UNIVERZITET U NISU

SEMINARSKI RAD NA TEMU:

RAZLIKA U POTROSNJI IZMEDJU BENZIN I DIZEL MOTORA

KONTINUIRANI PRENOSNICI – CVT

Student: Branislav Branković Profesor: Branislav PetrovićBr. indexa: 12529

U Nišu, 2009/2010

Sadržaj:

1. Dizel motori ....................................................................................................................................... 32. Benzinski motor ................................................................................................................................. 52.1. Dvotaktni motor ................................................................................................................................. 52.2. Četvorotaktni motor ........................................................................................................................... 62.3. Rotacioni motor .................................................................................................................................. 73. Dizel-motor VS benzin-motor ............................................................................................................ 84. Kontinuirani prenosnici – menjači (CVT) ......................................................................................... 134.1. Mehanički kontinuirani prenosnici .................................................................................................... 134.2. Hidraulični kontinuirani prenosnici ................................................................................................... 154.3. Električni kontinuirani prenosnici ...................................................................................................... 18

2

1. Dizel motori

Rudolf Diesel (1858 - 1913)

Dizel motor je motor s unutrasnjim sagorevanjem, koji koristi dizel kao pogonsko gorivo i koji radi Dieselovim ciklusom. Izumeo ga je 1892. godine nemački injženjer Rudolf Diesel.

Dizel motor nema svjećice, a za gorivo upotrebljava plinsko ulje. Paljenje u dizel motoru uzrokuje visoka temperatura jako kompresovanog vazduha u cilindrima. Usled visokog sabijanja vazduh se ugreje na temperaturama koje su više od temperature paljenja plinskog ulja. Plinsko ulje ne dolazi u cilindre pomešano sa vazduhom, nego ga pod visokim pritiskom u cilindre uštrcava posebna pumpa (dizna). Kada dođe u dodir s užarenim vazduhom, plinsko ulje se samo zapali. Svaka pumpa uštrca u cilindar tačno odmerenu količinu goriva koje dovodi pumpa pod visokim pritiskom koju pokreće motor. Količinu uštrcanog goriva, a to znači i snagu motora u određenom trenutku podešava vozač papučicom akceleratora (gasa).

Prednosti dizelskog motora su: bolja iskorišćenost goriva (a time i manji troškovi), duži vek trajanja i niži troškovi održavanja.

Nedostaci su: skuplja izrada, veća težina, nešto bučniji rad, neprijatan miris ispuha i sporija ubrzanja (samo kod starijih motora bez turba).

Dok je kod običnog benzinskog motora odnos kompresije oko 9:1, kod dizelskih motora potreban odnos kompresije je do 22:1, da bi se u cilindrima sabijeni zrak mogao dovoljno ugrejati za samozapaljenje dizel goriva. Prostor za sagorevanje u dizel motoru je manji nego u benzinskom motoru jednakog radnog obima, ali zbog velike kompresije mnogo je povoljnija potrošnja goriva.

3

Gorivo se uštrcava pumpom koja se okreće s polovinom okretaja kolenastog vratila. Mlaznice (dizne) - kojih ima u svakom cilindru po jedna - u pravom trenutku uštrcavaju pravu količinu goriva i to po redosledu paljenja po cilindrima.

Četiri takta u dizel motoru smjenjuju se ovako:1. Usisni takt: čisti vazduh se usisava u cilindar. 2. Kompresioni takt: pre nego što klip dođe u gornju mrtvu tačku, mlaznica uštrcava gorivo i ono se zapali. 3. Radni takt: plinovi koji se šire pritisnu klip prema dole. 4. Izduvni takt: klip u gibanju prema gore istiskuje plinove u ispuh.

Automobilski dizelski motori obično imaju svećicu (žarnicu), koja olakšava pokretanje hladnog motora na taj način da pre pokretanja žari toliko dugo da se vazduh u cilindrima ugreje na dovoljno visoku temperaturu da bi se plinsko ulje zapalilo.

Moderni se dizel motori po pravilu opremaju i turbopunjačem, koji u prvom taktu prednabija usisani vazduh u cilindre. Time se znatno poboljšavaju performanse i učinkovitost dizel motora te smanjuju potrošnja goriva i emisija štetnih plinova. O ispravnosti i radu tih sklopova bitno zavisi rad dizel motora.

Učešce dizel agregata u ukupnoj godišnjoj prodaji novih automobila u EU je 1997. godine iznosilo nekih 15%. 2001. godine ih je bilo nešto više od 30% (Austria – 66%!), a ocenjeno učešce za 2005. godinu je čak negde oko 44%! Prodaja automobila sa dizel motorima konstantno raste u poslednjih petnaestak godina, dok se poslednjih par godina beleži gotovo neverovatan rast. To je uslovljeno, pre svega, ogromnim napretkom tehnologije u ovoj oblasti, koja je potpuno eliminisala sve nekadašnje nedostatke >naftaša<. Dalja predvidjanja eksperata na ovu temu nas dovode do zaključka da se dizel-mašine trenutno nalaze u zenitu eksploatacije, barem što se primene u automobilima tiče. Naime, procenjuje se da će njihov procenat porasti u toku sledeće godine do nekih maksimalnih 50%, kada će ipak doći do odredjene stagnacije.

Tri su osnovna razloga za to:

1. Treća (i buduća četvrta) generacija novih common-rail sistema će biti sve skuplja za izradu, što će, naravno, dovesti do značajnijeg povećanja cena modela uopšte;

2. Cena nafte gotovo svakodnevno raste i, kako novi dizelaši moraju koristiti vrlo kvalitetno gorivo, dizel postaje sve skuplji;

3. Za par godina nas očekuju i EURO 5 norme, a čak i aktuelne EURO 4 su veoma rigorozne i kod ovakvih motora zahtevaju primenu posebnih filtera, koji ponovo poskupljuju finalnu cenu automobila.

