Predavanja (II Parcijaln - Do 28.11.11.i)

UREĐAJI ZA USPORENJE I ZAUSTAVLJANJE VOZILA


Prilagođavanje vožnje uslovima puta, Najvažniji element ukupne tehničke ispravnosti, Performanse i pouzdanost – stroga zakonska regulativa, Složenost sistema U energetskom smislu – neracionalan sistem


Zahtjevi koji se postavljaju pred sistem za kočenje su:

Efikasno usporenje motornih vozila u širokim granicama potreba; Minimalno vrijeme reagovanja mehanizma od davanja komande do radnog

procesa kočenja – ‘’odziv kočionog mehanizma’’; Sinhronizirano djelovanje povećanja momenta kočenja na svim točkovima; Visoka i stabilna vrijednost koeficijenta trenja na frikcionim elementima

kočionog sistema; Jednostavno i udobno rukovanje; Dobro odvođenje oslobođene toplote na frikcionim elementima; Minimalna emisija buke; Visoka pouzdanost u radu kroz čitav period eksploatacije.

OSNOVNE FUNKCIJE UREĐAJA ZA USPORENJE I ZAUSTAVLJANJE VOZILA

Sa stanovišta cilja razlikuju se tri osnovne funkcije kočionog sistema:

Kočenje radi smanjenja brzine koje može da rezultira zaustavljanjem vozila:• Blago, obično kratkotrajno kočenje, u uslovima regulirane i

kontrolisane vožnje,• Naglo kočenje sa maksimalnim usporenjem u slučaju iznenadne

opasnosti. Kočenje radi sprečavanja da brzina neželjeno raste (vožnja na nizbrdici), Kočenje radi sprečavanja pokretanja vozila (parkirano vozilo).

Šema zaustavnog puta putničkog automobila kod forsiranog kočenja

s1t

t5.0ttt

0

3210

Z3. Prilikom kontrole tehničke ispravnosti motornog vozila (putnički automobil) u stanici tehničkog pregleda, na mjernim instrumentima očitane su sljedeće vrijednosti:

• sila kočenja na prednjem lijevom točku je: FkPL = 1.91 (kN),• sila kočenja na prednjem desnom točku je: FkPD = 2.22 (kN),• sila kočenja na zadnjem lijevom točku je: FkZL = 2.06 (kN),• sila kočenja na zadnjem desnom točku je: FkZD = 2.33 (kN),• težina automobila na prednjem lijevom točku je: FGPL = 3.3 (kN),• težina automobila na prednjem desnom točku je: FGPD = 3.7 (kN),• težina automobila na zadnjem lijevom točku je: FGZL = 3.1 (kN),• težina automobila na zadnjem desnom točku je: FGZD = 3.7 (kN),

Potrebno je odrediti:1. Silu kočenja na prednjoj i zadnjoj osovini i ukupnu silu kočenja;2. Težinu automobila po osovinama kao i ukupnu težinu

automobila;3. Razlika sile kočenje na pojedinim točkovima prednje i zadnje

osovine;4. Vrijednost kočionog koeficijenta pojedinih točkova i osovina;5. Razlika kočionog koeficijenta na točkovima prednje i zadnje

osovine;6. Koeficijent kočenja automobila;7. Vrijednost ostvarivog usporenja automobila;8. Vrijednost ostvarivog usporenja ako prednji lijevi točak ne koči

(FkPL = 0 (kN).

Rješenje:

