Motor s unutrašnjim sagorijevanjem

Motor s unutrašnjim sagorijevanjem (SUS-motor) jeste motor kod kojeg se sagorijevanje goriva (obično fosilnih goriva) odvija u komori za sagorijevanje. Kod ovih motora toplotna energija goriva kroz proces sagorijevanja u cilindru motora prvo se pretvara u toplotnu energiju, a potom se ta energija pretvara u mehanički rad, koji se manifestira kretanjem klipa unutar cilindra. Prvi SUS-motor napravio je Étienne Lenoir.^[1]^[2]^[3]^[4]

Pojam motor s unutrašnjim sagorijevanjem obično se odnosi na SUS-motore kod kojih se proces sagorijevanja obavlja s prekidima. Osim ovih, postoje i motori s unutrašnjim sagorijevanjem kod kojih se proces sagorijevanja obavlja kontinuirano i takvi motori su plinske turbine, mlazni motori (reaktivni motori) i većina raketnih motora. Ovi SUS-motori s kontinuiranim procesom sagorijevanja rade na istom principu kao i prethodno opisani.^[1]^[2]^[3]^[4]

Primjena

Motor s unutrašnjim sagorijevanjem najčešće se koristi za pogon automobila, građevinskih, poljoprivrednih i prijenosnih mašina i najveći broj vozila. Najveća prednost ovih izvora energije jeste relativno dobar omjer težine i snage motora. Općenito koristeći fosilna goriva, ovi motori su našli široku primjenu kod gotovo svih vozila (automobili, kamioni, motocikli, brodovi i neki tipovi aviona i lokomotiva). U slučajevima gdje je potrebna velika snaga uz malu težinu motora koriste se plinske turbine. Takve primjene nalazimo kod aviona, helikoptera, velikih brodova i slično.

Podjela

Podjela motora s unutrašnim sagorijevanjem može se izvršiti na više načina.

Podjela po hodnji:

sporohodni

srednjehodni

brzohodni.

Prema vrsti goriva i procesu sagorijevanja:

benzinski (Otto-motor)

dizelski motor.

Prema taknosti:

Po konstrukciji:

redni motori
V-motori
bokserski motori (motori s protivhodnim klipovima)
Wankelovi motori
zvjezdasti motori.

Prema broju okretaja (ili kretnosti):

sporokretni

srednjekretni

brzokretni.

Prema radnosti motora:

jednoradni

dvoradni.

Podjela po taktnosti

Dvotaktni motori

Princip rada dvotaktnog motora je jednostavan. Dvotaktni motor ima dva takta. Prvi takt sadrži usisavanje i komprimiranje zraka, dok je drugi takt radni, odnosno sadrži ekspanziju i izbacivanje sagorjelih plinova. Kretanjem klipa iz donje mrtve tačke (u daljnjem tekstu DMT) započinje prvi takt. Na donjem dijelu zida cilindra nalaze se usisni kanali za usisavanje svježeg zraka koji potiskuje punjač. Prolaskom klipa iznad usisnih kanala prestaje dotok svježeg zraka i počinje komprimiranje zraka. Klip se kreće prema gornjoj mrtvoj tački (u daljnjem tekstu GMT). Kad klip stigne u GMT, započinje radni takt. Međutim, ubrizgavanje goriva započinje nekoliko stepeni prije GMT-a. Ubrizgavanjem goriva u prostor cilindra ono se samozapaljuje zbog visoke temperature komprimiranog zraka i fino raspršenog goriva. Gorivo se ubrizgava pod pritiskom od oko 150 bara. Nakon ekspanzije klip kreće prema DMT-u i okreće vratilo na koje je spojen. Izbacivanje sagorjelih plinova počinje kad klip svojim kretanjem prema DMT-u otvori ispušne kanale na zidu cilindra, koji su smješteni iznad usisnih kanala tako da većina izgorjele smjese iziđe van prostora cilindra, tako da, kad klip otvori usisne kanale, svježi zrak pomogne ispiranju cilindra od izgorjele smjese. Dolaskom klipa u DMT završava se radni takt i počinje prvi.