4

2. Benzinski motori

Poput Dieselovih i raketnih, benzinski motori su motori s unutrašnjim sagorevanjem. U njima sagoreva gorivo i stvara energiju potrebnu za gibanje. U benzinskom se motoru benzinske pare mešaju sa vazduhom i pale iskrom. Smesa vazduha i benzina sagoreva eksplozivnom brzinom, i zagrejana se smesa plinova brzo širi. U većini benzinskih motora to širenje pokreće klip kroz cilindar, a gibanje klipa pokreće vratilo motora, te se tako pravocrtno gibanje pretvara u kružno (rotaciono). Kod većih se motora naizmenično pali smjesa u nekoliko cilindara, jer se tako dobija jednolični zakretni momenat. U rotacionom benzinskom motoru, koji nema cilindara, plinovi direktno okreću rotor.

2.1. Dvotaktni motor

Dvotaktni je motor najjednostavniji benzinski motor, a nalazimo ga u mopedima, vanbrodskim motorima, lančanim pilama, pa čak i nekim malim automobilima. Njihov radni ciklus ima dva takta. Najprije se diže klip u cilindru, koji zatim sabija smjesu goriva i zraka u prostor pri glavi cilindra. Istodobno se s donje strane cilindra usisava nova zapaljiva smjesa. Komprimirana smjesa pali se iskrom koju stvara struja visokog napona, pa zagrijani plinovi vraćaju klip niz cilindar. To gibanje je drugi ili radni takt motora. Spuštanje klipa potiskuje svježu gorivu smjestu kroz dovodni kanal koji vodi do prostora iznad klipa. Ta svježa smjesa izbacuje izgorjele plinove kroz ispuh, a zatim biva sabijena dizanjem klipa. Našavši se u gornjem položaju, klip zatvara izlazne otvore, tako da plinovi koji se šire ne mogu izaći. Taj se otvor otvara kad se klip nađe u donjem položaju. Klip svojim gibanjem otvara i zatvara i otvore za dovod zraka i goriva, kao i dovodni kanal. Spuštanje klipa okreće takozvano koljenasto vratilo, a ono opet u povratnom taktu podiže klip. Za koljenasto je vratilo pričvršćen zamašnjak – to masivniji što je broj klipova manji – koji nastavlja okretati vratilo i kad klip dođe u donji položaj. Zamašnjak pretvara izboje energije silaznoga klipa u prilično glatko, kontinuirano gibanje, a on zapravo i vraća klip, dižući ga u cilindru, u drugom dijelu svakog ciklusa.

Dvotaktni motori su razmjerno jeftini, ali su prilično nedjelotvorni pretvarači energije goriva u mehaničku energiju. Zbog toga mnogi veći motori imaju efikasniji, četverotaktni ciklus.

5

2.2. Četvorotaktni motor

Kod četverotaktnih motora klip se giba u četiri takta. Prvi takt je spuštanje klipa, takozvani takt usisavanja, u kojem se smjesa goriva i zraka usisava u prostor iznad klipa. Potom se klip, u taktu kompresije, podiže i tlači smjesu. Sabijena se smjesa pali električnom iskrom, nakon čega u trećem ili radnom taktu, zagrijani plinovi guraju klip prema dolje. Potom se klip diže još jednom, ovaj put da istisne sagorjele plinove. Nakon četvrtog takta, tj. takta ispuhivanja, čitav se slijed ponavlja. Iako je četverotaktni motor djelotvorniji od dvotaktnog, i u njemu se samo oko trećina energije goriva pretvara u korisnu energiju gibanja. Ostatak se rasipa. Najveći dio energije iz motora odlazi s toplino ispušnog plina i hlađenjem motora tekućinom ili zrakom. Manji dio energije troši se za pogon pomoćnih uređaja, primjerice ventilatora, generatora struje, crpke za podmazivanje i slično.

6

2.3. Rotacioni motor

Da bi se izbjeglo potresanje motora i da bi ga se pojednostavilo, učinjeni su mnogi pokušaji da se konstruira takav motor koji ne bi imao dijelove koji se povratno gibaju. Od tih je strojeva najpoznatiji Wankelov rotacijski motor. On radi isto kao i četverotaktni motor, ali širenje zapaljene smjese pokreće trostrani rotor koji se kružno giba uvijek u istom smjeru. Prvi automobil s Wankelovim motorom pojavio se na tržištu 1964. godine. Cilj proizvodnje takvog motora sastojao se u tome da se, zahvaljujući dijelovima koji se kružno gibaju, smanje potresanja (vibracije) motora te da se smanji potrošnja goriva. Međutim, Wankelovi motori imaju svoje nedostatke, pimjerice složenu gradnju brtvenih letvica. Današnji Wankelovi motori troše više goriva nego klipni motori, ali su, s druge strane, lakši i jednostavniji. U današnje se automobile izuzetno rijetko ugrađuju.

7

3. Dizel-motor VS benzin-motor

Razlike izmedju ova dva tipa motora su očigledne, ali ipak, koliko dizel ima prednosti, toliko ima i mana. Ista stvar bi se mogla reći i za benzince, a na kraju će presuditi bukvalno krajnji korisnik, na osnovu svojih ličnih afiniteta i očekivanja od svog budućeg automobila.