1. Sila kočenja na prednjoj i zadnjoj osovini i ukupna sila kočenja:

1.1. Sila kočenja na prednjoj osovini iznosi:

1.2. Sila kočenja na zadnjoj osovini iznosi:

1.3. Ukupna sila kočenja:

)kN(13.422.291.1FFF kPDkPLkPO

)kN(39.433.206.2FFF kZDkZLkZO

kZDkZLkPDkPLkZOkPOkPA FFFFFFF

)kN(52.839.413.433.206.222.291.1FkPA

2. Težina automobila po osovinama i ukupna težina automobila:

2.1. Težina automobila izmjerena na prednjoj osovini je:

2.2. Težina automobila izmjerena na zadnjoj osovini je:

2.3. Ukupna težina automobila je:

)kN(0.77.33.3FFF GPDGPLGPO

)kN(8.67.31.3FFF GZDGZLGZO

GZDGZLGPDGPLGPA FFFFF

)kN(8.137.31.37.33.3FGPA

3. Razlika sile kočenje na pojedinim točkovima prednje i zadnje osovine:

3.1. Razlika sile kočenja na točkovima prednje osovine je:

3.2. Razlika sile kočenja na točkovima zadnje osovine je:

(%)1496.1310022.2

91.122.2100

F

FFr

maxkP

minkPmaxkPFPO

(%)1258.1110033.2

06.233.2100

F

FFr

maxkP

minkZmaxkZPZO

4. Vrijednost kočionog koeficijenta pojedinih točkova i osovina:

4.1. Vrijednost koeficijenta kočenja prednjeg lijevog točka:

4.2. Vrijednost koeficijenta kočenja prednjeg desnog točka:

4.3. Vrijednost koeficijenta kočenja prednje osovine automobila:

(%)58878.571003.3

91.1100

F

Fk

GPL

kPLPL

(%)601007.3

22.2100

F

Fk

GPD

kPDPD

(%)591000.7

13.4100

F

Fk

GPO

kPOPO

4.4. Vrijednost koeficijenta kočenja zadnjeg lijevog točka:

4.5. Vrijednost koeficijenta kočenja zadnjeg desnog točka:

4.6. Vrijednost koeficijenta kočenja zadnje osovine automobila:

(%)6645.661001.3

06.2100

F

Fk

GZL

ZLZL

(%)6397.621007.3

33.2100

F

Fk

GZD

kZDZD

(%)65558.641008.6

39.4100

F

Fk

GZO

kZOZO

5. Razlika kočionog koeficijenta između točkova prednje i zadnje osovine i osovina automobila:

(%)26058kkr PDPLkPO - prednja osovina

(%)36366kkr ZDZLkZO - zadnja osovina

(%)66559kkr ZOPOkOPA - razlika između osovina automobila

6. Koeficijent kočenja automobila:

100FFFF

FFFF100

F

Fk

GZDGZLGPDGPL

kZDkZLkPDkPL

GPA

kPAPA

(%)62739.611008.13

52.8100

7.31.37.33.3

33.206.222.291.1kPA

7. Vrijednost ostvarivog usporenja automobila:

)s/m(0822.681.9100

62g

100

kb 2PAusPA

8. Vrijednost ostvarivog usporenja ako prednji lijevi točak ne koči (FkPL = 0 (kN)):

100FFFF

FFFF100

F

Fk

GZDGZLGPDGPL

kZDkZLkPDkPL

GPA

kPAPA

(%)48898.471008.13

61.6100

7.31.37.33.3

33.206.222.20kPA

)s/m(7088.481.9100

48g

100

kb 2PAusPA

PRINCIP RADA KOČIONOG SISTEMAKočenje se uvijek izvodi dovođenjem kočionog momenta na točkove vozila.

Proces kočenja se ostvaruje na sljedeći način: Vozač pritiskom na pedalu kočnice (1) ostvaruje potrebnu kočionu silu. Sila sa pedale stvara pritisak u glavnom kočionom cilindru (2). Rezervoar tečnosti za kočenje (3) obezbjeđuje dotok potrebne količine

kočione tečnosti u kočioni sistem. Kroz cjevovode (4a i 4b) pritisak tečnosti se prenosi na izvršne hidraulične

cilindre na kočnicama prednjih i zadnjih točkova. Izvršni hidraulični cilindri (5a i 5b) aktiviraju frikcione kočnice na prednjim

(disk kočnice) i zadnjim (doboš kočnice) točkovima.

Prema funkcionalnom značaju kod svih vozila se primjenjuju standardna rješenja sa više međusobno neovisnih kočionih sistema:

SISTEMATIZACIJA KOČIONIH SISTEMA

Pedala radne kočniceKomanda pomoćne kočniceSignalizacija rada kočionog sistema

KOMANDNI PODSISTEM

Prema načinu ostvarenja kočione sile: Kočenje radom vozača, Kočenje radom vozača sa servo pojačanjem, Kočenje servo uređajem.

Prema načinu prenosa kočione sile od vozača do izvršnih cilindara: Mehanički prenos sile, Hidraulični prenos sile (lakša teretna vozila), Pneumatski prenos sile (teška teretna vozila), Kombinovani.

Prema broju kočionih krugova: Jednokružni, Dvokružni, Višekružni.


Prema izvedbi kočnica: Kočioni sistemi sa doboš kočnicama, Kočioni sistemi sa disk kočnicama, Kombinovani kočioni sistemi (disk i doboš).

Prema načinu regulacije kočionog momenta na točku: Sistemi bez regulacije, Sistemi sa regulacijom kočionog momenta u funkciji vertikalnog

opterećenja točka, Sistemi sa automatiziranom regulacijom veličine kočionog momenta na

točkovima.


Najrasprostranjeniji kočioni mahanizmi su oni koji rade na principu mehaničkog trenja – frikcioni kočioni mehanizmi.

Klasična izvedba:Kočione obloge (vezane za okvir vozila) i Rotirajući elementi (vezani za točak)

Frikcione kočnice:

Najvažniji dijelovi doboš kočnica su: Kočioni doboš, Kočione papuče sa frikcionim oblogama, Povratne opruge, Nosač kočnice i Mehanizam za aktiviranje papuča.

