ВИСОКА ТЕХНИЧКА ШКОЛА СТРУКОВНИХ СТУДИЈА

КРАГУЈЕВАЦ

ПРОЦЕС УСИСАВАЊА, САБИЈАЊА, ШИРЕЊА И ИЗДУВАВАЊА КОД ОТО МОТОРА

Семинарски рад

Предмет: Моторна возила

Предметни наставник: Студент:Душан Несторовић Даница Гајић дпл. инж. маши.

SADRŽAJ:

1 УВОД......................................................................................................................................3

2 РАДНИ ЦИКЛУС ЧЕТВОРОТАКТНОГ ОТО МОТОРА.................................................4

2.1 Први процес, усисавање.................................................................................................5

2.2 Други процес, сабијање..................................................................................................6

2.3 Трећи процес, сагоревање-ширење (експанзија).........................................................7

2.4 Четврти процес, издувавање..........................................................................................8

3 ПРОЦЕС ИЗМЕНЕ РАДНЕ МАТЕРИЈЕ КОД ЧЕТВОРОТАКТНИХ МОТОРА СА ПРИРОДНИМ УСИСАВАЊЕМ..................................................................................................9

4 РАДНИ ЦИКЛУС ДВОТАКТНОГ МОТОРА..................................................................11

5 ЗАКЉУЧАК.........................................................................................................................13

6 ЛИТЕРАТУРА.....................................................................................................................14

1 УВОД

У зависности од врсте горива мотори са унутрашњим сагоревањем (СУС) могу бити:

- Дизел - Бензински

Друга врста поделе је по броју хода клипа – такта и деле се на:

- Двотактне - Четворотактне

Код цетворотактних мотора  један радни циклус се одвије у току цетири такта. Такт подразумева онај део радног циклуса који се одвије у току једног хода клипа. Ход клипа представља  померање клипа од једног до другог крајнег положаја.

Двотактни мотор свој радни циклус обавља за два такта тј. за један обртај коленастог  вратила. Ово знаци да двотакни мотор при истом броју обртаја као и цетворотактни има два пута више радних тактова, односно, да двотакни мотор има потпуније искоришћење радног циклуса.

Задатак процеса измене радне материје је да што потпуније одстрани интерне продукте сагоревања из предходног циклуса и да што боље испуни радни простор свежом радном материјом. Квалитет тог процеса се дефинише помоћу три фактора, односно коефицијената, који оцењују обављено пражњење, пуњење и рад утрошен на њих. Процес усисавања, сабијања, ширења и издувавања је детањније описан и графички претстављен сликам и код двотактних и четворотактних мотора.

2 РАДНИ ЦИКЛУС ЧЕТВОРОТАКТНОГ ОТО МОТОРА

Радни циклус четворотактних мотора чине следећи циклуси:

1. усисавање – усисни вентил је отворен и клип се спушта што креира парцијални вакуум који увлачи гориво и ваздух (код бензинског мотора, а код дизела је мало другачије) у цилиндар,

2. компресија – оба вентила су затворена, клип се спушта и на тај начин компресује смешу. Пред сам крај овог дела циклуса смеша се пали,

3. сагоревање – како су оба вентила и даље затворена, под дејством запаљеног гаса који се шири, клип се поново спушта (у овом делу циклуса се врши користан рад који се искоришћава за добијање енергије),

4. издувавање – издувни вентил се отвара, клип се подиже и гас избацује из цилиндра.

Слика 1 Графички приказ циклуса

2.1 Први процес, усисавање

Први процес у току рада СУС мотора је усисавање. У овом процесу се смеша ваздуха и горива усисава у мотор (код мотора са спољашњим образовањем смеше, нпр. Ото мотор са карбуратором) или се усисава само ваздух, а гориво се убризгава под притиском (Ото мотор са директним убризгавањем). Код неких мотора се гориво убризгава тек у процесу компресије (Дизел мотор). Задатак процеса усисавања јесте да мотор обезбеди смешу горива или само ваздух за касније сагоревање. Такт бр. 1 на анимацији је процес усисавања.

 

Графички приказ првог такта (усисавање)

2.2 Други процес, сабијање

Процес компресије је врло битан, јер се у њему обезбеђују услови за сагоревање. У овом процесу мотор сабија усисану смешу, или само ваздух, повећавајући јој притисак и температуру. Већи притисак омогућава брже и експлозивније сагоревање, јер су молекули кисеоника из ваздуха и горива збијени и гориво много брже "похвата" молекуле кисеоника, брже реагује са њима при сагоревању. Код Дизел мотора, при крају сабијања се убризгава гориво и образује смешу. Такт бр. 2 на анимацији је процес сабијања.