Kada povučete paralelu izmedju ova dva tipa motora, verovatno ćete zaključiti da izmedju njih nema nekih većih razlika. Osnovni koncept rada se u potpunosti podudara. I dizel, kao i benzinac, ima blok motora, u kojem se nalaze cilindri; sve to pokriva glava motora koja sadrži usisne i izduvne ventile, koji su povezani i simultano rade uz pomoć bregaste osovine. Na kraju, čitav taj rotirajući sklop je povezan sa transmisijom (menjačem), koja prenosi snagu ka točkovima preko diferencijala. Dakle, osnovni sklop i konfiguracija ova dva agregata je prilično slična, ali razliku čini način na koji, ustvari, dolazi do rada osnovnih delova unutar motora. Konkretno, način na koji dolazi do potrebne eksplozije unutar cilindara je u potpunosti drugačiji. Kod benzinskih agregata, kao što smo već videli u ranijim tekstovima, do eksplozije dolazi električnim putem – paljenjem smeše vazduha i benzina pomoću svećica. Ako pričamo o četvorotaktnoj mašini (koja je jedina danas prisutna), svećica će u trecem >taktu<, to jest u fazi SAGOREVANJA, da upali smešu i tako pokrene klip unutar cilindra nadole. Kod dizela takodje imamo dvotaktne i mnogo češce četvorotaktne mašine, ali zato nemamo svećice! Nedostatak svećica dizel motor kompenzuje specificnim karakteristikama dizel goriva, kojeg varnica ne može da upali, ali kombinacija visokog pritiska i vrelog vazduha itekako može. Upravo ovim možemo objasniti veoma visok kompresioni odnos (od 18:1 do čak 25:1) unutar dizel-motora, u odnosu na benzince (od 7,5:1 do 12,5:1). U drugoj, KOMPRESIONOJ fazi dolazi do sabijanja gornjeg dela klipa i glave motora, gde se nalaze ventili (koji su u ovom trenutku zatvoreni) i ubrizgivač goriva. Tako nastaje manji, zatvoreni volumen unutar cilindra (koji klip i deo glave motora obrazuju), u kojem temperatura vazduha dostiže skoro 900 stepeni Celzijusa, a pritisak nivo od čak 1600-2000 bara (skoro 30.000 psi). To je i više nego dovoljno da se dizel gorivo, koje se u tom trenutku ubrizgava u formiranu komoru, zapali i tako načini potrebnu eksploziju. Ostatak procesa se odvija na identičan način kao kod benzinskog motora – klip, logično, ide nadole i tako pokreće čitav sklop ka transmisiji, dok se gasovi, koji su ostali u cilindru kao nus-produkt ove eksplozije, kroz izduvne ventile izbacuju napolje kroz granu auspuha. Dakle, razlika je isključivo u načinu paljenja dizela (ne smeše goriva i vazduha!) unutar cilindra. Sve ostalo čine stvari koje su promenjene usled ovakve, drugačije koncepcije rada i one se tek minimalno razlikuju. Na primer, kako nam kod dizel-mašine ne treba smeša vazduha i benzina, koja se kod benzinskih motora pravi ili putem karburatora ili direktnim mešanjem i zajedničkim ubrizgavanjem (>injection<), dovod samog vazduha u motor (kroz otvor usisnih ventila) je manje važan od dovoda goriva. Iz tog razloga, pedalom gasa ne regulišemo ugao otvaranja >leptira< (koji kod dizela i ne postoji) koji pušta vazduh u motor, već isključivo samo količinu dizel-goriva koja će biti isporučena u datom trenutku. Protok vazduha je manje-više slobodan. Dizel-gorivo se u sam cilindar ubrizgava putem specijalnih ubrizgivača (>injector<), koji su ustvari jedan od najsloženijih, ali i najznačajnijih delova dizel agregata. Oni se nalaze u glavi motora, po jedan iznad svakog cilindra, i zaduženi su za precizno ubrizgavanje goriva u svaki od cilindara. Ovo je krucijalna stvar – jedna od dve najvažnije stavke koje u velikoj meri odvajaju starije i modernije dizele. Pored velikog napretka u koncepciji i samoj izradi ovih ubrizgivača, veliki razvitak ovog tipa motora poslednjih godina je uslovljen i velikom primenom elektronike. Bez odredjenog broja mikroprocesora i senzora, kao i samog glavnog kompjutera (ECU), moderan common-rail dizelaš ne može da funkcioniše. Ali, krenimo redom. Od čega je sve počelo i koji su sve tipovi dizel-agregata do sada primenjivani u automobilskoj industriji?

Već smo spomenuli podelu ovih agregata na dvotaktne i četvorotaktne. To je, u neku ruku, osnovna podela, ali ne i najadekvatnija, jer su dvotaktni motori već odavno odbačeni, barem što se automobilske primene tiče. Dizel motori sa dva takta nalaze primeru u pokretanju veoma velikih stvari. Tako danas imamo najsnažniji dizel-agregat – Wartsila-Sulzer oznake RTA96-C. Ova kompanija proizvodi motore ove kategorije od 6 do 14 cilindara u jednoj liniji i najčešca primena im je pokretanje velikih prekookeansih brodova. Najveći model sa četrnaest cilindara je dugačak preko 27 i širok preko 13 metara, ima ukupnu zapreminu od 25.480 litara i maksimalnu snagu od 108.920 KS! Ukupna težina je negde oko 2300 tona, sama radilica je preko 300, dok je potrošnja pri maksimalnom opterećenju na nivou od 7.500 litara dizel ulja po jednom satu! Sa druge strane, dizeli četvorotaktnog tipa su, dakle, već odavno u primeni i njih delimo na one sa direktnim i one sa indirektnim ubrizgavanjem goriva u cilindre.

8

Indirektni sistemi takodje danas spadaju medju starije tehnologije, ali je upravo ovaj sistem doprineo prvoj većoj popularnosti primene dizela u putničkim automobilima. Jedan od najpoznatijih automobila koji je imao ovakav agregat jeste Volkswagen Golf prve generacije. Model 1,5 D sa indirektnim ubrizgavanjem goriva je bio prvi mali kompakt automobil koji je doživeo opštu popularnost na svetskom tržištu. Sa mizernih 48 KS iz nepunih 1,5 litara radne zapremine, nije obećavao značajnije performanse, ali je bio izuzetno štedljiv i veoma pouzdan. Ovakvi modeli se i dan danas voze kod nas, a proizvodnja 1,5 D modela je počela još sredinom sedamdesetih godina prošlog veka. Motor ovog Golfa nije imao klasične ubrizgivače, već je koristio pretkomoru u kojoj se zapravo dešavalo ubrizgavanje goriva, koje bi se dalje >pripremljeno< ubacivalo u glavnu komoru (cilindar) zajedno sa vrelim vazduhom. Karakteristika ovakvih motora su bile vrlo slabe performanse, ali je u to vreme bilo vrlo pozitivno to što se nivo buke bitno smanjio. Za današnje pojmove, to je i smešno i ne bi sigurno spadalo medju vrline. Sa druge strane, motori sa direktnim ubrizgavanjem danas čine apsolutnu većinu ponude dizel automobila na tržištu. Medju ovim agregatima se takodje izdvaja nekoliko različitih tipova – klasično, >singl< i common-rail direktno ubrizgavanje.