DOBOŠ KOČNICE

Tipična konstrukcija doboš kočnice

Sa stanovišta vrste kočnice, broja hidrauličnih cilindara u praksi se susreću sljedeći tipovi kočnica:

Karakteristični problemi:Podešavanje usljed istrošenosti,Povećano zagrijavanje

Najvažniji dijelovi disk kočnica su: kočioni disk, kočione pločice sa frikcionim oblogama, nosač kočionih pločica i mehanizam za aktiviranje pločica

DISK KOČNICE

Osnovni elementi disk kočnica (detaljan prikaz): 1 – kučište kočionog cilindra; 2 – zaptivka; 3 – klip; 4 – zaštitnik; 5 –

kočione obloge; 6 – disk (ploča); 7 – poklopac kučišta; 8 – vijci; 9 – krstasta opruga; 10 – osigurač.

DISK KOČNICE

DISK KOČNICE

Prednosti disk kočnica:• Otvorena konstrukcija omogućava bolje odvođenje toplote nego kod

zatvorene konstrukcije doboš kočnice i učinak kočenja je manje ovisan o temperaturi diska i kočionih pločica.

DISK KOČNICE

Nedostaci disk kočnica:• Zbog specifične konstrukcije javljaju se lokalna tolinska opterećenja

na disku, zbog čega je podložan mjestimičnoj deformaciji.

Princip rada

DISK KOČNICE

Potreban put kretanja klipa kočionog cilindra u jednom procesu kočenja:

- Put za savladavanje konstrukcijskog zazora između kočionih obloga i diskova,

- Put za savladavanje zazora koji nastaje zbog elastičnosti diskova i kočione obloge, a koji zavisi od intenziteta kočenja,

- Put za savladavanje dodatnog zazora koji zavisi od potrošenosti kočionih obloga i diskova.

DISK KOČNICE

Mehanički prenos sile, Hidraulični prenos sile (lakša teretna vozila), Pneumatski prenos sile (teška teretna vozila), Kombinovani.

PRENOSNI MEHANIZAM

Najjednostavniji prenosni mehanizam za prenos kočione sile.

Koriste se kod putničkih automobila i lakših teretnih vozila za aktiviranje pomoćne (parkirne) kočnice.

Prenosni mehanizam čini sistem poluga i čeličnih užadi.

Nedostaci: Nedovoljan komfor za savremena vozila, Teška sinhronizacija rada svih izvršnih kočnica, Ograničene mogućnosti u veličini kočione sile.

MEHANIČKI PRENOSNI MEHANIZAM

MEHANIČKI PRENOSNI MEHANIZAM

Mehanička kočnica (pomoćna, parkirna)

Kod ovog sistema prenos sile od pedale nožne kočnice prema kočionim mehanizmima ide preko stuba tečnosti koji je zatvoren u cjevovodima pri čemu je tečnost praktično nestišljiv fluid. Rad sistema se bazira na zakonima hidrostatike. Ako se djeluje određenom silom na pedalu nožne kočnice, to se na sve radne cilindre prenosi isti pritisak i u zavisnosti od prečnika klipa u radnom cilindru, stvara se sila koja vrši razmicanje kočionih papuča.

HIDRAULIČNI PRENOSNI MEHANIZAM

Šema kočione instalacije sa hidrauličkim prenosnim

sistemom

Glavni kočioni cilindar


Veza između glavnog kočionog cilindra i izvršnog radnog

cilindra na točku.


Osnovne prednosti hidrauličnog sistema za aktiviranje kočnica su: Istovremeno kočenje svih točkova uz željenu raspodjelu kočionih sila; Visoki koeficijenti korisnog djelovanja; Mogućnost tipizacije kočionih sistema; Jednostavna konstrukcija i malo vrijeme odziva.

Nedostaci ovog sistema su: Nemogućnost ostvarenja većeg prenosnog odnosa, te se ovaj sistem bez

servouređaja koristi kod vozila sa malom težinom; Svako oštećenej cijevi izaziva gubljenje funkcije sistema kočenja; Sniženje koeficijenta korisnog dejstva pri niskim temperaturama ( -30°C i

niže).

Primjer dvokružne instalacije kočionog sistema sa servouređajem

Servohidraulična instalacija kočionog sistema teretnog vozila

Zračni sistem za aktiviranje kočionog mehanizma koristi se energijom sabijenog zraka.

Vozač pri kočenju vozila samo reguliše dovod ili izlaz sabijenog zraka iz dijelova sistema.

Ovaj sistem primjenjuje se na teškim teretnim vozilima i autobusima.

PNEUMATSKI PRENOSNI MEHANIZAM

1 – kompresor; 2 – rezervoar; 3 – regulator pritiska; 4 – razvodnik; 5 – kočione komore; 6 – priključak za prikolicu.

PNEUMATSKI PRENOSNI MEHANIZAM

Šema kompletne pneumatske kočione instalacije sa ARSK uređajem i TRISTOP cilindrom na zadnjoj osovini vučnog vozila, za teretno vozilo sa prikolicom

Zakonski propisi o obaveznoj ugradnji trajnih usporivača na autobusima mase 7 (t) i teretnim vozilima preko 10 (t).

