Motori SUSMotor je uredjaj koji u lancu transformacije energije stvara rad, pa zato sva postrojenja i svi uredjaji koji se krecu ili vrse rad morau imati motor. Pri tome se zakon o odrzanju energije (energija je kao mera kretanja neunistiva; ona ne moze da se trosi i da nestane, ona samo menja oblik pa moze iz viseg oblika da predje u nizi, tj da se degradira ) ne sme izgubiti iz vida. Zavisno od broja karika u lancu transformacije primarne energije radi stvaranja rada motore mozemo podeliti na: Motore koji rad stvaraju u jednostepenoj transformaciji energije Motore koji rad stvaraju u vise stepeni (karika) transformacije energije u energiju okoline U prvu grupu spadaju toplotni i hidraulicki motori, dok u drugu grupu spadaju elektricni, pneumatski, inercioni, s akumulatorima potencijalne energije Kod toplotnih motora, transformacija primarnog oblika energije u unutrasnju energiju je pracena stvaranjem toplote i rada u jednom stepenu SUS (sa unutrasnjim sagorevanjem ), ili u dva stepena SSS (sa spoljasnjim sagorevanjem). Polazni oblik energije je hemijska energija sadrzana u gorivu, ona se sagorevanjem pretvara u unutrasnju energiju radnog tela (proces transformacije je pracen oslobadjanjem toplote) koja se daljom transformacijom uz pretvaranje dela toplote u rad (pri promeni zapremine radnog tela u kruznom ciklusu) u radnoj masini pretvara u unutrasnju energiju okoline. U motore SSS spadaju parne turbine i parne klipne masine. Pogodnosti ovih motora su jednostavnost konstrukcije, rukovanja i odrzavanja, a posebna pogodnost je koriscenje goriva sirokog spektra kvaliteta bez posebno izrazenih zahteva u pogledu karakteristika. Zavisno od postupka transformacije unutrasnje energije produkata sagorevanja u unutrasnju energiju okoline motori SUS se dele u 2 grupe, u tzv. strujne motore i motore promenljive zapremine radnog prostora. Glavni predstavnik strujnih motora je gasna turbina, a ovde se mou svrstati i mlazni raketni motori. Njihova osnovna karakteristika je da se rad ostvaruje na racun kineticke energije produkata sagorevanja koji ekspandiraju iz gorionika u vidu mlaza koji se zatim koristi za stvaranje bilo pogonskog potiska, bilo obrtnog momenta na izlaznom vratilu. Osnovne prednosti ovih motora su: jednostavnost, mali broj delova, mala masa i gabariti, velika specificna snaga. Sa druge strane, mana ovih motora je nedovoljnoo visok stepen korisnosti. Zbog svega ovoga ovaj pogon se koristi pre svega u domenu vecih eksploatacionih snaga, tako da u avio saobracaju dominira mlazni pogon, dok se gasna turbina koristi za veca termoenergetska postojenja i vece brodske pogonske masine kao i za turboelisne avio motore. Drugi nacin dobijanja rada je koriscenje unutrasnje energije radnog tela na racun ekspanzije u promenljivoj zapremini radnog prostora. Promenljivost radne zapremine se postize primenom klipnog mehanizma. Tada se u radnom prostoru realizuje citav radni ciklus; izmena radne materije, sabijanje, sagorevanje i sirenje. Pri tom proces sagorevanja raje samo jedan manji deo ukupnog trajanja ciklusa, pa

1. Definicija motora, znacaj motor SUS i oblast primene

je tad pri umerenim srednjim temperaturama ciklusa moguce raditi sa veoma visokom maksimalnom temp. procesa. To je osnovni razlog sto se kod motora SUS sa klipnim mehanizmom moze ostvariti znatna razlika izmedju max i min temperature radnog tela u ciklusu, cime se postize ukupna visoka ekonomicnost motora. Motori SUS sa klipnim mehanizmom imaju niz prednosti zbog cega su nezamenljivi pogonski agregati u automobilima, radnim masinama, lokomotivama, camcima Tokom razvoja motora realizovane su razlicite varijante klipnih motora SUS koje su sa obzirom na svoje osobenosti nasle primenu u razlicitim oblastima transporta, industrije, poljoprivrede, mehanizacije Te varijante su se usavrsavale i dostigle odredjene specificnosti prilagodjene zahtevima primene, tako da je moguce izvrsiti neke podele klipnih motora SUS. Prema nameni klipni motori SUS se dele na: Stacionarne (primenjuju se na generatorima elektricne struje, pumpama za polivanje) Transportne (ugradjuju se u lokomotive, automobile, traktore, avione, camce, brodove) Prema vrsti primenjenog goriva klipni motori SUS dele se na: Motore koji koriste laka tecna goriva (benzin, kerozin) Motore koji koriste teska tecna goriva (dizel, mazut) Motore koji koriste gasna goriva (zemni gas, tecni naftni gas) Konstruktivna koncepcija i karakteristke klipnih motora SUS su prevashodno odredjene osobinama goriva. Postojanje neke vrste goriva uzrokuje i adekvatnu konstrukciju motora koji ce koristiti to gorivo. Kako se iz nafte dobijaju benzin i dizel gorivo, danas postoje OTO motori koji koriste benzin i dizel motori koji trose dizel gorivo. Prema nacinu pripremanja smese za sagorevanje klipni motori SUS dele se na: Motore sa spoljasnjim obrazovanjem smese Motore sa unutrasnjim obrazovanjem smese U ovoj podeli spoljasnja priprema smese podrazumeva da se smesa za sagorevanje (mesavina goriva i gasova) priprema spolja, van cilindra motora, u posebnom uredjaju. To su OTO motori sa karburatorom, mesacem za gas ili ubrizgavanjem benzina u usisni sistem. Kod motora sa unutrasnjom pripremom smese za sagorevanje u toku usisavanja u cilindre ulazi cist vazduh, a smesa za sagorevanje se priprema posle sabijanja neposredno pre i u toku sagorevanja, kada se u cilindar pod visokim priiskom ubrizgava odredjena kolicina goriva. Prema nacinu upaljenja smese klipni motori SUS dele se na: Motore sa stranim upaljenjem smese Motore sa samopaljenjem smese goriva i vazduha usled visoke temperature U prvu grupu spadaju OTO motori koji imaju posebne sisteme a stvaranje stranog izvora upaljenja smese varnica na elektrodama svecice koja se