Gornji opis je opis dvotaktnog dizelskog motora, a kod benzinskih motora postoji nekoliko razlika. U cilindar se ubacuje smjesa zraka i goriva, koja se tlači, a zatim se, nekoliko stupnjeva prije GMT-a, pali iskrom iz svjećice.

Četverotaktni motori

Princip rada četverotaktnih motora malo je složeniji od rada dvotaktnog motora. Prvi takt je usisavanje gorive smjese ili zraka. Kretnjom klipa iz GMT-a prema DMT-u otvara se usisni ventil, koji se zatvara nešto prije dolaska klipa u DMT. Slijedi drugi takt ili komprimiranje smjese (zraka). Kretnjom klipa iz DMT-a prema GMT-u klip komprimira smjesu (zrak) koja se pali nekoliko stupnjeva prije GMT-a. Kod benzinskih motora svjećica pali smjesu zraka i benzina, a kod dizelskih motora gorivo se ubrizgava u cilindar u kojem je sabijeni zrak visoke temperature i ono se samozapaljuje. Treći takt je ekspanzija, koja je radni takt. Klip se kreće iz GMT-a prema DMT-u eksplozijom nastalom zapaljivanjem smjese. Nešto prije DMT-a otvara se ispušni ventil i klip svojim kretanjem prema GMT-u istiskuje izgorjelu smjesu izvan cilindra. Nešto prije GMT-a otvara se usisni ventil, koji dodatno pospješuje ispiranje cilindra. Dolaskom klipa u GMT zatvara se ispušni ventil i završava ispušni takt te proces počinje ispočetka.

Podjela po vrsti izrade

Redni motori

Redni motori su motori s unutrašnjim sagorijevanjem u kojima su dva ili više cilindara (najčešće 4) postavljeni u jednom redu.

V-motor

Proizvode se sa 2, 4, 6, 8, 10 ili 12 cilindara (paran broj cilindara od 2 naviše). Postavljaju se pod uglom od maksimalno 60 stepeni, čime se štedi na veličini motora.

Bokserski motor

Bokserski motor je motor s unutrašnjim sagorijevanjem kod kojeg su cilindri smješteni jedan nasuprot drugog u jednoj horizontalnoj ravnini (pod uglom od 180°). Obično imaju paran broj cilindara: 2, 4 ili 6. Prvi i najpoznatiji proizvođač je Porsche, koji je prvi konstruirao i upotrijebio ovaj motor u svojim automobilima nedugo nakon Drugog svjetskog rata (1946).

U brodskoj primjeni, tj. za velike motore izrađivao se Doxford motor.

VR-motori

Kombinacija rednog i V-motora

Zvjezdasti motor

Zvjezdasti motori su motori s unutrašnjim sagorijevanjem kod kojih su cilindri raspoređeni zvjezdasto s radilicom u sredini. Osnovna primjena im je u avijaciji, a ponekad su se ugrađivali i u tenkove. Specifičnost rasporeda cilindara omogućuje vrlo efikasno hlađenje zračnom strujom, pa samim tim kod upotrebe u avionima nije potreban nikakav dodatni sistem hlađenja te se tako ostvaruje i ušteda na težini. Sljedeća ušteda na težini jest i u obliku izlaznog vratila – radilice, koja je izvedena sa samo jednim koljenom, za razliku od svih ostalih konstrukcija, gdje je potrebno po jedno koljeno za svaki cilindar kod rednih ili po jedno koljeno za svaki par cilindara kod V-motora.

Princip rada

Četverotaktni ciklus SUS-motora (ili Ottov ciklus)
1. Usisavanje
2. Sabijanje
3. Sagorijevanje
4. Ispuhivanje

U zavisnosti od broja radnih ciklusa ili taktova postoje i različiti principi rada motora s unutrašnjim sagorijevanjem. Ovdje će se ukratko opisati princip rada četverotaktnog klipnog SUS-motora.

Svaki četverotaktni SUS-motor u toku rada mora obaviti sljedeća 4 takta:

takt usisavanja
takt sabijanja (kompresije)
takt sagorijevanja, odnosno širenje (ekspanzija)
takt ispuhivanja.