- leptir motorna kočnica

- motor-kompresor

- elektromagnetna kočnica

- hidrodinamička kočnica

TRAJNI USPORIVAČI

Šema antiblokirajućeg sistema (ABS)

Šema elemenata ASR sistema na vozilu sa ABS-om

UREĐAJI ZA UPRAVLJANJE VOZILA

UREĐAJI ZA UPRAVLJANJE VOZILOM

Zadatak mu je da mijenja i održava pravac kretanja vozila, te osigurava neophodan manevar vozila.

UREĐAJI ZA UPRAVLJANJE VOZILOM

Osnovni elementi su: Upravljački točak (volan); Upravljački mehanizam; Prenosni mehanizam; Izvršni organ.

Savremeni mehanizmi za upravljanje moraju ispuniti sljedeće zahtjeve: Obezbjediti stabilno kretanje vozila prilikom vožnje u pravcu; Obezbjediti malu silu na točku upravljača (putnička vozila 4÷7 daN;

teretna vozila i autobusi 15 ÷20 daN; teretna vozila veće nosivosti 30 ÷40 daN);

Kinematika mehanizma za upravljanje mora biti takva da prilikom kretanja u krivini osigura kotrljanje svih upravljačkih točkova, da bi se izbjeglo proklizavanje;

Spontano vraćanje upravljačkih točkova po izlasku vozila iz krivine na pravolinijski put;

Mehanizam mora ublažiti udare izazvane neravninama puta.

PODJELA SISTEMA UPRAVLJANJA

Podjela prema karakteru upravljanja:– Upravljanje točkovima;– Upravljanje osovinama;– Kombinovano upravljanje;– Bočno zanošenje (gusjenična vozila).

Prema položaju vozačkog mjesta:– Upravljanje sa lijeve strane vozila;– Upravljanje sa desne strane vozila.

Prema karakteru prenosnog mehanizma:– Mehanički mehanizmi;– Servo-mehanički mehanizmi.

Osnovni elementi sistema za upravljanje

Princip rada sistema za upravljanje

UPRAVLJAČKI TOČAK I VRATILO UPRAVLJAČA

Dimenzije zavise od sile koju vozač prenosi na vratilo upravljača i od estetskih i konstruktivnih zahtijeva.

UPRAVLJAČKI MEHANIZAM

Upravljački mehanizam služi kao reduktor koji omogućava povećanje obrtnog momenta kojim vozač djeluje na točak upravljača da bi izvršio zaokretanje točkova kojima se upravlja. Prenosni odnos upravljačkog mehanizma kod putničikih vozila se kreće u granicama od 12 do 20, a kod teretnih vozila i autobusa od 16 do 32. Ovaj prenosni odnos se uvećava za prenosni odnos spona koji zavisi od konstrukcije upravljačkog mosta.

U zavisnosti od vrste prenosnih elemenata u kućištu upravljački mehanizmi se mogu podijeliti na:

pužne, zavojne, zupčaste, kombinovane.

Pužni prenosnik

Osnovni nedostatak – veliki otpori trenja klizanja pri okretanju upravljača.

Osnovni elementi:1 – puž, 2 – vratilo upravljača, 3 – pužni točak, 4 – kučište upravljača

Šema i izgled pužnog prenosnika

Pužni prenosnik

Cilindrični pužniprijenosnik

Šema globoidnog pužnogprijenosnika

Zavojni prenosnikOkretanjem osovine upravljača (1) koja je na donjem dijelu izrađena u obliku zavojnice na osovini dolazi do pokretanja navrtke (2) uzduž zavojnice na osovini upravljača. Navrtka je zglobno vezana preko jedne klackalice (5) za osovinicu (3) laktastog potiskivača (viseće spone) (4). Pri kretanju navrtke (2) uzduž zavojnice dolazi do okretanja osovinice (3), pošto je donji dio klackalice (5) čvrsto vezan za osovinicu (3). Na taj način dolazi do pomjeranja laktastog potiskivača (4) u njegovoj uzdužnoj ravni.

Skica i šema i

zavojnog prenosnika

Zavojni prenosnik

Zupčasti prenosnik

Upravljački zupčasti mehanizmi primjenjuju se relativno rijetko. Ova činjenica tumači se u prvom redu teškoćom ostvarenja željenog prenosnog odnosa pri prihvatljivim gabaritnim dimenzijama mehanizma, kao i izbog prenosa udara usljed neravnina na kolovozu. Danas se uglavnom od upravljačkih zupčastih mehanizama najviše koriste mehanizmi sa zupčastom letvom.

Zupčasti prenosnik

Kombinovani prijenosnik

PRENOSNI MEHANIZAM (SPONE)

Veza između upravljačkog mehanizma sa točkovima kojima se upravlja ostvaruje se preko prenosnog mehanizma koji služi za obezbjeđenje pravilne kinematike zaokreta točkova.

Prenosni mehanizam mora biti usklađen sa sistemom ovješenja tako da njegova pomjeranja u odnosu na ram ne utiču na sigurnost upravljanja.

Dobra upravljivost može se osigurati trapezom upravljanja.