Ono što je zajedničko za sve tipove dizelaša sa direktnim ubrizgavanjem goriva jeste ubrizgivač, koji je direktno postavljen na glavi motora, iznad svakog cilindra po jedan. Razlike izmedju gore nabrojanih varijanti čine oblik i tehnologija samog ubrizgivača, način dopremanja dizel-goriva i lokacija pumpe zadužene za stvaranje pritiska pod kojim se gorivo ubrizgava u komoru (cilindar). Kod klasičnog, prvog modela direktnog ubrizgavanja, sistem je najjednostavniji, ali i najmanje efikasan. Ovi motori su obeležili kraj osamdesetih i početak devedesetih godina i predstavljaju drugu veliku fazu u razvitku dizel-agregata namenjeni putničkim vozilima. Princip je vrlo jednostavan i sastoji se, pre svega, od sistema dovoda goriva, to jest creva, koje gorivo iz samog rezervoara klasičnom pumpom dovodi do agregata. Zapravo, dovodi ga do sledeće pumpe koja je dalje zadužena da napravi potreban pritisak za pravilno ubrizgavanje dizela u komoru. Dakle, iz jedne pumpe se dalje račvaju odvodi goriva pod pritiskom, i to u onom broju koliko odredjeni motor ima cilindara. Za motore sa četiri cilindra – jedna pumpa visokog pritiska i četiri odvoda goriva ka cilindrima. Svaki od tih odvoda je, naravno, povezan sa ubrizgivačem (>injector<) iznad cilindra, putem kojeg dizel-gorivo dospeva u komoru. E sad, veliki uticaj elektronike i mikroprocerske kontrole čitavog sistema se najbolje ogleda u ovom slučaju. Naime, dizelaši su oduvek bili veoma pouzdani, ali se često nakon duže eksploatacije dešava da njihov rad, takt motora, bude poremećen. Ti poremećaji su najviše prouzrokovani mehanički kontrolisanim radom spomenutih ubrizgivača. Već smo rekli da oni rade pod

9

veoma visokim pritiskom koji im obezbedjuje posebna pumpa – to znači da je njihov rad vrlo precizan, brz i da od pravilnog tajminga ubrizgavanja goriva dosta toga zavisi. Mehanički kontrolisan rad, koji je bio karakterističan za ovakve agregate sve do pojave elektronskog sistema sa ECU-om, nije uspevao da stalno bude savršeno naštimovan. Dizeli su, inače, mnogo snažnije konstrukcije od benzinaca; dosta su teži ali i mnogo izdržljiviji. Iz toga proizilazi da je njihov fizički kvar mnogo teže prouzrokovati nego kod benzinskih agregata, uglavnom zbog činjenice da dizel-motor mora da se efikasno izbori sa visokim stepenom kompresije unutar bloka (čitaj: konstantno visok pritisak i visoke temperature). Poremećaji koji su se vremenom javili na starijem dizel agregatu verovatno neće dovesti do nekih velikih kvarova, ali će se javiti veća potrošnja goriva, manjak snage i gust, crni dim iz auspuha. Ako se dizel-gorivo ne sagori na pravi način, dakle u komori odmah nakon KOMPRESIONE faze, po pravilu će uvek doći do ovakvog nepravilnog rada celog motora. Najčešce je problem, kao što smo već spomenuli, u ubrizgivaču koji, zbog neuskladjenog rada mehaničkog sistema kontrole, ne ubacuje gorivo u cilindar u pravom trenutku! Dakle, ubrizgavanje može da kasni (ili porani) koju milisekundu i tako sagori van formirane komore ili čak ubaci više goriva nego što je u trenutku bilo potrebno. Sada je vrlo lako i logično objasniti sve one probleme koji su gore navedeni – veća je potrošnja goriva iz razloga što se gorivo sagori van komore i samim tim nema uticaj na pokretanje klipa unutar cilindra; manjak snage zato što ubrizgivač ne ubaci čitavu količinu goriva namenjenu komori, već to čini i van nje – manje goriva znači i manje snage; i na kraju crni dim predstavlja rezultat upravo ovakvog nepravilnog sagorevanja dizela van komore. Sa pojavom elektronskog sistema kontrole ovog procesa (zamenio mehanički), ovakvi kvarovi su mnogo redji i manjeg efekta. Klasični koncept dizela sa direktnim ubrizgavanjem je, kroz svoju istoriju, koristio i jedan i drugi vid kontrole, pa je tako vrlo lako povući paralelu i videti koliko se električni pokazao boljim.