Графички приказ другог такта (сабијања)

2.3 Трећи процес, сагоревање-ширење (експанзија)

У процесу сагоревања смеша горива и ваздуха се пали и сагорева ослобађајући огромну количину енергије. Гасови настали као производ сагоревања су под знатно већим притиском и температуром него смеша и имају огромну потенцијалну енергију. Начин паљења и сагоревања се разликује међу врстама мотора. Први тренуци такта бр. 3 на анимацији (бљесак) одговарају процесу сагоревања. Експанзија је процес који даје снагу мотору, тј. врши користан механички рад. Сви остали процеси постоје само да би створили услове за овај процес. У овом процесу сагорели гасови са огромном потенцијалном енергијом се шире, потискујући клип у клипном мотору, ротор у ванкел мотору, турбину у елисном млазном мотору или стварајући директан потисак у потисном млазном мотору вршећи механички рад. Овом процесу одговара већи део 3. такта анимације (онај после бљеска).

Графички приказ трећег такта (експанзије)

2.4 Четврти процес, издувавање

Доласком клипа у УМТ радно тело (смеша) је одало највећи део енергије па се посредством разводног механизма отвара издувни вентил и радно тело, сада већ продукт сагоревања - издувни гасови - се одводе у атмосферу. Кретањем клипа према СМТ врши се попотпуније истискивање радног тела. Доласком клипа у СМТ завршава се радни циклус цетворотактног ото мотор.

Графички приказ четвртог такта (издувавање)

За време извођења радног циклуса над радним телом је извршило мноштво узастопних промена стања радног тела (промена притиска, температуре и запремине), Све те промене стања радног тела изводе се по неком уређеном редоследу и њиховим остваривањем извршено је уношење свеже смеше у унутрашњост цилиндра, њено сабијање, паљење, сагоревање, ширење насталих продуката сагоревања и њихово удаљавање из цилиндра. Значи, све промене стања радног тела које се одвијају за време четири такта могу се груписати у промене:

- којима се врши прцес усисавања свежег пуњења,- којима се врши процес сабијања свежег пуњења,- којима се изводи процес паљења и сагоревања сабијене смеше,- којима се изводи процес ширења насталих продуката сагоревања,- којима се врши процес удаљавања (издувавања) продуката сагоревања

Слика 2. Графички приказ тока токова и процеса у циклусу четворотактног мотора

3 ПРОЦЕС ИЗМЕНЕ РАДНЕ МАТЕРИЈЕ КОД ЧЕТВОРОТАКТНИХ МОТОРА СА ПРИРОДНИМ УСИСАВАЊЕМ

Велики број четворотактних мотора обавља процес пуњења на рачун депресије коју ствара клип у цилиндру својим кретањем од СМТ према УМТ. На слици 2. приказан је шематски изглед усисног (а) и издувног (б) система четворотактног ото мотора са природним усисавањем.

Слика 3. – Изглед усисног (а) и издувног (б) система 4-т ото мотора са природним усисавањем уз приказ губитка притиска током пуњења (ц) и промене притиска у цилиндру у функцији хода клипа (д) и у функцији угла коленастог вратила (е) са приказаним издизањем вентила.

Слика 3. Процес измене радне материје код четворотактних мотора са природним усисавањем

На овој слици 3. су приказани струјни губици (пад притиска) у усисном систему (ц), део p-V дијаграма процеса измене радне материје (д) и ток притиска у цилиндру током отварања издувног и усисног вентила (е).

Код мотора са природним усисавањем не постоји посебан уређај којим се принудним путем свеже пуњење убацује у цилиндар, већ пуњење остварује усисавањем на рачун депресије створене кретањем клипа у цилиндру. Измена радне материје траје више од два такта односно хода клипа, састоји се од процеса издувавања и процеса усисавања.

Процес издувавања код четворотактних мотора се састоји из:

- слободног истицања,- принудног избацивања и- допунског истицања продукта сагоревања.

Први део процеса издувавања – слободно истицање – почиње отварањем издувног вентила. Као што је приказано на слици издувни вентил се отвара пре УМТ тако да под дејством притиска у цилиндру који због непотпуне експанзије још увек знатан (приближно 3 до 5 bar-a), гасови иструјавају из цилиндра одлазећи у издувни систем и даље у атмосферу. Раније отварање издувног вентила пре УМТ (за угао β=30-60оKV) је неопходно да би до почетка принудног издувавања притисак опао до нивоа околног притиска. Исувише касно или рано отварање овог вентила доводи до губитка рада. Оптимални тренутак се налази углавном експериментално и у принципу угао ранијег отварања расте са порастом броја обртаја мотора.

Након проласка клипа кроз УМТ, клип, својим даљим кретањем након отварања издувног вентила врши принудно избацивање гасова савлађујући струјне отпоре у издувном систему. Притисак гаса у цилиндру на линији издувавања зависи од отпора струјања у издувном систему тако да је он већи од притиска у издувном колектору, а још већи од притиска околине.