Prenosni mehanizam sistema upravljanja za vozila sa zavisnim vješanjem

Prenosni mehanizam upravljačkog sistema sa nezavisnim vješanjem

Prenosni mehanizam teretnog vozila

Prenosni mehanizam putničkog motornog vozila

UPRAVLJAČKI MOST I GEOMETRIJA UPRAVLJAČKIH TOČKOVA

Da bi vozilo moglo mijenjati pravac, mora se omogućiti zaokretanje točkova koji se nalaze na upravljačkom mostu, bilo da su pogonski ili gonjeni.

Osim ovoga zadatka, upravljački most mora omogućiti prenos sila, koje djeluju između kolovoza i rama ili karoserije vozila (vertikalnih, uzdužnih i bočnih), a također i reaktivnih momenata.

Osnovne geometrijske veličine upravljačkih točkova su konstruktivnog karaktera i odnose se na slijedeće:

- nagib točkova,- bočni nagib osovinice rukavca,- zatur točkova (uzdužni nagib osovinice točka),- uvlačenje točkova.

Šema hidrauličkog servouređaja

SISTEM ELASTIČNOG OSLANJANJA

SISTEM ELASTIČNOG OSLANJANJAPodrazumijeva mehanizme i elemente koji imaju zadatak da sve reaktivne sile i

momente koji se javljaju između točkova i tla prenesu na ram ili karoseriju uz što veće ublažavanje udarnih opterećenja, kao i obezbjeđenje potrebne stabilnosti vozila.

Sastoji se iz četiri podsistema: Mehanizam za vođenje točkova; Elastični elementi; Elementi za prigušenej oscilacija i Stabilizatori.

Osnovni zadaci koje treba da zadovolji sistem elastičnog oslanjanja su: Optimalne veličine sopstvenih frekvenci oscilovanja; Dovoljan dinamički hod koji isključuje udare o graničnik; Potrebne kinematske karakteristike točkova u cilju smanjenja habanja

pneumatika, stabilizacija upravljačkih točkova i poboljšanog ponašanja vozila u krivini;

Optimalne veličine prigušenja nadgradnje i točkova.

Sistem zavisnog elastičnog vješanja

Sistem nezavisnog elastičnog vješanja

Elastični elementi koji se koriste kod vozila su: Sa lisnatim gibnjevima; Sa zavojnim oprugama; Sa torzionim oprugama; Sa pneumatskim elastičnim elementima; Sa hidrauličkim elastičnim elementima; Sa kombinovanim elastičnim elementima.

Primjeri ugradnje elastičnih elemenata

Sistem nezavisnog vješanja prednje upravljačke osovine

Zavisno vješanje prednjih točkova

1 – amortizer;2 – pneumatski elastični element (zračni jastuk)3 – element (poluga) za vođenje

Sistem zavisnog vješanja

Primjer ugradnje lisnatih gibnjeva kao elastičnih elemenata i istovremeno elemenata vođenja

Način ugradnje hidropneumatskog elastičnog elementa sa regulatorom i pripadajućom opremom

1 – poluga,2 – ručica za prinudno zakretanje,3 – regulator,4 – opruga,5 – hidropneumatski element,6 – zupčasta pumpa,7 – okvir,8 – osa točka

Dvocjevni teleskopski amortizer

SISTEM IZDUVNIH GASOVA


Zaštita životne sredine;

Opredjeljenje svih država (Australija, Japan, Švedska, SAD (Kalifornija));

Uvođenje zakonskih odredbi i propisa za ograničavanje zagađenja okoliša od izduvnih gasova motornih vozila;

Svake godine se teži za smanjenjem granice zagađenja od izduvnih gasova;


Osnovni izvori zagađujućih materija od strane motornih vozila su:

Izduvni gasovi, koji mogu da sadrže nesagorijelo gorivo (HC), djelomično sagorijelo gorivo (CO), opasne dušikove okside (NOx) i olovo (Pb) koje se dodaje benzinu;

Karter motora, uljne pare iz sistema za podmazivanje;

Gorivo iz rezervoara, benzinske pare.


Osnovni zagađivači koje uzrokuju motorna vozila:

ZAGAĐIVAČ IZVOR NAČIN PROSTIRANJA I DJELOVANJE

(CO) ugljenmonoksid Nepotpuno sagorijevanje goriva

Otrovan za udisanje, ulazi u krv i veže se sa hemoglobinom

(HC) ugljikovodonik Ne sagorijelo gorivo, pare goriva koje izlaze iz sistema za dovod goriva

Smrad, nadražuje oči i nos

(C) ugljik Nepotpuno sagorijelo gorivo Dim, slabi vidljivost

(NOx) dušikovi oksidi Veoma visoke temperature sagorijevanja uzrokuju vezivanje N sa O

Otrovan za ljude, veže se sa vodom za dušičnu kiselinu, djeluje na živce

(Pb) olovo Dodatak benzinu Otrovan za ljude, uzrokuje nervne tegobe


ECE – ekonomska komisija OUN za Evropu pored kriterijuma i normi za ocjenu pojedinih karakteristika vozila, posebnim pravilnicima propisuje i metodologiju ispitivanja, odnosno provjeru saglasnosti odgovarajučih karakteristika vozila i propisanih normi u vezi sa emisijom otrovnih izduvnih gasova (euro norme).