2. Podela motora SUS

nalazi u komori za sagorevanje. Varnicu stvara sistem za paljenje. U drugu grupu motora SUS spadaju dizel motori koj nemaju sistem z a paljenje, ali zato moraju imati velike stepene kompresije radi stvaranja dovoljno visokih temperatura smese na kraju sabijanja. Vrednosti temp. smese na kraju sabijanja moraju prevazilaziti temperaturu samopaljenja smese. Prema nacinu ostvarenja radnog ciklusa klipni motori SUS dele se na: Jednotaktne sa i bez nadpunjenja Dvotaktne sa i bez nadpunjenja Trotaktne sa i bez nadpunjenja Cetvorotaktne sa i bez nadpunjenja Pod jednim taktom podrazumevamo jedan hod klipa od SMT do UMT ili obrnuto, odnosno jedan poluobrtaj kolenastog vratila. Kod jednotaktnih motora se citav radni ciklus u cilindru motora ostvari za jedan takt jedan poluobrtaj kolenastog vratila. Kod dvotaktnih motora radni ciklus se zavrsava za dva takta za jedan pun obrtaj kolenastog vratila. Kod trotaktnih motora za obavljanje radnog ciklusa potrebna su tri hoda ili tri poluobrtaja kolenastog vratila, dok kod cetvorotaktnih motora radni ciklus se ostvari za dva puna obrtaja kolenastog vratila, odnosno cetiri takta. Prema nacinu regulisanja pri promeni opterecenja klipni motori SUS dele se na: Motore sa kvalitativnim nacinom promene opterecenja Motore sa kvantitativnim nacinom promene opterecenja Motore kod kojih se opterecenje menja kombinacijom prethodna dva nacina U prvu grupu motora spadaju dizel motori kod kojih se snaga menja tako sto se u priblizno istu kolicinu vazduha na kraju sabijanja ubrizgava razlicita kolicina goriva. Povecanje snage se ostvaruje ubrizgavanjem vece kolicine goriva i obrnuto. Pri tom se menja koeficijent kolicine vazduha kvalitet smese sto je i uzrok ovakvom nazivu kvantitativni nacin promene opterecenja. U drugu grupu spadaju OTO motori koji zbog prirode procesa sagorevanja mogu da rade samo u malom intervalu promene koeficijenta kolicine vazduha, pa se kod njih snaga menja promeneom kolicine smese koja ulazi u cilindar pri priblizno const odnosu goriva i vazduha kvalitetu. U trecu grupu spadaju tzv hibridni motori koji snagu menjaju promenom i sastava i kolicine smese. Prema konstrukciji klipni motori SUS dele se na: Klipne motore sa pravolinijskim kretanjem klipova Klipne motore sa rotacionim kretanjem klipa Wankel motori Prema vrsti sistema za hladjenje klipni motori SUS dele se na: Motore SUS hladjene tecnostima Motore SUS hladjene vazduhom Motore SUS sa kombinovanim hladjenjem (glava motora se hladi tecnoscu, a blok vazduhom Porsche 959)

3. Osnovni delovi i princip rada cetvorotaktnog OTO i Diesel motora1 glava motora 2 cilindar 3 gornji deo kartera 4 donji deo kartera 5 kolenasto vratilo 6 klipnjaca 7 klip 8 usisni ventil 9 bregasto vratilo usisnih ventila 10 izduvni ventil 11 bregasto vratilo izduvnih ventila 12 svecica kod OTO motora, brizgaljka za gorivo ko DIESEL motora

Pored ovih delova kod OTO motora u usisnom sistemu imamo i karburator ili sistem za ubrizgavanje benzina u usisnu cev. Za paljenje smese motor je snabdeven sistemom za paljenje i svecicom koja je smestena u glavi cilindra. Za razliku od OTO motora, Diesel motor nema ni karburator ni sistem za paljenje. Umesto toga on ima sistem za ubrizgavanje, a u glevi cilindra umesto svecice ima brizgac goriva. Hod motora S je rastojanje od SMT do UMT Radna zapremina Vh je ona zapremina koju klip prebrise pri svom kretanju od SMT do UMT, a ona se jos naziva i hodna zapremina. Opis rada cetvorotaktnog OTO motora Jedan takt je faza koja odgovara obrtanju kolenastog vratila od 180 stepeni, odnosno pomeranju klipa od SMT do UMT. Prvi takt usisavanje; pocinje kada se klip nalazi u SMT i traje sve dok klip ne dodje u UMT. U toku kretanja klipa od SMT ka UMT u cilindru se povecava zapremina i smanjuje se pritisak ispod pritiska okoline. Posto je usisni ventil otvoren u toku ovog takta u cilindar ulazi smesa goriva i vazduha. Drugi takt sabijanje; na dalje se klip krece od UMT ka SMT. Pri tom kretanj klipa dolazi do smanjenja zapremine u cilindru, a kako su i usisni i izduvni ventili zatvoreni, dolazi do porasta pritiska svezeg punjenja koje se nalazi u cilindru. Pri kraju ovog takta, kada se klip nalazi blizu SMT, varnica na svecici