Razlike između pojedinih vrsta SUS-motora su u vremenu, mjestu i načinu vršenja ovih procesa. Neki motori vrše sve procese istovremeno, ali na različitim mjestima u motoru (npr, mlazni motor) dok neki vrše procese na istom mjestu, ali u različito vrijeme (npr, klipni Otto i dizelski motori).

Takt usisavanja

Prvi radni takt u toku rada SUS-motora jeste takt usisavanja. Za vrijeme ovog takta smjesa zraka i goriva usisava se u motor (kod motora s vanjskim obrazovanjem smjese, npr, Otto-motor s karburatorom) ili se usisava samo zrak, a gorivo se ubrizgava pod pritiskom (Otto-motor sa direktnim ubrizgavanjem). Kod nekih motora gorivo se ubrizgava tek u taktu kompresije (dizelski motor). Zadatak procesa usisavanja jeste da motor osigura smjesu goriva ili samo zrak za kasniji radni takt u toku kojeg se vrši sagorijevanje te smjese. Za vrijeme trajanja ovog takta klip se kreće iz GMT-a ka DMT-u, pri čemu je otvoren usisni, a zatvoren ispušni.

Takt sabijanja

Takt kompresije vrlo je bitan jer se u njemu osiguravaju uvjeti za sagorijevanje smjese u cilindru motora. U ovom procesu motor sabija usisanu smjesu ili samo zrak, povećavajući joj pritisak i temperaturu. Veći pritisak omogućava brže i eksplozivnije sagorijevanje jer su molekule kisika iz zraka i goriva zbijeni i gorivo mnogo brže "pohvata" molekule kisika, brže reagira s njima pri sagorijevanju. Kod dizelskog motora pri kraju takta sabijanja ubrizgava se gorivo i obrazuje se goriva smjesa. U toku ovog takta klip se kreće u suprotnom pravcu, tj. od DMT-a prema GMT-u. I usisni i ispušni ventili su zatvoreni.

Takt sagorijevanja (ekspanzije)

Za vrijeme takta sagorijevanja smjesa goriva i zraka pali se i sagorijeva oslobađajući ogromnu količinu energije. Plinovi nastali kao proizvod sagorijevanja pod znatno su većim pritiskom i temperaturom nego smjesa i imaju ogromnu potencijalnu energiju. Energija ostvarena u ovom radnom taktu ustvari vrši koristan mehanički rad. Svi ostali taktovi zapravo su u službi ovog takta, odnosno stvaranja energije, koja potiskuje klip u klipnom motoru, pokreće rotor u Wankelovom motoru i turbinu u mlaznom motoru ili stvara direktan potisak u potisnom mlaznom motoru. Način paljenja i sagorijevanja razlikuje se u zavisnosti od vrste motora. U toku ovog takta klip se kreće od GMT-a do DMT-a, a oba ventila su zatvorena.

Ispuhivanje

Kad sagorjeli plinovi svoju potencijalnu energiju pretvore u mehanički rad, postaju beskorisni i moraju se izbaciti iz cilindra motora. To se obavlja u radnom taktu ispuhivanja, pri čemu se klip kreće od DMT-a prema GMT-u, tokom čega je usisni ventil zatvoren, a ispušni ventil otvoren, preko kojeg se beskorisni plinovi izbacuju u atmosferu.

Kod klipnih motora, zbog brzine odvijanja ovih procesa i inercije plinova, često se 2 radna takta obavljaju istovremeno (sljedeći počne prije no što se prethodni završio). Naprimjer, proces sagorijevanja kod četverotaktnih Otto i dizelskih motora često se preklapa s taktovima sabijanja i sagorijevanja.

Osnovni dijelovi klipnih SUS-motora

Osnovni dijelovi motora zavise od izvedbe i veličine motora. Osnovni dijelovi SUS-motora jesu nosač motora, blok motora, koljenasto vratilo, klip, klipnjača, cilindar, glava motora, ispušni i usisni ventili, rasplinjač i pumpa visokog pritiska za ubrizgavanje goriva (kod dizelskih) ili karburator i svjećica (kod Otto-motora).