Regulacija i nadzor nad izduvnim gasovima, odnosno težnja za smanjenjem nivoa zagađujučih komponenti odvija se na tri načina:

prije motora – upotrebom goriva odgovarajućeg kvaliteta (bezolovno gorivo); u motoru – različitim konstruktivnim zahvatima i upotrebom različitih novih vrsta materijala; poslije motora – ugradnjom raznih vrsta prečistača izduvnih gasova, tj. ugradnjom katalizatora u izduvnom sistemu.

KLASIFIKACIJA KATALIZATORA

Prema funkciji djelovanja: oksidacioni (HC, CO), redukcioni (NOx), trostazni (HC, CO, NOx).

Prema broju staza aktivnih nosača: jednostazni, dvostazni, trostazni.

Prema konstrukciji nosača: monolitski, sa rasutim jezgrom.

KLASIFIKACIJA KATALIZATORA

Prema vrsti katalitičko aktivnog sloja: sloj od plemenitih metala, sloj od neplemenitih metala.

Prema sadržaju olova u gorivu: katalizator za goriva bez olova, katalizator za goriva sa ograničenom količinom olova.

Prema namjeni: glavni katalizator, katalizator za startovanje.

Prema vrsti motora (najvažnija klasifikacija – dva osnovna pravca u razvoju katalizatora):

za benzinske motore, za dizel motore.

KLASIFIKACIJA KATALIZATORA PREMA VRSTI MOTORA

Katalizatori za benzinske i dizel motore:

upotreba goriva različitog sastava,

različit način obrazovanja smješe,

različiti uslovi sagorijevanja,

različit sastav izduvnih gasova.

Razlika katalizatora po konstrukciji i po funkciji i načinu djelovanja.

KATALIZATORI ZA DIZEL MOTORE

Ovi katalizatori se dijele u dvije osnovne grupe, i to prema komponenti u izduvnim gasovima koja se redukuje:

Katalizatori koji vrše redukciju čvrstih čestica, nesagorijelog ugljika (dima):

• upotrebom filtera za čađ,• upotrebom brizgača za dodatno sagorijevanje čađi.

Katalizatori koji vrše selektivnu redukciju opasnih komponenti u izduvnim gaosovima (pomoću amonijaka), to su SCR katalizatori koji smanjuju koncentraciju NOx.

KATALIZATORI ZA BENZINSKE MOTORE

Ovi katalizatori se dijele u tri osnovne grupe, i to prema vrsti hemijske reakcije koja se u njima odvija:

Jednostazni (oksidacioni) katalizatori

Dvostazni katalizatori

Trostazni katalizatori

Jednostazni (oksidacioni) katalizator za benzinske motore

Dvostazni katalizator za benzinske motore

Trostazni katalizator za benzinske motore

MJESTO UGRADNJE KATALIZATORA

Raspoložive tehnološke mogućnosti proizvođača utiču na konstrukciju;

Standardno (osnovno) mjesto za postavljanje katalizatora – na izduvnoj cijevi između izduvne grane i prvog izduvnog lonca;

Standardno mjesto ugradnje se ne može uvijek ispoštovati, zbog konstruktivnih razloga, pa dolazi do pomjeranja mjesta ugradnje katalizatora duž izduvne cijevi, što bitno utiče na sam kvalitet rada katalizatora.

KONSTRUKCIJA KATALIZATORA

Osnovni faktori od kojih zavisi konstrukcija katalizatora su:

Namjena katalizatora (koja se vrsta hemijske reakcije odvija u njemu), koje se komponente redukuju;

Mjesto ugradnje (raspoloživi smještajni prostor);

Način regulacije (sa ili bez regulacije);

Vrsta motora (benzinski ili dizel).


Bez obzira koja hemijska reakcija se odvija unutar katalizatora (tj. koja komponenta se redukuje), razlikuju se dvije osnovne konstrukcije katalizatora:

Katalizator sa rastresitim (rasutim) jezgrom, u vidu filtera, Monolitni keramički katalizator.

Izbor konstrukcije zavisi od objektivnih uslova okruženja i subjektivnih uslova samog konstruktora.

Katalizator a rasutim jezgrom Monolitni keramički katalizator


Jednostazni katalizatori – prednost je da kroz proces oksidacije smanjuju nesagorijele HC i CO u izduvnoj cijevi, te omogućavaju selektivnu elinminaciju štetnih komponenti (aldehidi, hidrokarbonati).

Trostazni katalizator – prednost je da imaju sposobnost da smanjuju emisije HC, CO, NOx. Trostazni katalizator sa monolitnim keramičkim jezgrom koje je presvučeno sa slojem platine i rodijuma – najviše se koristi u posljednje vrijeme zbog stalnog spuštanja granica dozvoljenih emisija štetnih sastojaka u izduvnim gasovima.