inicira paljenje i sagorevanje smese koje ce se obaviti u blizini SMT. Tako sagorevanje nije poseban takt, vec samo faza izmedju 2. i 3. takta. Treci takt sirenje; zbog zagrevanja dolazi do naglog povecanja pritiska i temperature gasova u ciindru, tako da pritisak gasova gura klip od SMT do UMT i ovo je jedina faza koja se zavrsava kada klip dodje u UMT. Cetvrti takt izduvavanje; sada se klip krece od UMT ka SMT i ispred sebe gura sagorele gasove napolje kroz otvoren izduvni ventil. Ovaj takt se zavrsava u SMT kada se zatvara izduvni ventil, a otvara se usisni ventil da bi se poceo novi ciklus. Opis rada cetvorotaktnog Diesel motora Prvi takt usisavanje; ovaj takt se odvija isto kao i kod cetvorotaktnog OTO motora pri kretanju klipa od SMT do UMT samo sto ovde kroz otvoren usisni ventil ulazi samo cist vazduh. Drugi takt sabijanje; identican kao kod OTO motora, u toku ovog takta kretanjem klipa od UMT ka SMT ostvaruje se sabijanje vazduha i povecanje pritiska i temperature. Ovde je neopjodno da se pri kraju sabijanja ostvari dovoljno visoka temperatura vazduha unutar cilindra, da kada se u cilindar kroz brizgac ubrizga gorivo u sabijeni vazduh, dodje do samopaljenja goriva i sagorevanja. I kod Diesel motora kao i kod OTO motora sagorevanje je faza izmedju sabijanja i sirenja. Treci takt sirenje; potpuno identican kao kod OTO motora Cetvrti takt izduvavanje; potpuno identican kao kod OTO motora.

Osnovna razlika dvotaktnih motora u odnosu na cetvorotaktne je u procesu izmene radne materije. Osnovna podela dvotaktnih motora je u pogledu ispiranje kucice gde razlikujemo motore sa ispiranjem kroz kucicu i motore sa kompresorom. 1 cilindar 2 kucica 3 kolenasto vratilo 4 klipnjaca 5 klip 6 usisni kanal (uk) 7 prelivni kanal (pk) 8 izduvni kanal (ik) 9 svecica kod OTO motora, brizgac kod dizel motora

4. Osnovni delovi i princip rada dvotaktnog OTO i Diesel motora

Kod OTO motora postoji jos i karburator na uisnom vodu. Princip rada: Kod cetvorotatnih motora proces izmene radne materije traje jedan obrt kolenastog vratila ili citava dva hoda klipa. U teznji da se proces izmene radne materije skrati nastali su dvotaktni motori kod kojih se proces izmene radne materije obavlja samo u jednom hodu klipa u blizini UMT. Kod dvotaktnih motora nema taktova usisavanja i izduvavanja, vec postoje samo taktovi sabijanja i sirenja. Proces izmene radne materije je faza koja se odvija u okolini UMT, tj na kraju sirenja i na pocetku sabijanja. I takt sabijanje; pre pocetka ovog takta produkti sagorevanja od prethodnog ciklusa su izasli kroz izduni kanal, a u cilindar je uslo sveze punjenje kroz prelivni kanal. Stvarno sabijanje pocinje tek tada, tj kada klip svojim celom zatvo ri pk i ik. Na dalje u cilindru raste pritisak i temperatura i pri kraju sabijanja u blizini SMT, kod OTO motora varnica izmedju elektroda svecice pali smesu, dok se kod dizel motora u tom trenutku ubrizgava gorivo i pocinje sagorevanje koje se odvija u blizini SMT. Paralelno sa sabijanjem u cilindru se odvija povecanje zapremine u kucici ispod klipa sto dovodi do pada pririska i ulaska svezeg punjenja u kucicu kroz usisni kanal. II takt sirenje; posle sagorevanja gasovi pritiskom guraju klip od SMT ka UMT. Klip zatvara usisni kanal pa usled toga dolazi do porasta pritiska i temperature svezeg punjenja. Kada klip otvori izduvni kanal dolazi do izduvavanja, a kada se otvori prelivni kanal sveze pinjenje iz kucice se preliva u cilindar i ispred sebe potiskuje sagorele gasove. Na ovaj nacin se odvija izmena radne materije.

5. Radni ciklus motora SUS.Def zancaj poznavanja i vrste radnih

ciklusa

Ukupan proces transformacije hemijske energije goriva u toku stvaranja para u motorima SUS je pracen nizom veoma slozenih fizicko-hemijskih toplotnih pojava koje se cesto vremenski preklapaju i koje sve skupa obuhvatamo imenom RADNI CIKLUS MOTORA. Od karaktera odvijanja radnog ciklusa i njegovih pojedinih faza zavise izlazni parametri motora, snaga, potrosnja goriva, toksicnost izduvnih gasova, buka Vrste radnih ciklusa SUS su: I realni stvarni ciklus u motorima SUS II uvodjenjem maximalnih uproscenja dobijaju se idealni ciklusi koji se mogu opisati jednostavnim matematickim izrazima i predstavljaju granicne termodinamicke cikluse sa najvecim stepenom korisnosti i najvecim specificnim radom. III proracunski ciklusi se nalaze izmedju prethodna 2. Ukoliko podrazumevaju veliki broj uproscenja, blizi su granicnim termodinamickim ciklusima, dok su u suprotnom blizi realnim ciklusima.