Nosač motora

To je donji dio motora, na kojem je smješten cijeli motor sa svim njegovim dijelovima. S njegove donje strane nalazi se rezervoar koji služi kao spremište za ulje za podmazivanje kod manjih motora, a kod većih motora ovaj rezervoar služi za sakupljanje, a potom za odvođenje ulja u poseban rezervoar.

Blok motora

On je ustvari kućište motora u kojem se praktično nalaze svi dijelovi motora. U njemu su i cilindri motora, kao i otvori za hlađenje motora, kojima cirkulira rashladno sredstvo. Blok motora kod automobila najčešće se izrađuje od lahke legure zbog smanjenja cjelokupne mase automobila. Blokovi velikih motora (kao što su brodski) izrađuju se livenjem.

Koljenasto vratilo

Glavni zadatak koljenastog vratila ili radilice jeste da pravolinijsko kretanje klipa pretvori u rotirajuće kretanje na izlazu iz motora, tj. da energiju koja je nastala u cilindru tokom procesa sagorijevanja preko niza elemenata motora (klipa, klipnjače) prenese na izlaznu osovinu. Preko koljenastog vratila ta energija se dalje predaje točkovima, odnosno osovini brodskog vijka ili osovini voza. Koljenasto vratilo sastoji se od niza koljena, a njihov broj zavisi od broja cilindara SUS-motora.

Klipnjača

Klipnjača je element koji se nalazi unutar cilindra i spojni je element između klipa i koljenastog vratila kod malih motora, odnosno između glave motora i koljenastog vratila kod velikih brodskih motora. Svojim pravolinijskim kretanjem učestvuje u pretvaranju pravolinijskog kretanja klipa u obrtanje koljenastog vratila, odnosno radilice. Obično se izrađuje kovanjem ili livenjem.

Klip

Klip je dio motora koji se nalazi unutar cilindra motora i koji se kreće pravolinijski od GMT-a do DMT-a. Oslobođenu energiju u toku takta sagorijevanja prenosi preko klipnjače na koljenasto vratilo, pri čemu se pravolinijsko kretanje klipa manifestira obrtanjem koljenastog vratila.

Ventili

Usisni i ispušni ventili najčešće su smješteni u glavi cilindra, tj. na vrhu cilindra motora. Najčešća izvedba je od dva ventila po cilindru, kod većine četverotaktnih motora, dakle, 1 usisni i 1 ispušni ventil. Kod novijih benzinskih motora pojavljuje se izvedba od 4 ventila po cilindru: 2 usisna i 2 ispušna. Rijetko se pojavljuje i izvedba s 3 ventila po cilindru. Kod takve izvedbe jedan je usisni ventil, a dva su ispušna. Ventili se pogone bregastim vratilom, koje je zupčastim remenom spojeno s koljenastim vratilom. Najvažnija stvar je usklađenost položaja bregastog s položajem koljenastog vratila zbog pravovremenog otvaranja i zatvaranja usisnih i ispušnih ventila, da se ne bi desilo da klip dođe u dodir s ventilima za vrijeme svog pravolinijskog kretanja u cilindru. Dvotaktni motori imaju samo ispušni ventil (ili više njih) dok se usisavanje obavlja pomoću kanala na košuljici cilindra.

Pumpa visokog pritiska za ubrizgavanje goriva

Pumpa visokog pritiska za ubrizgavanje goriva je uređaj za ubrizgavanje goriva a nalazi se samo kod dizel motora zbog drugačijeg procesa koji se odvija u cilindru motora. Naime kod dizel motora ne postoje svjećice koje iniciraju paljenje gorive smjese već se pri kraju takta sabijanja kada pritisak zraka u cilindru dostigne određeni pritisak i određenu temperature, u cilindar ubrizgava gorivo pod visokim pritiskom pri čemu dolazi do njegovog samozapaljenja usljed visokog pritiska i temperature sabijenog zraka koji se nalazi u cilindru. Pritisak ubrizgavanja je rastao tokom razvoja ove vrste motora te je danas dostigao vrijednost od 1200 bara.