Trostazni katalizator sa monolitnim keramičkim

jezgrom koje je presvučeno sa slojem platine i rodijuma


Trostazni katalizator – uslovi za efikasan rad su: Potrebna je mnogo preciznija kontrola mješanja zraka i goriva, nego što je to potrebno kod oksidacionih katalizatora; Primjena ovih katalizatora je uslovljena korištenjem naprednih sistema kojima se utiće na sastav gorivo/zrak, kao što su savremeni karburatori i elektronski sistemi za ubrizgavanje; Ovi katalizatori su osjetljivi na upotrebu olovnih benzina i za njihovo funkcionisanje na optimalnom nivou je potrebno nekoliko minuta, tj. potrebno je određeno vrijeme da se zagriju, jer postoji visok nivo emisije štetnih sastojaka u izduvnim gasovima pri ‘’hladnom startu’’.

Probleme ‘’hladnog starta’’ konstruktori rješavaju ugradnjom ‘’pomočnog katalizatora’’ u izduvni sistem. Njegov zadatak je da smanji emisiju štetnih produkata sagorijevanja na dozvoljenu (propisanu vrijednost), u uslovima dok je motor još hladan, tj. dok ne postigne radnu temperaturu. Kad se postigne radna temperatura, ovaj katalizator se stavlja van funkcije, i u tom području svu brigu o redukciji štetnih tvari u sistemu preuzima glavni katalizator.

RAD KATALIZATORA

U trostaznom katalizatoru se odvijaju sljedeće hemijske reakcije:1. NOx se reducira na dušik (kisik se odvaja) 2NOx→N2+XO2

2. CO oksidira u CO2 (kisik se troši) 2CO+O2→2CO2

3. Jedinjenja CH sagorijevaju u CO2 i H2O (kisik se troši) 2C2H6+7O2→4CO2+6H2O

Građa katalizatora

RAD KATALIZATORANajviše se koristi trostazni katalizator u jednom kučištu, u kojem se istovremeno odvijaju tri hemijske reakcije.

Smješa goriva i zraka mora približno odgovarati teorijskoj smješi tj. odnosu (koeficijent viška zraka - λ=1 ), koja daje povoljan sastav izduvnih gasova.

Kod bogatije smješe (λ=0,99), povećava se učešće CO i CH u izduvnim gasovima, dok siromašnija smješa (λ>1), daje veći sadržaj dušikovih oksida.

Redukcija štetnih materija pri različitom koeficijentu viška zraka

REGULACIJA KATALIZATORA

Prema regulaciji rada katalizatora u praksi se koriste dvije vrste: Katalizatori sa regulacijom , Katalizatori bez regulacije.

Odstupanje koeficijenta viška zraka (λ=1) – popravljanje (regulacija) sastava smješe vrši se pomoću lambda sonde.

Oko 90-95 % stepen pretvorbe škodljivih u neškodljive materije – katalizatori sa regulacijom, sa lambda sondom,Oko 60 % stepen pretvorbe škodljivih u neškodljive materije – katalizatori bez regulacije, bez lambda sonde,

Mjesto ugradnje lambda sonde

RADNI USLOVI KATALIZATORA

Pokretačka temperatura, odnosno temperatura pri kojoj počinje proces pretvaranja škodljivih u neškodljive materije unutar katalizatora, iznosi od 250 °C.

Najpovoljnije temperaturno područje za visoke efekte neutralisanja škodljivih materija i dug radni vijek katalizatora, nalazi se u rasponu od 400 °C do 800 °C.

Iznad 800 °C počinje starenje katalitičko aktivnog sloja, koji pri temperaturi od 1000 °C gubi radnu sposobnost.

U slučaju neispravnosti uređaja za paljenje, u katalizator dospijeva nesagorjela smješa goriva zraka koja sagorijevanjem u katalizatoru, gdje razvija temperaturu od 1200 °C, uništava katalizator (neispravnost svječica)

Pored neodgovarajuće temperature, katalizator uništava i upotreba ‘’olovnih’’ benzina kao i prodiranje uljnih para u katalizator, što se naziva ‘’trovanje katalizatora’’ (neispravnost karika)

LAMBDA SONDA

1 – tijelo sonde; 2 – keramička zaštitna cijev;3 – priključni kablovi sonde; 4 – zaštitna cijev sa otvorima;5 – keramičko tijelo;

6 – kontakt za napon sonde;7 – zaštitna obloga; 8 – provodni (toplotni) element;9 – ‘’toplotni’’ prekidač.

DJELOVANJE LAMBDA SONDE

Lambda sonda se postavlja ispred katalizatora u struju izduvnih gasova.U zavisnosti od sastava izduvnih gasova, lambda sonda šalje naponski signal regulatoru elektronske upravljačke jedinice, koji šalje signal uređaju za ubrizgavanje, tako da se sastav smješe promjeni prema koeficijentu viška zraka (λ=1).