6. Termodinamicki ciklusi motora

Pod termodinamickim ciklusima motora podrazumevamo granicne termodinamicke cikluse, tj maksimalno uprostene stvarne radne cikluse motora SUS. To su kruzni, zatvoreni, povratni ciklusi koji su definisani uvodjenjem sledecih pretpostavki: Specificne toplote radne materije su konsantne U ciklusu ne postoje nikakvi gubici osim onih koji su po II zakonu termodinamike povezani sa predajom dela toplote toplotnom ponoru Stvarni proces sagorevanja je zamenjen procesom dovodjenja toplote radnoj materiji koji se odvija pri odredjenim promenama stanja

Poseban znacaj ovih ciklusa se ogleda u mogucnosti definisanja uporednih ili ekvivalntnih ciklusa stvarnim ciklusima motora SUS. Da bi neki ciklus bio uporedan odredjenoj vrsti motora potrebno je da ispuni sledece uslove: Da sadrzi iste faze ciklusa i isti redosled njihovo g odvijanja kao i stvarni ciklus motora Da se ciklus odvija u istim granicama zapremine Da se dovodjenje toplote radnoj materiji vrsi pri promenama stanja koje najvise odgovaraju karakteru stvarnog sagorevanja kod motora i pri tome dovedu ekvivalentnu kolicinu toplote po jedinici radne materije Isti pritisak i temperatura i izabranoj referentnoj tacki

7. Parametri ekonomicnosti TD ciklusa. Izvodjenje TD stepena

korisnosti i analiza uticajnih velicina

Parametar koji se koristi za ocenu ekonomicnosti TD ciklusa je stepen korisnosti ciklusa. Stepen korisnosti TD ciklusa je Izvodjenje za kombinovani ciklus, posto je on opsti jer se u specijalnim slucajevima iz njega izvode OTO i Dizel ciklus (masa radnog tela je 1kg) Ukupna dovedena toplota Dovedena toplota po izohori Dovedena toplota po izobari

Odvedena kolicina toplote Potrebno je odrediti sve temperature od T1 do T5 preko jednacina pojedinih procesa. Na delu ciklusa od tacke 1 do tacke 2 imamo izentropsko sabijanje gde je gde je eksponent adijabate stepen kompresije

Na delu ciklusa od tacke 2 do tacke 3 imamo izohorsko dovodjenje toplote gde je toku dovodjenja toplote pri V=const. Na delu ciklusa od tacke 3 do tacke 4 imamo izobarsko dovodjenje toplote gde je prethodnog sirenja Na delu ciklusa od tacke 4 do tacke 5 imamo izentropsko-adijabatsko sirenje koeficijent (stepen) stepen porasta pritiska u

- koeficijent stepena sirenja ekspanzije

(V5 =V4 ; V2 =V3)

U slucaju Dizelovog ciklusa imamo p2 =p3

U slucaju OTO-vog ciklusa imamo V3 =V4

OTO ciklus Dizel ciklus Kombinovani ciklus Poredjenje granicnih termodinamickih ciklusa po ekonomicnosti Pocetni uslovi : 1. Indenticni parametri stanja u tacki 1 2. Indenticna dovedena kolicina toplote Q d=const

Granicni uslov OTO ciklusa

8. Parametri efikasnosti TD ciklusa. Analiza uticajnih velicina i dijagramski prikaz TD ciklusa za razna opterecenjaParametar koji se koristi za ocenu efikasnosti TD ciklusa je specificni rad (srednji pritisak) ciklusa.

Termin srednj pritisak ciklusa pt je pogodno koristiti u slucaju graficke interpretacije specificnog rada. U skladu sa time u literaturi se srednji pritisak definise kao i zamisljeni konstantni pritisak koji bi delujuci na celo klipa u toku jednog hoda dao isti rad koji daje stvarni promenljivi pritisak u toku citavog ciklusa.

Prema osnovnim principima i jednacinama termodinamike, ukupan rad ciklusa Lt se moze predstaviti kao algebarski zbir radova pojedinih procesa promene stanja iz kojih se ciklus sastoji:

gde je

ukupan koristan rad sirenja rad koji se trosi na adijabatsko sabijanje

Specifican rad ciklusa se takodje moze odrediti i iz jednacine stepena korisnosti

Kombinovani ciklus Dizel ciklus OTO ciklus

Oto ciklus

Dizel ciklus

Kombinovani ciklus

9. Granicni ciklusi po stepenu korisnosti i po specificnom raduCiklus sa najvecim stepenom korisnosti je Carnot-ov ciklus

Ciklus sa najvecim specificnim radom je takozvani p-V-Qv ciklus

10. Analiza uopstenog termodinamickog ciklusa U klasicnim motorima se realizuje ciklus 1-2-3-4-5-1. Izvesno produzenje sirenja (kao jedinog korisnog radnog takta) povecava stepen korisnosti i tada se realizuje ciklus 1-1-2-3-4-5-1.

Dalje produzenje sirenja do pritiska okoline daje max termodinamicki stepen korisnosti cime se realizuje ciklus 5-1-1-2-3-4-5-5. Za realizaciju ovog ciklusa portebni su slozeni motorski mehanizmi koji imaju vece mehanicke gubitke od dobitaka koji se dobijaju ovim produzenjem sirenja. Produzeno sirenje je bolje ostvariti u turbini 5-5 koja goni kompresor za prethodno sabijanje radnog tela 1-1. Na ovaj nacin imamo istovremeno povecanje ekonomicnosti (produzeno sirenje u turbini) i povecanje efikasnosti (povecana kolicina i pritisak radne materije na pocetku sabijanja) uz smanjenje zapremine. Radi uproscenja konstrukcije cesto se koristi sistem nadpunjenja sa konstantnim pritiskom ispred turbine. U tom slucaju imamo proces sa konstantnim pritiskom ispred turbine. U tom slucaju imamo proces 1-t-t-g-1-1 koji se realizuje u turbini i proces 1-2-3-4-5-1 koji se odvija u motoru. Dalje povecanje specificnog rada bez povecanja opsega temperatura moguc je na racun hladjenja sabijenog vazduha u kompresoru neposredno pred njegov ulazak u cilindre motora.