Процес издувавања траје све до затварања издувног вентила, што се дешава након СМТ за угао β2=5-30oKV. Уствари иструјавање може трајати све док притисак у цилиндру не дође близу притиска околине. Чак ни после тога, не мора постојати опасност од усисавања од избаченог гаса, јер је, због инерције, струја гасног стуба усмерена ка издувном систему, па долази до допунског истицања сагорелог гаса иако је клип прошао СМТ и удаљава се од ње.

4 РАДНИ ЦИКЛУС ДВОТАКТНОГ МОТОРА

Двотактни мотор обаља радни циклус у два такта, односно за два хода клипа тј. за једна обрт коленастог вратила. На слици 4. Приказан је принципијални изглед и рад двотактног мотора, а промена притиска у цилиндру мотора током радног процеса приказан је на слици 5. На примеру наједноставније варјанте овог мотора.

Процес сагоревања у двотактном мотору је исти као и код четворотактног мотора, тако да и ови мотори могу бити дизел или ото. Након сагоревања одвија се такт ширења који је и овде једини радни такт. Експанзија гаса траје све док клип својим кретањем не отвори излазни канал. Тада под дејством притиска, који је јос увек доста висок због натпуњеног ширења сагорели гас иструјава из радног простора тако да у њему притисак опада од притиска који је близак притиску околине. У том тренутку клип отвара улазни канал преко кога се под дејством натпуњеног компресора, под малим надпритиском убацује у цилиндар свеже пуњење (свеж ваздух или смеша бензина и ваздуха). Тиме долази до тзв. Испирања цилиндра када, преко улазног канала у вцилиндар улази свеже пуњење, које потискује испред себе сагореле гасове и избацује их изван цилиндра преко истовремено отвореног излазног канала.

Слика 4. Принципијалан начин одвијања циклуса двотактног мотора, а) ширење, б) почетак издувавања, ц) испирање радног простора, д) сабијање

При томе увек долази до већег или мањег мешања продукта сагоревања и свежег пуњења тако да се део свеже радне материје губи док док део сагорелих гасова остаје у цилиндру.

Због тога се процес измене радне материје двотактних мотора знатно комплеснији и мање квалитетан од истог процеса четворотактног мотора, тим пре што захвата знатно мањи део укупног радног циклуса. У сваком случају двотактни мотор мора имати напојни компресор који ће након отварања преливног канала, под малим надпритиском убацити свеже пуњење. Процес испирања цилиндра траје све док клип, прошавши кроз УМТ не затвори најпре улазни канал, да би се нешто касније затворио и излазни канал. Тиме почиње права компресија пуњења која се налази у цилиндру, иако је сам такт сабијања почео у ствари већ након преласка клипа кроз УМТ. Пре доласка клипа у СМТ, где се завршава сабијање долази до паљења ( било варницом било самопаљењем) и сагоревања након чега се циклус понавља.

Слика 5. Такт притиска у цилиндру двотактног мотора

Преднос двотактних мотора у односу на четворотактне моторе, су јеноставност и два пута већи број радних токова при истом броју обртаја, због чега постоји реална могућност постизања веће снаге из исте запремине. Међутим има два пута већи број радних тактова у јединици времена него четворотактни мотор, због слабије измене радне материје снага двотактног мотора није два пута већа него само за око 50 до 80 %. Такође због лошијег квалитета измене радне материје економичност двотактног мотора је нешто лошија. Због тога се двотактни мотор користи углавном код мањих мотора ( за моторцикла, пољопривредну механизацију, ванбродске моторе и сл.) у ото варјанти.

5 ЗАКЉУЧАК

У овом раду смо описали процес измене радне материје код четворотактних и двотактних мотора. Код четворотактних мотора радни циклус се састоји из четри такта и то, процес усисавања, процеса сабијања, процеса ширења и процеса издувавања. У првом такту се смеша ваздуха и горива усисава у мотор, затим у другомтакту мотор сабија усисану смешу, или само ваздух, повећавајући јој притисак и температуру, у трецем такту смеша горива и ваздуха се пали и сагорева ослобађајући огромну количину енергије и на крају у цетвртом такту се отвара издувни вентил и издувни гасови се одводе у атмосферу.

Затим смо у трецем поглављу описали процес измене радне материје код четворотактних мотора са природним усисавањем. На слици 3. Смо детаљније описали и графички преставили процес измене радне материје, и такође смо рекли да измена радне материје траје више од два такта односно хода клипа, састоји се од процеса издувавања и процеса усисавања. И на крају смо претставили падни циклус двотактних мотора и такође смо графички представили и детаљније објаснили, а на PV дијаграму смо представили такт притиска у цилиндру двотактног мотора.

6 ЛИТЕРАТУРА

[1] Мирољуб С. Томић, Стојан В. Петровић, Мотори са унутрашњим сагоревањем, Машински факултет, Београд, 2008

[2] http://www.motorna-vozila.com/tag/ciklus-cetvorotaktnog-motora/

[3] Душан Несторовић Моторна возила, Висока техничка школа Крагујевац