Napon sonde za razne vrijednosti λ

DJELOVANJE LAMBDA SONDE

Napon lambda sonde zavisi od:Sadržaja kisikaTemperature keramičkog tijela

Pri temperaturi od 300 °C keramička materija je provodna za jone kisika.

Razlika sadržaja kisika na izduvnoj i zračnoj strani lambda sonde dovodi do pojave električnog napona ili napona sonde.

Siromašna smješa (λ>1) – 100 mVBogata smješa (λ<1) – 800 do 1000 mVNagla promjena napona u malom rasponu keoficijenta viška zraka.

Pri optimalnoj temperaturi od 600 °C sonda se uključuje u roku od 50 (ms).

Maksimalna temperatura sonde nebi smjela prelaziti vrijednost 800-900 °C

ODRŽAVANJE KATALIZATORA

Razlozi zamjene filtera katalizatora: može da bude oštećen iznutra zbog visoke temperature, usljed čega dolazi do blokade u izduvnom sistemu, može da dođe do istršenja tokom vremena, može da se pokvari usljed korištenja olovnih benzina.

Simptomi neispravnosti i potreba za zamjenu katalizatora: filter začepljen – gubitak snage i radnih karakteristika, filter neispravan – ne postoji recikliranje škodljivih u neškodljive materije.

Normalan eksploatacioni period – zamjena katalizatora na 80 000 (km)


Osnovne radnje pri zamjeni filtera katalizatora: izduvni sistem treba da se ohladi, filter se skine sa prednje i sa zadnje izduvne cijevi, oba cjevna priključka se provjere da nema korozije, a zatim se postavi novi filter i zaptivke za prirubnice, toplotni štitnik se vraća na svoje mjesto.


Motori sa direktnim ubrizgavanjem goriva direktno u cilindar ovi motori svojim specifičnim karakteristikama nemogu odgovoriti strogim zakonskim normama za emisiju izduvnih gasova, specijalne konstrukcije katalizatora za ove motore.

KATALIZATORI ZA DVOTOČKAŠE

Posebna skupina motornih vozila sa posebnim konstruktivnim rješenjima.

Posebnost se ogleda u konstrukciji katalizatora i obliku nosača: mjesto ugradnje, način pričvrščenja, termički uslovi okruženja, mehanička opterećenja, itd.

Izrađuje se od metalne talasaste folije koja zauzima manje prostora od keramičkih nosača, a ima istu efektivnu površinu radnog djelovanja.

Kružni i poligonalni oblik talasaste metalne folije u metalnom kučištu


Na strukturu folije utiču mehanička opterećeanja i željena redukcija izduvnih gasova.

TS struktura

SM struktura


Izgled talasaste metalne folije

Način spajanja metalne folije za kučište

ispravno neispravno


Načela koja se moraju poštovati kod ugradnje nosača sa kučištem u izduvnim sistem:

Ne smije doći do mehaničkih oštećenja,Ne smije doći do odlemljivanja spojeva,Mora se termički izolovati od ostalih izvora toplote koji utiču na njega.

Konstruktivni primjeri ugradnje nosača katalizatora u izduvni sistem


Prilikom konstrukcije samog nosača i izbora njegove ugradnje konstruktor se mora pridržavati određenih zahtjeva:

visok stepen redukcije škodljivih materija,

dug vijek trajanja,

mala termička i mehanička opterećenja sastavnih djelova,

obezbjeđen servis,

mali troškovi razvijanja sistema,

mogućnost recikliranja korištenih materijala.

KATALIZATORI KOD DIZEL MOTORA

Konstrukcija zavisi: da li se želi postići smanjenje čvrstih čestica, da li se želi postići smanjenje NOx.

Zbog postojanja određene količine čvrstih čestica u izduvnoj grani dizel motora, kod ovih katalizatora se ugrađuje:

filter za čađ, posebni brizgač, koji dodatno sagorijeva čestice (čisti filter).

Filter za čađ sa keramikom


Čestice čađi (0,01-10 μm) skupljaju se u filteu i povremeno pale.Problem se javlja na parcijalnim režimima rada i na praznom hodu, kada temperatura izduvnih gasova nije dovoljna da bi se izvršilo sagorijevanje nakupljenih čestica čađi.Rješenje – dovođenje energije za paljenje čađi putem struje ili dodatne količine goriva.

Šema katalizatora za dizel motore sa brizgačem za smanjenje čađi


Rad SCR katalizatora se zasniva na selektivnoj redukciji štetnih materija u izduvnim gasovima (NOx).

Šema SCR katalizatora za dizel motore sa mokračevinom za smanjenje NOx



Usporedba SCR katalizatora sa alternativnim katalizatorom


Šema upravljačkog i izvršnog mehanizma za doziranje mokračevine


Zavisnost redukcije NOx, od temperaturnog područja za razne konstrukcije katalizatora

Documents

Predavanja (II Parcijaln - Do 28.11.11.i)