11. Proracunski ciklusi u motorima SUS Osnovna razlika proracunski ciklusa u odnosu na granicne TD cikluse je politropsko odvijanje procesa sabijanja i sirenje.

Znacaj ovg ciklusa je u dobijanju realnih zakljucaka pri analizi procesa sagorevanje realnih motora kod kojih postoje gubici toplote u toku sabijanja i sirenja.

Uticaj stepena kompresije na deo toplote dovedene na izohorskom i izobarskom delu procesa

U starijoj literaturi u proracunskim ciklusima za dizel motore je korisceno kombinovani dovodjenje toplote, dok je za proracun OTO motora korisceno cisto izohorsko dovodjenje toplote. Iz prethodne analize se moze zakljuciti da i pri proracunu OTO motora treba koristiti proracunski ciklus sa kombinovanim dovodjenjem toplote. Proracunski ciklus Grinvecki-Mazing

U toku usisavanja i sabijanja radno telo je vazduh (ili vazduh i pare goriva), u toku sagorevanja radno telo je mesavina vazduha i produkata sagorevanja i u toku sirenja i izduvavanja radno telo su produkti sagorevanja. Specificne toplote radnog tela su promenljive pri promeni temperature (linearne funkcije) Sagorevanje nije potpuno, postoje disocijacija produkata sagorevanja kao i gubici toplote u toku sagorevanja (koeficijent iskoriscenja toplote u toku sagorevanja).

12.Stvarni ciklus u motorima SUS

14. Definicija i izvodjenje stepena punjenja cilindra motora SUS.

Analiza uticajnih velicina na stepen punjenja.

Stepen punjenja predstavlja odnos izmedju kolicine svezeg punjenja M S koja stvarno udje u cilindar motora i one kolicine svezeg punjenja koja bi teotijski mogla da stane u radnu zapreminu cilindra pri uslovima okoline (p0 T0 ) ova definicija vazi za motore bez nadpunjenja.

dvotaktni motor

Stepen punjenja u prakticnim proracunima moze korisno da posluzi za odredjivanje kolicine vazduha koja stvarno udje u cilindar motora u toku procesa punjenja: Treba napomenuti da stepen punjenja daje ocenu samo unutrasnjih svojstava motora, bez ocene spoljasnjeg stanja sredine koja pokazuje samostalni uticaj na punjenje motora sto znaci da pri istoj vrednosti stepena punjenja promenljivi parametri okline znatno mogu da menjaju punjenje motora.

Izvodjenje jednacine stepena punjenja pri zanemarivanju dopunjavanja cilindra (usisni ventil se zatvara tacno u UMT). Ukupna kolicina radne materije (sveza smesa i zaostali produkti sagorevanja) na kraju hoda usisavanja pod uslovima p1 , T1:

Teorijska kolicina koja moze da stane u cilindar pod uslovima okoline

Cetvorotaktni motori bez nadpunjenja

Dvotaktni i cetvorotaktni motori sa nadpunjenjem

Uticajne velicine na stepen punjenja Stepen sabijanja Iz izraza za stepen pujnjenja moze se videti da povecanje stepena sabijanja dovodi do smanjenja stepena pumnjenja. Medjutim u praksi je poznato da povecanje stepena sabijanja povoljno utice na punjenje cilindra motora. Ovo se objasnjava time da stepen punjenja utice na koeficijent zaostalih produkata sagorevanja - koji ima znacajan uticaj na . Naime sa povecanjem stepena sabijanja smanjuje se (smanjuje se parcijalna zapremina zaostalih produkata sagorevanja), a sa smanjenjem dolazi do veceg povecanja nego sto je smanjenje usled porasta stepena sabijanja. Na osnovu ovoga mozemo zakljuciti da ipak sa povecanjem stepena sabijanja raste i .

Odnos pritisaka

i

(stepen pada pritiska u toku usisavanja)

Ukoliko je ovaj odnos veci utoliko je veci i stepen punjenja. Ovaj odnos je u direktnoj vezi sa aerodinamicnim otporima u usisnom sistemu Odnos temperatura ,

Povecanje ovog odnosa dovodi do povecanja , odnosno snizenje T1 dovodi do povecanja . Uticaj na T1 a time i na u znatnoj meri ima porast temperature svezeg punjenja pri dodiru sa zagrejanim delovima motora. Sa povecanjem raste T1 , a samim tim opada .

Koeficijent zaostalih produkata sagorevanja U znatnoj meri utice na . Sa porastom dolazi do opadanja . Vrednost kod cetvorotaktnih motora u najvecoj meri zavisi od i odnosa pritisaka . Pored navedenih faktora na stepen punjenja uticu jos i dopunjavanje cilindra i velicina ugla preklapanja ventila. Uticaj dopunjavanja cilindra i preklapanja otvaranja ventila - koeficijent dopunjavanja cilindra - koeficijent koji karakterise preklapanje otvaranja usisnog i izduvnog ventila

Stepen punjenja sa dopunjavanjem

Na najvise uticu vrednosti ugla kasnijeg zatvaranja usisnog ventila i broj obrtaja motora. Koeficijent ciscenja komore za sagorevanje pri preklapanjui otvora usisnog i izdunvog ventila

Vr-zapremina zaostalih produkata sagorevanja pri pr i Tr ima vrednosti izmedju 0 i 1 =1 ; nema produvavanja (ispiranja) =0 ; - potpuno ciscenje komore Moguce je napisati sledeci izraz za stepen punjenja

gde je motora sistemu

- gubici punjenja usled zagrevanja punjenja odtoplih elemenata - gubici stepena punjenja usled aerodinamickih otpora u usisnom - gubici punjenja kroz procepe i zazore pri malom broju obrtaja - povecanje stepena punjenja usled dopunjavanja

15. Proces sabijanja u motorima SUS. Analiza uticajnih velicina na

eksponent politrope sabijanja.