Bregasto vratilo

Ova specijalna vrsta vratila na sebi ima tzv. bregove, koji prilikom obrtanja bregastog vratila otvaraju i zatvaraju usisne, odnosno ispušne ventile. Ovo vratilo spojeno je s koljenastim, a veza između njih ostvaruje se preko različitih prijenosnih mehanizama: zupčastim prijenosom (zupčastim remenom i zupčastim remenicama), lančanim prijenosima (lancem i lančanikom) i slično.

Karburator

Karburator je uređaj koji se nalazi ispred cilindra motora i u kojem se pravi smjesa zraka i goriva za motor s unutrašnjim sagorijevanjem. Karakteristika karburatora je ta da se koristi samo kod benzinskih motora jer služi za raspršivanje goriva u struji zraka prije nego se ta smjesa usisa u cilindar za vrijeme prvog radnog takta. Karburator je bio među prvim patentima Karla Benza jer je on razvio motor s unutrašnjim sagorijevanjem i njegove dijelove. Godine 1885. Wilhelm Maybach i Gottlieb Daimler razvili su karburator za svoj motor, čiji se rad zasniva na principu brizganja brizgaljkama. Karburatori su bili uobičajeni dio benzinskih motora proizvedenih u većem dijelu SAD-a do kraja 1980-ih, kad je prevladao princip ubrizgavanja goriva u cilindre SUS-motora.

Većina proizvođača automobila nastavila je s ugradnjom karburatora zbog nižih troškova, ali od 2005. mnogi novi modeli uvode princip ubrizgavanja goriva.

Svjećica

Kod benzinskih SUS-motora, za razliku od dizelskih, koristi se svjećica. To je mali električni uređaj koji visoki napon s magneta pretvara u iskru na njenom vrhu za paljenje gorive smjese u cilindru SUS-motora. Paljenje iskre dešava se na kraju takta sabijanja, usljed čega dolazi do procesa sagorijevanja gorive smjese, čime otpočinje radni takt sagorijevanja.

Među prvim izumiteljima koji su patentirali svjećicu bili su Nikola Tesla, Richard Simms i Robert Bosch. Karl Benz također je značajno pridonio njenom razvoju.

Upotreba

Motori s unutrašnjim sagorijevanjem danas imaju vrlo široku primjenu. Glavne su pokretanje automobila, broda, voza, aviona; služe i kao pogon za mnoge pumpe, generatore i još mnogo drugih stvari. Različitih su vrsta izrade i veličina, od vrlo malih za pogon maketa do vrlo velikih brodskih motora.

Također pogledajte

Reference

^ ^a ^b Encyclopædia Britannica. "Encyclopædia Britannica: Internal Combustion engines". Britannica.com. Pristupljeno 28. 8. 2010.
^ ^a ^b "Internal combustion engine". Answers.com. 9. 5. 2009. Pristupljeno 28. 8. 2010.
^ ^a ^b "Columbia encyclopedia: Internal combustion engine". Inventors.about.com. Arhivirano s originala, 21. 7. 2012. Pristupljeno 28. 8. 2010.
^ ^a ^b "Private Tutor". Infoplease.com. Arhivirano s originala, 15. 5. 2011. Pristupljeno 28. 8. 2010.

Vanjski linkovi

Commons logo

Commons ima datoteke na temu: Motor s unutrašnjim sagorijevanjem

Animated Engines – objašnjenje vrsta SUS-motora
youtube – animacija rada i komponente četverotaktnog SUS-motora
Kako radi SUS-motor

[r1-1] Encyclopædia Britannica. "Encyclopædia Britannica: Internal Combustion engines". Britannica.com. Pristupljeno 28. 8. 2010.

[r2-2] "Internal combustion engine". Answers.com. 9. 5. 2009. Pristupljeno 28. 8. 2010.

[r3-3] "Columbia encyclopedia: Internal combustion engine". Inventors.about.com. Arhivirano s originala, 21. 7. 2012. Pristupljeno 28. 8. 2010.

[r4-4] "Private Tutor". Infoplease.com. Arhivirano s originala, 15. 5. 2011. Pristupljeno 28. 8. 2010.

[1]

[2]

[3]

[4]