Za razliku od klasičnog sistema, >singl< princip direktnog ubrizgavanja je doneo još neka poboljšanja u radu agregata ovog dizel-tipa. Ovaj sistem se pojavio mnogo pre najsavremenijeg common-rail-a, ali se i dan danas koristi, gotovo sa identičnom efikašnošću kao i spomenuti. Možda najveći argument koji mogu izneti jeste taj da je upravo ovaj tip motora proslavio Volkswagen-ov koncept TDI (>Turbo Direct Injection<) motora. >Turbo< je sada već odavno prihvaćen termin kod dizelaša u automobilima – to je bio (i dan danas je) najefikasniji način za povećanje ukupne snage i obrtnog momenta dizel agregata. Generalni problem običnog, atmosferskog dizela jesu slab autput i slabe performanse. Rekli smo da su dizeli vrlo robusne i rezistentne mašine, na koje apsolutno nije bio nikakav problem nadograditi turbo-kompresor. Kao što već i govorili u prethodnim tekstovima, turbo-kompresor se nalazi na početku izduvne grane i samu turbinu (koja pospešuje ubacivanje vazduha ka motoru) pokreće dim koji dolazi iz cilindara motora. Za ovakav tip motora to je daleko od bilo kakvog napora, a boljitak je i više nego primetan! Pored spomenutog kompresora, još je bolja varijanta ako je u sistemu prisutan i >intercooler<, koji hladi vazduh posle izlaska iz kompresora. Tako ohladjen, on zadržava svoj visok nivo pritiska, ali se i širi, što doprinosi većoj količini vazduha ka usisnom ventilu. Više vazduha >traži< i više goriva, pa odatle i veća snaga agregata. Tako je npr. prethodni VW Golf IV imao TDI motor od 1,9 litara, sa turbo-kompresorom i snagom od 115 KS. Isti taj motor sa dodatim interkulerom je raspolagao sa 130 KS (Audi A4, Skoda Fabia RS itd.). Beneficije su lako vidljive, zar ne? Medjutim, ovaj princip sa kompresorom i interkulerom je već vidjen i na prethodno objašnjenom tipu klasičnih dizela sa direktnim ubrizgavanjem (npr. Audi 80/Golf II sa 1,6 TD agregatom). U čemu je onda ovde novina u odnosu na prethodni tip? Novina je u novoj postavci sistema dovoda goriva. Više nemamo samo jednu pumpu koja se brine za rad svih ubrizgivača – sada svaki >injector< ima na sebi >nakalemljenu< jednu manju pumpu. I tako za svaki od cilindara. Glavni boljitak ovog sistema jeste u mnogo višem nivou pritiska koji se javlja prilikom ubrizgavanja. Tako se smanjuje fluktuacija pritiska, koja

10

je ranije bila izražena usled distance koje je gorivo ipak trebalo da predje od pumpe do cilindara. Ako su kod klasičnog tipa vrednosti pritiska prilikom ubrizgavanja bile negde izmedju 150 i 400 bara (2210 i 5880 psi), kod novijeg, >singl< tipa one iznose već negde oko 800-1000 bara (11.800-14.700 psi), dok najnoviji agregati TDI >singl< tipa (nem. >pump-duese<) značajno prelaze ove cifre! To nas logično upućuje na činjenicu da sa ovim većim pritiskom u ubrizgivaču imamo i veću preciznost, mogućnost reakcije i samu brzinu ubrizgavanja goriva u komoru. Ovo sve je dovelo i do promena samog >injector<-a, koji je sada dosta složeniji, pa podržava i funkciju ubrizgavanja u dva nivoa. To znači da se u okviru jednog takta, to jest u okviru jedne faze SAGOREVANJA gorivo može ubaciti u komoru i do dva puta. Ovo je jedna od najvažnijih stvari koja je postignuta u novijoj istoriji dizelaša. Zahvaljujući ovoj mogućnosti, dizeli su sada mnogo elastičniji, snažniji i mnogo, mnogo tiši u radu. Sa prvim laganim i drugim potpunim ubrizgavanjem dizel-goriva u okviru jednog takta, postiže se više (manjih) eksplozija u jednoj revoluciji klipa, što je rezultat veće snage i tišeg rada. Na prethodnim tipovima dizel agregata smo upamtili onaj čuveni zvuk, koji je ustvari bio rezultat vrlo izraženih i snažnih eksplozija pod relativno visokim pritiskom unutar motora. Kod TDI motora (>singl< sistema) sada imamo više manjih eksplozija, koje su znatno tiše ali češce, pa odatle nije teško zaključiti odakle novijim dizelima više snage i takva kultivisanost u radu. Volkswagen je forsirao ovaj patentirani princip rada već dugi niz godina i upravo on je jedan od glavnih krivaca ogromne popularizacije dizel automobila na evropskom tlu.

Naravno, ovaj sistem će u Volkswagen-u biti zamenjen ultra-popularnom i modernom common-rail tehnologijom! Ova vrsta direktnog ubrizgavanja je došla kao logičan odgovor na sve strožije EURO norme o izduvnim gasovima. Medjutim, common-rail nije baš toliko nova tehnologija. Njen koncept je začet još u šezdesetim godinama prošlog veka, dok je prva šira upotreba istog započela pre nekih desetak godina. Od tada pa do danas, svet je video tri generacije ovog najsavršenijeg dizel agregata. Najsavršenijeg, iz prostog razloga što je sistem dovoda goriva u cilindre u potpunosti usavršen. Reklo bi se da je za to najzaslužnija elektronika, koja je kod ovih sistema dovedena na jedan izuzetno visok nivo složenosti, broja zavisnih faktora i operacija u sekundi. Za razliku od svih ostalih sistema direktnog ubrizgavanja kod dizel motora, ovaj konkretno koristi jednu istu cev pod visokim pritiskom (engl. >rail<), koja gorivom snabdeva sve cilindre istovremeno. Ugradjena je vrlo snažna pumpa koja je bila zadužena za spomenutu distribuciju, tako da maltene nije ni bilo bitno gde će se i koliko daleko ona nalaziti od samih ubrizgivača. O njenoj snazi najbolje govore podaci o pritisku sa kojim common-rail >injector< barata – od nekih pocetnih 1300 bara (19.150 psi) prve generacije (1997. godina, Alfa Romeo JTD i Mercedes-Benz CDI) pa sve do maksimalnih 2000+ bara (29.400+ psi) kod aktuelnih modela! Naravno, napravljen je pomak i u samom činu ubrizgavanja. Sada >injector<-i, koji su danas vrlo skupi za opravku i zamenu upravo zbog svoje složenosti i apliciranih materijala, mogu da izdrže i ovako visok nivo pritiska i imaju mogućnost do čak tri ubrizgavanja u okviru jednog takta. Ponovo ponavljam kako ovaj pomak doprinosi boljim performansama, mirnijim radom, ali i manjom potrošnjom goriva! Zapravo, potrošnja je najviše uslovljena činjenicom da čitavim common-rail sistemom u potpunosti upravlja kompjuter, koji u svakom trenutku tačno proračunava preciznu količinu goriva koja će biti ubrizgana. Imajući u vidu vrlo precizne ubrizgivače, čiji se prečnik vrha sada bukvalno meri mikronima, nema goriva koje ostane neiskorišćeno na bilo koji način. Medjutim, ovde priča postaje komplikovana za naše uslove. Naime, u Srbiji nemamo ni približno potreban kvalitet dizel-goriva koji bi maksimalno iskoristio sve mogućnosti najnovijih mašina treće generacije common-rail-a. Upravo iz ovog razloga, na primer, Tojota na našem tržištu ne nudi najsnažniji model D-4D Korole Verso, odnosno Avenzisa sa 2,2 litra radne zapremine i 177 KS. Ovo nije usamljen primer, a u budućnosti će ih sigurno biti još dosta. Jednostavno, jedan od najvažnijih uslova pravilnog rada ovakvog tipa motora jeste kvalitetan

