi se na taj nain brzina motora i protok pumpe prilagoavali promjenjivim potrebama ubrizgaa za aktivacijskim uljem. IAP upravljaki ventil sastoji se od est osnovnih komponenti:

Sjedite ventila Armatura Vretenasti ventil Potisna osovinica Elektromagnet

IAP ventil radi upotrebljavajui promjenjivu elektrinu uzbudnu struju iz ECM-a kako bi stvorila elektromagnetsko polje u elektromagnetu. Ovo magnetsko polje djeluje na armaturu koja stvara mehaniku silu. Mehanikom silom pomie se armatura, koja predstavlja kotvu u elektromagnetskom polju, to direktno utjee na poloaj potisne osovinice i vretenastog ventila. Kada je vretenasti ventil u zatvorenom poloaju, suprotstavlja se tlaku ulja unutar tijela ventila (komora svitka). Tlak ulja unutar ventilskog tijela pokuava otvoriti vreteno. Kako tlak ulja u svitku ventila raste, sila na vretenast ventil takoer raste. Kada ova sila nadjaa mehaniku silu nastalu djelovanjem elektromagneta, vretenasti ventil se otvara. Otvoreno vreteno omoguuje odvod aktivacijskog ulja prema ispustu. Otputanjem dijela ulja u ispust postie se sniavanje hidraulikog tlaka unutar tijela ventila. Kada ovaj tlak padne ispod tlaka koji elektromagnetska sile stvara na vretenastom ventilu, vreteno se ponovo zatvara.


53

2.3.1. NAIN RADA IAP VENTILA KADA JE MOTOR UGAEN

Kada je motor ugaen, nema tlaka ulja niti struje iz ECM-a koja bi stvarala elektromagnetsko polje, pa je vreteno u otvoreno poloaju, a svitak zatvoren.

2.3.2. NAIN RADA IAP VENTILA KADA SE MOTOR UPUUJE

Za vrijeme upuivanja motora trai se tlak ulja za aktiviranje ubrizgaa od 6,2 MPa. Ovaj niski tlak ulja stvorit e tlak goriva na ubrizgau od 35 MPa (est puta vei). Aktivacijski tlak ulja nastavit e rasti, dok se ne postigne eljeni tlak koji iznosi 7 MPa. Da bi se motor to bre pokrenuo tlak upravljakog ulja za ubrizgae mora brzo rasti. Poto se hidraulika pumpa sinkronizira sa brzinom motora, protok ulja je vrlo nizak.

Slika 33: MOTOR UGAEN, SVITAK ZATVOREN, VRETENASTI VENTIL OTVOREN

Slika 34: POKRETANJE MOTORA, SVITAK ZATVOREN, VRETENASTI VENTIL ZATVOREN


54

Stoga, ECM alje jaku struju na IAP kontrolni ventil kako bi elektromagnetsko polje pomaklo armaturu i dralo vretenasti ventil vrsto zatvoren. Na taj nain, onemoguuje se protok ulja kroz vretenasti ventil u ispust, sve dok tlak ulja za ne dostigne 6,2 MPa. ECM nee slati signal u jedinicu ubrizgavanja sve dok se ovaj tlak ne postigne.

Ako je motor ve topao, stvarni tlak za pokretanje motora moe biti vei od 6,2 MPa. eljene vrijednosti tlaka ulja mapirane su u memoriji raunala (ECM), a dobivaju se obzirom na podatke koje alje osjetnik temperature motora

Sve dok se motor ne uputi ECM alje uzbudnu struju u IAP ventil kako bi se odravao tlak od 7 MPa. Istovremeno preko IAP osjetnika ECM dobiva povratnu informaciju o tlaku ulja u sustavu ulja za aktivaciju ubrizgaa. Dobivene informacije iz IAP osjetnika, ali i ostalih osjetnika motora, te podatci mapirani u raunalu upotrebljavaju se za proraun eljenog tlaka aktivacijskog ulja. Jednom kada je eljeni tlak izraunat, ECM usporeuje izraunati eljeni tlak s stvarnim tlakom u visokotlanim uljnim kanalima te ovisno o rezultatima, podeava uzbudnu struju za upravljanje IAP kontrolnim ventilom.

2.3.3. TOK AKTIVACIJSKOG ULJA KADA SE MOTOR UPUUJE

Ulje pod tlakom iz svitka dolazi do vrha vretenastog ventila te poinje djelovati silom u smjeru otvaranja vretena ventila. Ulje pokuava otvoriti ventil i izii kroz ispust. Struja uzbude iz ECM-a stvara u elektromagnetu polje, koje preko armature djeluje na vreteno stvarajui protusilu koja vreteno ventila dri zatvoreno. Ispusni otvor jedini je put kuda ulje moe napustiti tijelo ventila. Svitak ventila isputa ulje dire

Documents

Dijagnostika Brodskog 4-T Dizelskog Motora