Prethodno sabijanje radnog tela u cilindru motora SUS povecava unutrasnju energiju i temperaturski nivo radnog tela. Na taj nacin se obezbedjuju optimalni uslovi za efikasno odvijanje procesa sagorevanja i procesa sirenja, kao jedinog radnog takta, sto povecava rad gasova u procesu sirenja i ekonomicnost motora. Dakle, proces sabijanja je parazitna faza radnog procesa u toku koje se trosi rad za njeno odvijanje u cilju pripreme uslova za optimalno odvijanje procesa sagorevanja i procesa sirenja koji je jedina faza u toku koje se stvara pozitivan rad. U teorijskom ciklusu proces sabijanja pocinje u UMT i ostvaruje se bez razmene toplote sa delovima motora i traje sve do SMT. U realnom motoru pocetak sabijanja se odredjuje semom razvoda momentom zatvaranja usisnog ventila ZUV, a kraj uglom pretpaljenja (uglom predubrizgavanja) pocetkom sagorevanja. Sam karakter procesa sabijanja je veoma slozen i odvija se uz neprekidnu razmenu toplote izmedju radnog tela, zidova cilindra, glave motora i cela klipa. Razmena toplote je promenljiva i po intenzitetu i po smeru, kod OTO motora se desava jos i isparavanje goriva sto je praceno oduzimanjem latentna toplote od radnog tela. U pocetku hoda sabijanja temperatura punjenja radnog tela T1 je niza od srednje temperature delova motora usled cega se pocetak procesa odvija uz predavanje odredjene kolicine toplote (+Q) radnom telu od strane delova motora. Tada je stvarni eksponent politrope sabijanja veci od eksponenta adijabate radnog tela. U daljem toku sabijanja zbog smanjenja zapremine radnog tela u cilindru dolazi do povecanja pritiska i twemperature koja prvo postaje jednaka srednjoj temperaturi delova motora (sto toplotni fluks svodi na nulu i proces se izjednacava sa adijabatskim), a zatim postaje visa od srednje temperature delova motora, pa tada toplotni fluks menja smer i ide od radnog tela na zidove cilindra. Tada je trenutna vrednost eksponenta politrope manja od vrednosti eksponenta adijabate radnog tela. Na osnovu gore recenog, proces sabijanja u realnom motoru nije adijabatski vec politropski kod koga je eksponent politrope promenljiv u toku procesa. Na nizim brojevima obrtaja motora prolazak radne materije iz cilindra u karter, kroz zazor izmedju klipa i cilindra, jos vise uslozava proces. Radna materuja se u toku sabijanja sastoji od svezeg punjenja (vazduh kod dizel motora i mesavina para goriva i vazduha kod OTO motora) i zaostalih produkata sagorevanja iz prethodnog ciklusa.

Zbog pojednostavljenja problema, proracun procesa sabijanja se u proracunskim ciklusima vrsi sa nekom konstantnom (srednjom) vrednoscu eksponenta politrope, koja se izracunava iz uslova jednakog rada u toku sabijanja kod procesa sa promenljivom i kod procesa sa stalnom srednjom vrednoscu eksponenta politrope. L1 -2 (sa promenljivim eksponentom politrope)= L1-2 (sa fiksnom, srednjom vrednoscu eksponenta politrope). Na kraju procesa sabijanja u cilindru dizel motora u svim slucajevima, ukljucujuci i hladan start, treba ostvariti temperaturu radnog tela koja je visa od tacke samopaljenja dizel goriva, . Time je odredjena minimalna vrednost stepena sabijanja uz izvesno povecanje stepena iskoriscenja dovode do povecanja opterecenja metalnih delova i porasta mehanickih gubitaka, pa ukupni ucinak moze biti negativan. Kod dizel motora koji imaju vece povrsine komore za sagorevanje (komorni motori, vihorne komore i pretkomore) stepeni sabijanja moraju imati vece vrednosti. OTO motori imaju ogranicene maksimalne vrednosti sabijanja koje su uslovljene oktanskim kvalitetima koriscenog goriva, jer je opasnost od detonacionog sagorevanja uglavnom povezana sa vrednoscu pritiska i temperature na kraju sabijanja. Rad i parametri procesa sabijanja Pritisak i temperatura na kraju procesa sabijanja se odredjuju prema: U toku sabijanja se trosi rad

Opsezi promene parametara kraja sabijanja i srednje vrednosti eksponenata politrope sabijanja na bazi eksperimentalnih ispitivanja veceg broja motora sa nominalnim rezimima su dati u sledecoj tabeli

Uticajni faktori na eksponent politrope - Broj obrtaja kolenastog vratila Pri povecanju broja obrtaja kolenastog vratila motora povecava se i ucestanost odvijanja radnih ciklusa, a samim tim i kolicina toplote koja se oslobodi u jedinici vremena, takodje se smanjuje vreme kontakta radnog tela i zidova cilindra kao i kolicina punjenja koja prolazi kroz zazore i karter. Skup svih ovih uticaja dovodi do smanjenja klicine toplote kja se odvodi od radnog tela i do saglasnog povecanja eksponenta politrope sabijanja pri povecanju broja obrtaja Opterecenje motora Zbog vece kolicine punjenja u cilindru na vecim opterecenjima OTO motora dolazi do smanjenja rashladne povrsine po jedinici mase radnog tela, sto smanjuje odvodjenje toplote od radnog tela. Pored toga i kod OTO i dizel motora na vecim opterecenjima delovi motora imaju vise temperature, pa i ovaj efekat smanjuje odvodjenje toplote od radnog tela u toku sabijanja. Zbog toga sa povecanjem opterecenja dolazi do porasta srednje vrednosti eksponenta politrope sabijanja.