11

dizel, sa što više >cetana< (nešto slično >oktanima< kojima rangiramo kvalitet benzinskog goriva). Ali da se vratimo na priču o common-rail-u… Treća generacija ovog sistema donosi mnogo više novina nego što su to učinile prethodne. Naravno, princip je još uvek isti, ali je velika razlika u ubrizgivaču. Njegov vrh se sada, za razliku od prethodnih magnetskih pločica, sastoji iz nekoliko stotina vrlo sitnih >piezo< kristala, čija je glavna karakteristika brzo širenje pri protoku električne energije. Zahvaljujući njima, kontrola protoka goriva nikad nije bila preciznija i lakša. Ako na to nadovežemo i visok pritisak common-rail sistema, dobijamo efikasnu kombinaciju koja doprinosi, pre svega, izuzetno snažnim, novijim dizel agregatima.

Pored ovih novih ubrizgivača, zbog EURO 4 (ali i predstojećih EURO 5) normi o izduvnim gasovima, najnoviji sistemi su morali da poseduju i specijalni partikularni filter. Pričali smo na samom početku ovog teksta o trendu poskupljivanja dizel automobila, pa tako dobar deo tih zasluga upravo pripada ovom filteru. On je specifičan jer bukvalno >upija< sve nepoželjne hemijske sastave izduvnih gasova, koji se kasnije sami razgradjuju. Treba reći da je dizel vrlo ekološki nastrojen tip motora kada je u pitanju emisija CO2 štetnih gasova, medjutim problem je i dan danas zbog izraženijeg ispuštanja nitro oksid i njemu sličnih gasova. Odatle i tolika potreba za ovim novim filterom, koji ne zahteva buduću zamenu ili bilo kakvo održavanje, ali će Vas u startu sigurno koštati nekoliko dodatnih hiljada evra! Naravno, to nikako ne umanjuje pozitivnu sliku o novim common-rail motorima, koji ipak imaju više prednosti nego mana.

Postoji odredjen broj predrasuda koji ljudi zadržavaju znajući starije tipove dizelaša. Sa modernim, common-rail agregatom nećete npr. imati nikakvih problema prilikom startovanja zimi, pri niskim temperaturama, dok su raniji modeli obavezno posedovali posebne grejače sistema pre paljenja. Rad mu je uvek identičan – nema nikakvih perioda >zagrejavanja< ili bilo šta tome slično. Zvuk izražen u dB je danas na nivou benzinskih agregata, pa čak i niži kod nekih modela. O potrošnji je izlišno i govoriti – otprilike na nivou 60% od potrošnje ekvivalentnog benzinskog agregata! Zahvaljujući turbo-kompresorima različitih tipova, i snažniji su od benzinaca, ali samo u rangu do dva litra zapremine motora. Generalno, oni su masivniji, robusniji i, gledajući atmosferske modele, potrebna je mnogo veća zapremina da bi se po snazi pariralo adekvatnom benzinskom motoru. Zato je i režim obrtaja dizela mnogo niži (maksimani obrtni momenat već ispod 2000 obrtaja), što nas konačno ipak dovodi do činjenice da se dizeli generalno teže (fizički) kvare. Realno, TDI će sigurno preći više kilometara od bilo kakvog ekvivalentnog benzinca, mada se u slučaju sa najnovijim common-rail tipovima ipak treba zapitati. Oni operišu sa vrlo velikim pritiskom i mnogo složenijom elektronikom, a još ako uvedemo treću dimenziju u vidu našeg lošijeg dizel-goriva… Vreme će pokazati. Dalje, krase ih sjajna medjuubrzanja (ubrzanja u višem stepenu prenosa), ali zbog vrlo ograničenog ranga obrtaja česte su promene brzina, što na kraju >rasipa< mogućnost snažnog ubrzanja >od nule<. Glavna mana svih dizelaša, a posebno ovih novijih, jeste svakako njihova cena, odnosno isplativost kupovine. Takodje, zvuk dizel motora koliko god da je tih, još uvek ne može da bude u onoj meri >prijatan< kao kod benzinskih agragata. Ukupno gledano, dizel svakako nije motor budućnosti, ali je trenutno u apsolutnom zenitu interesovanja javnosti, sve prouzrokovano sa par revolucionarnih pronalazaka firme Bosch. Ubrizgavanje goriva brzinom od 2400 km/h, za manje od 1,5 milisekundi, minimalne zapremine od 1 kubnog milimetra. To su sve podaci najmodernijih dizel-mašina od kojih, svakako, zastaje dah. Ali koliko je to zapravo u praksi i ekonomski efikasno i efektivno, posebno na našem podnevlju?

