Informacije

Podsistemi motora 112.07.2005. @ 13:55:08
Galerija slika
Poaljite komentar
Reprint od 18.11.2003.


OK, u prethodnom tekstu smo se upoznali sa radom motora, njegovim ciklusima i fazama rada u osnovnim crtama. Naravno, to je samo mali deo cele te masinerije pod haubom. Da bi motor mogao pravilno i, sto je najvaznije, bezbedno da radi potrebni su mu podsistemi raznih vrsta koji bi to sve omogucavali. Veliki je broj podsistema jednog modernog agregata, ali se uvek mogu izdvojiti oni najvazniji. U ovom tekstu ce biti vise reci o sistemu koji omogucava paljenje smese u cilindru, zatim ce blize biti objasnjen rad bregaste osovine i njen uticaj na performanse i druge parametre agregata. Na kraju, analiziracemo i sistem za hladjenje motora.


Nije bez razloga prvi “na tapetu” sistem za paljenje smese. Ovaj sistem objedinjuje sve ostale sisteme i podsisteme. Paljenje smese u cilindrima predstavlja glavni cin rada motora i njegovo pravilno funkcionisanje je uvek primarno. Ovaj sistem mora da obezbedjuje, pre svega, pravilan, odnosno uskladjen tajming rada sa ostatkom motora. Sama njegova funkcija je da stvori potrebnu energiju unutar motora, paljenjem smese vazduha i goriva. To paljenje smese mora biti uvek u pravom trenutku, jer u suprotnom moze da izazove gubitak snage i povecanu potrosnu goriva. Ono se omogucava uz pomoc varnice, koju izaziva svecica unutar cilindra. Kao sto vec znamo, unutar cilindra se nalazi klip koji se pomera gore-dole. To njegovo kretanje omogucava varnica, koja u odredjenom trenutku pali smesu u cilindru i velikom silom ‘tera’ klip na dole. Dakle, svecica treba da obezbedi varnicu kada se klip nalazi u maksimalnom gornjem polozaju. Zapravo, najbolje je da se to desi pre nego li klip dostigne svoj najvisi polozaj, odnosno pre nego sto se dostigne maksimalna vrednost kompresije, jer se tada obezbedjuje najveci moguci pritisak u cilindru, koji ce dugo imati visoku vrednost. Tako imamo poznat efekat “zaostajanja varnice” kada motor radi pri vecem broju obrtaja. Naime, sto brze motor radi, to pre svecica mora da obezbedi varnicu. Ovo takodje povecava kolicinu izduvnih gasova, tako da proizvodjac mora da vodi racuna i o tom faktoru. Dakle, varnica ne treba ‘da se desi’ suvise rano, tako da se u serijskim automobilima rad svecice ipak prblizava tom gornjem polozaju klipa u cilindru, odnosno maksimalnoj kompresionoj vrednosti, stvarajuci tako optimum odnosa snage i izduvnih gasova. Sada cemo se upoznati sa osnovnim elementima ovog sistema. Pre svega, to je svecica koja obezbedjuje samu varnicu. Njena koncepcija je relativno jednostavna. Svecica treba da dobije 40000 – 100000 volti struje, koje ce kasnije pretvoriti u dovoljno jaku varnicu. Sama svecica se sastoji iz elektrode, koja provodi struju, i keramicke izolacije, koja je obavijena oko elektrode i usmerava struju kroz elektrodu, koja se kasnije indukuje u bloku motora i biva uzemljena. Svecica mora da izdrzava visoke pritiske, velike temperature i da bude otporna na razna hemijska jedinjenja. Svecica se, prilikom rada, veoma brzo zagreva, s obzirom na keramicku oplatu. Zapravo, sto je veci kontakt te keramike sa metalnim delom u svecici to je i izrazenije njeno zagrevanje. Ovo zagrevanje omogucava da elektroda uvek ostane “cista”, dakle nema izrazenog uticaja hemikalija sa kojima vrh elektrode stalno dolazi u kontakt. Samim tim, postoje razne vrste svecica zavisno od vrednosti temperature koja se dostize u motoru. Jaci motori lako dostizu visoke temperature unutar motora i njima trebaju svecice koje nemaju veliki kontakt izolatora sa elektrodom i samim tim se ne zagrevaju previse. Zato je vrlo bitno, pri zameni svecica, odabrati prave koje ce odgovarati vasem tipu motora. Sledeci element sistema paljenja smese je bobina. Ona je, ne racunajuci akumulator, prva u lancu uredjaja koji obezbedjuje i provodi struju do same svecice. Bobina se sastoji od dva kalema zice – primarnog i sekundarnog. Sekundarni je namotan oko primarnog i sadrzi stotinu puta vise namotaja zice. Sama bobina je, sa jedne strane, povezana sa akumulatorom koji predstavlja izvor struje, a sa druge tu struju dalje provodi do razvodne kape. Kada struja udje u bobinu, ona prvo prolazi kroz primarni namotaj. Tada se ona ponasa kao elektro-magnet, a takodje i kao induktor. Oko primarnog namotaja se stvara elektro-magnetsko polje. Sekundarni namotaj potpomaze stvaranje veoma snaznog elektro-magnetnog polja, potpomazuci primarni kalem. Kao rezultat, dobijamo struju visoke voltaze (iskljucivo zahvaljujuci velikom broju namotaja sekundarnog kalema) koja se dalje distribuira do razvodne kape. Razvodna kapa je uredjaj valjkastog oblika crvene boje, koji je sa jedne strane povezan sa bobinom, a sa druge povezuje kablovima svaku od svecica. Svaki kabl – jedna svecica; svaka svecica – jedan cilindar! Unutar razvodne kape se nalazi rotor koji se okrece u smeru kazaljke na casovniku. Njegovo kretanje omogucava rotiranje bregaste osovine, tako da sada lako mozemo locirati razvodnu kapu – ona se nadovezuje na kraj bregaste osovine, koja se nalazi iznad glave motora. Rotor je povezan sa bobinom i preko nje on dobija struju. Sa svake strane razvodne kape je postavljen konektor, koji je povezan sa kablom koji dalje vodi do svecice. Dakle, u cetvorocilindricnom motoru cemo imati cetiri ova konektora u razvodnoj kapi, jer takav motor koristi cetiri svecice. Rotor rotira i jedna njegova tacka uvek dolazi u kontakt sa jednim od spomenutih konektora. U tom trenutku, kratak ali veoma snazan “snop” elektricne struje dospeva preko kabla do svecice, gde se ta struja pretvara u varnicu neophodnu za stvaranje eksplozije smese unutar cilindra, kao sto smo gore vec spomenuli. Kao sto vidite, ovo je jedan veoma slozen proces koji se sastoji iz velikog broja operacija koje moraju imati savrsenu sinhronizaciju! Zbog ove cinjenice se javljalo veliki broj problema, pa je danas malo automobila koji koriste ovakvu tehniku razvodne kape. Velika vecina automobila, koja koristi razvodnu kapu, struju do svecice salje uz pomoc pravovremene komande iz glavnog kompjutera (ECU). Kazem “…koja koristi razvodnu kapu” zato sto cete danas vrlo tesko naci nov automobil koji poseduje istu. Naime, kako je ovo vrlo bitan sklop, odnosno sistem u pogonskom agregatu automobila, tako je upravo ovaj sistem znacajno ‘evoluirao’ u poslednjih dvadesetak godina. Tako danas imamo motore koji nemaju u sebi razvodnu kapu, vec nad ovim sistemom ECU ima punu kontrolu. On direktno odredjuje poziciju klipova u motoru i u odredjenom momentu salje ‘signal’ da struja moze da dodje do svecica. Jos jedna razlika ovog sistema jeste ta da vise ne postoji jedna, centralna bobina, vec sada svaka svecica ima svoju malu bobinu, koja dobija informacije iz ECU-a. Ovo u velikoj meri doprinosi produzenom intervalu redovnog servisiranja Vaseg novog automobila, jer su eliminisana dva elementa iz sistema prethodne generacije koja su se najcesce kvarila – razvodna kapa sa rotorom i kablovi, koji su povezivali svecice sa razvodnikom.