-

Dimenzije cilindra Relativna rashladna povrsina radnog tela svedena na jedinicu zapremine (F/V) je obrnuto proporcionalna precniku cilindra (const/D). Zbog toga veci precnici

cilindra dovode do manjih toplotnih gubitaka i saglasno vecih vrednosti eksponenata politrope sabijanja. Zbog istih razloga kratkohodni motori (S/D 2CO+O2-Q ; 2H2 O -> 2H2 +O2-Q) Sagorevanje goriva, pored gubitaka toplote usled disocijacije, u pocetku sirenja dovodi do povecanja temperature radnog tela. Zato se maksimalna temperatura dostize posle postizanja maksimalnog pritiska, sto zanaci da se u pocetku sirenja toplota dovodi radnom telu (iako je temperatura zidova cilindra niza od temperature radnog tela), te je tada stvarni eksponent politrope sirenja manji od konstantnog eksponenta uslovne adijabate, jer jekolicina toplote koja se

dovodi radnom telu dogorevanjem goriva veca nego sto su gubici toplote usled disocijacije i gubitaka toplote na zidovima cilindra. U daljem toku toku sirenja pri kretanju klipa od SMT ka UMT dogorevanje i disocijacija se smanjuju, pa se zbog toga smanjuje kolicina toplote koja se dovodi radnom telu, tako da eksponent politrope raste. U nekom trenutku ce se izjednaciti kolicina toplote koja se oslobodi dogorevanjem sa onom kolicinom toplote koja se gubi na disocijaciji i kroz zidove cilindra tako da tada nastaje trenutno adijabatski proces pri kome je .U daljem toku sirenja dogorevanje se smanjuje, a kolicina toplote koja se odvodi od radnog tela kroz zidove cilindra postaje dominantna pa je zato na dalje eksponent politrope sirenja veci od odgovarajuceg uslovnog eksponenta adijabate . Da bi uprostili proracun, u praksi se koriste konstantne vrednosti eksponenata politrope sirenja koje odgovaraju srednjim vrednostima promenljivog eksponenta politrope sirenja. - Parametri kraja procesa sirenja Osnovni parametri kraja procesa sirenja su pritisak i temperatura u tacki 5 i oni se dobijaju iz jednacine politrope

Za OTO motore Za dizel motore

; ;

; ;

Rad u procesu sirenja je jedini koristan rad u motoru i zato se najveca paznja poklanja procesu sirenja

Opsezi promene parametara kraja sirenja i srednje vrednosti eksponenta politrope sirenja na bazi eksperimentalnih ispitivanja veceg broja motora sa nominalnim rezimima dati su u sledecoj tabeli

Uticajni faktori na eksponent politrope sirenja Broj obrtaja kolenastog vratila Sa povecanjem broja obrtaja kolenastog vratila smanjuje se vreme trajanja procesa sirenja a samim tim i vreme kontakta radnog tela sa zidovima cilindra kao i isticanje gasova kroz zazore izmedju cilindra i klipnih prstenova u karter motora. Usled ovoga se smanjuje kolicina toplote koja se odvodi od radnog tela, pa se sa povecanjem broja obrtaja kolenastog vratila smanjuje srednja vrednost eksponenta politrope sirenja.

- Dimenzije cilindra (D;S/D) Pri konstantnim ostalim uslovima smanjenje odnosa S/D smanjuje relativnu rashladnu povrsinu sto smanjuje i odvod toplote radnog tela a tako se smanjuje i vrednost eksponenta politrope sirenja. Smanjenje radne zapremine pri istom odnosu S/D dovodi do povecanja relativne povrsine hladjenja cime se povecava kolicina toplote koja se odvodi od radnog tela tako da dolazi do porasta eksponenta politrope sirenja.

Brzina sagorevanja Sa promene brzine sagorevanja menja se kolicina goriva koja ucestvuje u procesu dogorevanja. Ukoliko je brzina sagorevanja veca, kolicina goriva koje dogoreva je manja a samim tim je i eksponent politrope sirenja veci. Nadpunjenje motora Povecanjem pritiska nadpunjenja povecava se kolicina svezeg punjenja koja udje u cilindar motora usled cega se smanjuje relativna rashladna povrsina. Pored toga povecava se kolicina goriva koja sagoreva u cilindru a samim tim i dogorevanje duz linije sirenja. Oba ova faktora uticu na smanjenje vrednosti eksponenta politrope sirenja n2 . -

-

18.Indikatorski pokazatelji motora SUS. Analiza uticajnih velicinaU indikatorske pokazatelje motora SUS spadaju: - Srednji indikatorski pritisak pwi (specificni indikatorski rad Wi [kJ/dm3 ]) - Indikatorska snaga Pi [kW] - Indikatorski stepen korisnosti - Srednja specificna indikatorska potrosnja goriva g i [ ] Srednji indikatorski pritisak pwi

- srednji indikatorski pritisak nezaobljenog ciklusa - srednji indikatorski pritisak zaobljenog ciklusa - 0.92 0.97

Po definiciji

;

Indikatorska snaga pi Indikatorska snaga predstavlja rad koji izvrse gasovi u cilindru u jedinici vremena [kJ] ; p [MPa] , Vh[dm3 ] broj ciklusa u sekundi =4 ; 2 cetvorotaktni ; dvotaktni motor [kW] - indikatorska snaga jednog cilindra [kW] Vhu=iVh ukupna radna zapremina motora Indikatorski stepen korisnosti -

Jednacina stanja na kraju hoda usisavanja, samo za sveze punjenje

Stepen dobrote ciklusa

Stepen dobrote ciklusa uzima u obzir realnost kod indikatorskog ciklusa, realnost sagorevanja koje nije moguce ostvariti pri V=const, kao i druge gubitke kao sto su posledice ranijeg otvaranja izduvnog ventila (ROIV) izduvavanja, odnosno gubitke nastale usled izmene radne materije, kao i gubitke toplote kroz zidove cilindra i disocijaciju i dr.