12

4. Kontinuirani prenosnici – menjači (CVT)

Kontinuirani prenosnici omogućavaju neprekidnu izmenu vrednosti prenosnog odnosa transmisije ineprekidnu predaju obrtnog momenta na pogonske točkove u formi koja odgovara idealnoj vučnoj karakteristici. Promena obrtnog momenta ostvaruje se u zavisnosti od otpora puta, automatski ili putem dejstva specijalnih mehanizama za regulaciju na prenosnik. Prema tome, kontinuirani prenosnici služe za:

a) kontinuiranu promenu prenosnih odnosa, često i automatsku promenu prenosnog odnosa,b) izmenu prenosnih odnosa po zakonu koji omogućava najbolje vučne i dinamičke karakteristike pri

datoj karakteristici motora,c) ostvarivanju visokog stepena korisnog dejstva u širokom dijapazonu promene eksploatacionih

režima.

Upotrebom kontinuiranih prenosnika dobije se veoma ravnomerno kretanje vozila, pošto se obrtni moment neprekidno dovodi na pogonske točkove, a sa druge strane smanjuje se mogućnost preopterećenja pojedinih delova transmisije, što direktno utiče na njihov vek trajanja. Ako se kontinuirani prenosnici uporede sa stupnjevanim, može se zaključiti da su kontinuirani prenosnici složeniji po konstrukciji i imaju niži koeficijent korisnog dejstva.

Kontinuirani prenosnici mogu zameniti samo spojnicu i menjač obične mehaničke transmisije ili obavljati kompletnu transmisiju. U prvom slučaju kontinuirani prenosnik se naziva kontinuirani menjač, a u drugom kontinuirana transmisija.

Upotreba ovakvih menjača je znatno redja u odnosu na stupnjevane menjače čija je konstrukcija mnogo jednostavnija a samim tim i izrada jeftinija.

Po konstrukciji kontinuirani prenosnici mogu se podeliti na:

- mehaničke kontinuirane prenosnike, - hidraulične prenosnike i - električne prenosnike.

4.1. Mehanički kontinuirani prenosnici

Relativno visok koeficijent korisnog dejstva i širok dijapazon kontinualnog prenosa broja obrtaja, uslovljava veliki broj raznih konstrukcija. Ispitivanja su pokazala da postoji velika mogućnost primene mehaničkih kontinuiranih prenosnika u transmisiji vozila. Mehanički kontinuirani prenosnici mogu se podeliti u dve grupe:

a) prenosnici sa elastičnom vezom, b) prenosnici sa neposrednim kontaktom.

Prenosnici sa elastičnom vezom su takvi prenosnici kod kojih se promena prenosnog odnosa vrši

promenom položaja pokretnog diska gonjenog kaišnika, odnosno prenos između pogonskog i gonjenog kajišnika se vrši klinastim remenom.

Prenosnik sa elastičnom vezom sastoji se od pogonskog agregata sa tegovima i gonjenog agregata sa oprugama. Oba agregata imaju podeljene klinaste remenice, od kojih je jedan deo stabilan a drugi aksijalno pokretan na vratilu, tako da se razmak izmedju remenica može menjati. Na slici 2.1.1 šematski je prikazan frikcioni menjač. Pogonsko vratilo obrće se brojem obrtaja n1. Za pokretni disk pogonskog vratila vezan je centrifugalni regulator koji u zavisnosti od broja obrtaja vrši pomeranje pokretnog diska (z1). Kod gonjenog pokretnog diska zazor se obezbedjuje oprugom (z2).

Pošto dužina klinastog kajiša (l) ostaje u svim uslovima ista to se odnos poluprečnika r1 i r2 uzajamno podešava tako da je odnos r1 / r2 promenljiva vrednost izmedju dve krajnje tačke. Na slici 2.1.1 prikazani su krajnji položaji pogonskog diska. Prenosni odnos se računa iz izraza:

13

Slika 2.1.1. Frikcioni menjač sa osnovnim elementima i prostornom semom.

i=r2

r1

gde su r1 i r2 – trenutne vrednosti poluprečnika remenica na kojima se nalazi kaiš, a odredjeni su neutralnim linijama poprečnog preseka kaiša.

Minimalne i maksimalne vrednosti prenosnog odnosa odredjene su izrazima:

imin=r 2min

r 1max i imax=

r 2max

r1min

Kao najkarakterističniji prenosnik sa elastičnom vezom može se uzeti menjač DAF – variomatik prikazan na slici 2.1.2.

Slika 2.1.2. Mehanički kontinuirani menjač (prenosnik) sa elastičnom vezom (DAF – variomatic).

Obrtni moment se dovodi preko vodećeg vratila (1) glavnog prenosa i istovremeno se predaje na dva konusna zupčanika (8), od kojih jedan omogućava kretanje napred a drugi vožnju unazad. Zupčanici su

14

postavljeni u kućištu i oslonjeni na dva kuglična ležaja. Uključivanje zupčanika (8) sa poluosovinama ostvaruje se pomoću ogrlice (7). Na vanjskim krajevima poluosovina postavljeni su vodeći konični diskovi (6) koji su zupčastim remenovima povezani za vodjene konusne diskove koji su vezani sa pogonskim točkovima. Regulisanje prenosnog odnosa je automatsko. Pri povećanju broja obrtaja motora, centrifugalna sila koja se javlja pri obrtanju tereta (3) vrši pomeranje pokretnog konusnog diska ka nepokretnom. Ovo izaziva premeštanje pogonskog remena od centra ka periferiji i smanjuje prenosni odnos transmisije.