Veze izmedju osnovnih parametara radnog ciklusa Kolicina svezeg punjenja koja udje u cilindar motora za jedan ciklus

Kako je

mv kolicina vazduha, m g kolicina goriva u jednom ciklusu

L0 stihiometrijski potrebna kolicina vazduha za sagorevanje 1 kilograma goriva

Kolicina toplote koja se unosi u cilindar gorivom

Indikatorska snaga jednog ciklusa Indikatorska snaga za ceo motor Srednji indikatorski dijagram

Uticajne velicine - Sastav smese koeficijent kolicine vazduha Kod OTO motora, zbog prirode sagorevanja, kolicina oslobodjene toplote u cilindru ima najvecu vrednost za . Kada je kolicina oslobodjene toplote zbog prisutnosti produkata nepotpunog sagorevanja se smanjuje. Usled ovoga i ima maksimum za i posle ovih vrednosti , opada, i to veoma naglo posle .

Polozaj maksimuma je pomeren u oblast bogatije smese. U izrazu vidimo da na Pi utice odnos a ne samo , tako da se polozaj maksimuma priblizno poklapa sa maksimumom Pi (negde oko vrednosti ). Ovo se objasnjava time sto u oblasti bogatijih smesa brzine sagorevanja postizu najvise vrednosti, ali se tada pogorsava ekonomicnost. Kod dizel motora pokazatelj raste sa smanjenjem opterecenja ti pri uvecanju koeficijenta kolicine vazduha , sto dovodi do osiromasenja smese. Ovo se objasnjava povoljnim uslovima za sagorevanje u oblasti siromasne smese zbog

vece kolicine kiseonika. Smanjenje sa povecanjem opterecenja i smanjenjem ide do neke granicne vrednosti (granica dima) posle koje naglo opada zbog otezanih uslova obrazovanja smese i sagorevanja. Vrednost zavisi od konstrukcije motora, obrazovanja smese i sagorevanja, a krece se u granicama . Broj obrtaja kolenastog vratila Povecanje broja obrtaja kolenastog vratila dovodi do povecanja brzine sagorevanja usled vrtlozenja smese, a sa druge strane smanjuje se odavanje toplote usled kraceg kontakta gasa sa zidovima cilindra. -

-

Stepen sabijanja

Povecanje stepena sabijanja kod OTO motora dovodi do povecanja ekonomicnosti preko povecanja termodinamickog stepena iskoriscenja. Kod dizel motora povecanje ne dovodi do znatnog povecanja vec samo povecava dijapazon vrsta goriva kojima se motor moze sluziti i dolazi do olaksanog starta. Opterecenje motora Sa smanjenjem opterecenja uslovi paljenja i sagorevanja u karburatorskim motorima se pogorsavaju, a pri tom se relativni toplotni gubici na sistemu za hladjenje i relativni toplotni gubici izduvnih gasova povecavaju. Umanjivanjem brzine sagorevanja pri konstantnom broju obrtaja moze biti kompenzirano povecanjem ugla predpaljenja sto se postize vakuum regulatorom. Najveca vrednost za OTO

motore se postize na oko 80% opterecenja pri .Sto se tice Pi maksimum se postize pri punom opterecenju motora. Zbog prirode procesa sagorevanja kod dizel motora i nacina smanjenja opterecenja, povecanjem koeficijenta kolicine vazduha (smanjuje se kolicina ubrizganog goriva pri skoro nepromenjenoj kolicini vazduha), pri smanjenju opterecenja dolazi do porasta . Regulacioni parametri

U regulacione parametre koji uticu na vrednosti indikatorskih velicina spada i ugao predpaljenja . Sa povecanjem ugla predpaljenja stalno raste i maksimalni pritisak ciklusa, a Pi dostize dostize maksimum pri nekoj optimalnoj vrednosti . Ovom uglu odgovaraju i minimalne vrednosti specificne indikatorske potrosnje goriva gi i maksimalne vrednosti . Ranije predpaljenje dovodi do smanjenja Pi i pogoduje pojavi detonatnog sagorevanja. raste sa povecanjem broja obrtaja kolenastog vratila. ima vrednost od . Kod dizel motora umesto ugla predpaljenja javlja se ugao predubrizgavanja goriva. Karakter promene indikatorskih parametara u funkciji ovog ugla je isti kao kod OTO motora. Velicina ovog ugla se krece od pre SMT. Konstrukcija komore za sagorevanje

Ovaj konstruktivni parametar u velikoj meri utice na indikatorske parametre. Optimalni oblici komore sa intenzivnim vrtlozenjem smese komore brzog sagorevanja dovode do pomeranja polozaja maksimalne vrednosti ka siromasnijim smesama i povecavaju sami maksimalnu vrednost .

19.Efektivni pokazatelji motora SUS. Analiza uticajnih velicinaU efektivne pokazatelje motora spadaju: Efektivna snaga - to je ona snaga koju potrosac uzme od kolenastog vratila Srednji efektivni pritisak (ekvivalentan je specificnom efektivnom radu We) Efektivni stepen iskoriscenja Specificna efektivna potrosnja goriva Snaga mehanickih gubitaka Srednji pritisak mehanickih gubitaka Mehanicki stepen iskoriscenja

Na velicine i u velikoj meri utice broj obrtaja kolenastog vratila n odnosno brzina klipa . Za prakticne proracune uzima se da je . Koeficijenti a i b su funkcije konstrukcije i tipa motora.

Pri konstantnom broju obrtaja kolenastog vratila promena opterecenja vrlo malo utice na ali izraz u imeniocu raste sa povecanjem opterecenja pa raste i .

Sa povecanjem n smanjuje se

, dok

raste i usled toga imamo da

opada.