Ako brzina vozila počinje da opada, npr. kao posledica povećanih otpora, tada dolazi do razdvajanja pogonskih diskova, a samim tim i do povećanja prenosnog odnosa transmisije. Frikcioni prenosnici sa neposrednim kontaktom sastoje se od dve toroidalne prirubnice (pogonske i gonjenje) izmedju kojih se nalaze dva do tri diska (kotrljajna tela). Promena prenosnog odnosa vrši se promenom položaja osa diskova. Sa ovakvim prenosnikom može se ostvariti prenosni odnos i do 10. Idejna šema ovakvih prenosnika sa dva različita rešenja kotrljajnog tela data je na sl. 2.1.3.

Slika 2.1.3. Frikcioni prenosnici sa neposrednom kontaktom.

4.2. Hidraulični kontinuirani prenosnici

Po principu radnog procesa hidraulični prenosnici (menjači) se dele na:

- hidrodinamičke i - hidrostatičke.

Kod hidrodinamičkih prenosnika najveći značaj ima brzina kretanja tečnosti (ulja) unutar prenosnika,

pošto se prenos (kod hidrodinamičke spojnice) ili transformacija obrtnog momenta (kod hidrodinamičkog menjača – transformatora) obavlja na račun iskorišćenja kinetičke energije tečnosti. Znači, hidrodinamički prenosnik koji ima svojstvo da automatski i kontinuirano menja dovedeni obrtni moment u odredjenim predelima naziva se hidrodinamički menjač ili hidrotransformator. Hidrotransformator je šematski prikazan na slici 2.2.1. Sastoji se iz tri kola sa lopaticama i to kola pumpe (P), kola turbine (T) i sprovodnog aparata (SA) koji obrazuju zatvoreni krug cirkulacije tečnosti.

Lopatice radnih kola nisu kao kod hidrodinamičke spojnice ravne nego su zakrivljene ali tako da omogućavaju minimalne gubitke energije pri protoku tečnosti sa jednih lopatica na druge. Za povećanje obrtnog momenta, dovedenog od motora menjaču neophodno je na njegovoj turbini ostvariti dopunski moment. Ovo se ostvaruje kolom sprovodnog aparata (SA) koje povećava brzinu strujanja fluida na ulazu u pumpu. Efekt povećanja obrtnog momenta kroz sprovodni aparat ostvaruje se jer lopatice sprovodnog aparata imaju suprotnu zakrivljenost od lopatica turbine, tako da se pri prolazu tečnosti stvara reaktivno dejstvo. U sprovodnom aparatu česticama tečnosti ponovo se vraća izgubljena kinetička energija u turbini, odnosno ponovo se povećava moment količine kretanja fluida.

15

2.2.1. Sema hidrodinamičkog transformatora.

Radi boljeg sagledavanja izgleda i konstrukcije hidrodinamičkog transformatora na slici 2.2.2 dat je delimični presek istog sa označenim najvažnijim detaljima.

Slika 2.2.2. Hidrodinamički kontinirani prenosnik.

Sprovodni aparat je nepokretan i vezan je za kućište transformatora. Postoje i rešenja gde se sprovodni aparat veže za pumpu i u tom slučaju hidrodinamički transformator prelazi u hidrodinamičku spojnicu. Hidrostatički prenosnik kod koga se prenos obrtnog momenta sa pogonskog na gonjeni agregat vrši pomoću tečnosti u jednom zatvorenom sistemu, prikazan je šematski na slici 2.2.3.

16

Slika 2.2.3. Hidrostatički prenosnik.

Sistem se sastoji od: pumpe (1), motora (4), cevovoda (2, 5), prelivnog voda (6), regulacionih ventila (7, 11, 12), rezervoara (8), napojne zupčaste pumpe (9) i filtera (10).

Postoji više varijanti postavljanja hidrostatske transmisije na vozilo. Na slici 2.2.4. je prikazano par varijati ugradnje hidrostatičke transmisije na vozilu.

Slika 2.2.4. Varijante ugradnje hidrostatičke transmisije na vozilu.

Prva varijanta (sl. 2.2.4. a)) prikazuje hidrostatički prenosnik koji ima funkciju menjača. Hidrostatički prenosnik sastoji se od hidropumpe i hidromotora. Postavljen je uz motor kao jedan blok. Obrtni moment se prenosi preko kardanskog vratila na glavni prenos a zatim na poluosovine.

Druga varijanta (sl. 2.2.4. b)) sastoji se od jedne hidropumpe, a broj hidromotora zavisi od broja pogonskih točkova. Ovde hidrostatički prenosnik igra ulogu transmisije. Prikazan je slučaj pogona na sva četiri točka.

Osnovni nedostatak hidrostatičkih prenosnika je nizak stepen korisnog dejstva.

17

4.3. Električni kontinuirani prenosnici

Rad električnih prenosnika bazira se na varijaciji obrtnog momenta generatora koji dobija pogon od motora sa unutrasnjim sagorevanjem.

Veoma važna svojstva električnih prenosnika su: unutrašnji automatizam bestepenog regulisanja vrednosti obrtnog momenta, veoma su pogodni za ugradnju, imaju mogućnost za jednostavan prenos snage, ravnomernu promenu obrtnog momenta, lagano upravljanje i mogućnosti kočenja vozila korištenjem električne energije. Najširu primjenu od svih električnih prenosnika imaju prenosnici koji dejstvuju pri konstantnoj jačini električne struje (generator – vučni elektromotor).

Način prenosa obrtnog momenta na pogonske točkove prikazan je na slici 2.3.1. gdje je:

M – motor sus, GES – generator za proizvodnju istosmerne ili naizmenične struje, KB – komandni blok, EM – elektromotor, PT – pogonski točak

Slika 2.3.1. Šema električnog kontinuiranog prenosnika.

Na slici 2.3.1. prikazan je električni prenosnik kod koga su vučni motori (EM) postavljeni direktno uz pogonske točkove.

Automatizam promene obrtnog momenta odvija se na sledeći način: pri promjeni spoljnih otpora kretanja menja se i obrtni moment na vratilu elektromotora, usled čega se menja i jačina struje kojom generator napaja vučni motor.

18