Bregasta osovina predstavlja jedan od najvaznijih elemenata motora automobila. Od njenog rada zavisi bukvalno sve – snaga motora, potrosnja goriva, kolicina izduvnih gasova, trajnost motora… Od ranije znamo da bregasta kontrolise rad usisnih i izduvnih ventila i to cini preko specijalnih ‘bregova’ koji se nalaze duz nje. Oni su specijalno postavljeni tako da se ne moze desiti da i usisni i izduvni ventil budu istovremeno otvoreni. Bregasta osovina je povezana i ima uskladjen rad sa radilicom, koja regulise rad klipova, i time svodimo verovatnocu da dodje do desinhronizacije izmedju pozicije klipova i ventila na nulu! Do sada su se u svetu proizvodile iskljucivo fiksne bregaste osovine. Sta to znaci? Pa, to znaci da ce ta bregasta osovina raditi savrseno samo za jednu, odredjenu brzinu obrtaja motora. Naime, pri nizim obrtajima najbolje bi bilo kada bi se usisni ventil otvarao pri maksimalnom gornjem polozaju klipa u cilindru, a izduvni kasnije pri maksimalno donjem. Ali ako ‘ubrzamo’ motor na nekih 4-5-6000 obrtaja po minuti, takva konfiguracija rada bregaste nam ne bi vise odgovarala. Tada bismo zeleli da se usisni ventil otvara nesto ranije, kao i da se zatvara nesto kasnije – cak i kada klip predje u kompresionu fazu ciklusa! Uzrok ovoga je veoma brz rad motora u tom rezimu obrtaja, to je brzina od nekih 30-40 otvaranja i zatvaranja ventila u sekundi! Takav rad motora zahteva vrlo brzo ubrizgavanje smese vazduha i goriva u cilindre u vremenu dok su usisni ventili otvoreni. To vreme se meri vec u nano-sekundama, tako da se mora produziti vremenski interval ubrizgavanja smese u cilindre. Kao sto ovakva konfiguracija bregaste osovine ne bi bila efikasna pri malom broju obrtaja, tako ni ona prethodno spomenuta konfiguracija ne bi funkcionisala u visem rezimu obrtaja motora! Zato su proizvodjaci do sada trazili nekakve kompromise u najoptimanijoj mogucoj konfiguraciji bregaste za odredjeni model, tako da su takvi automobili bili vrlo ograniceni, pre svega u pogledu performansi, pa potom i u potrosnji i u izduvnim gasovima. Tek u poslednjih nekoliko godina se u motore pocela ugradjivati nova tehnologija znana kao -varijabilni tajming otvaranja ventila-. Pioniri ove tehnologije su bili Toyota i Daimler-Chrysler, dok je danas koriste skoro svi znacajniji proizvodjaci automobila – kod Honde je oznaka za ovu tehnologiju VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control), kod Tojote VVT-i (Variable Valve Timing)… U svakom slucaju, glavni stos ove tehnologije je da se pri vecem broju obrtaja usisni ventil duze zadrzi otvoren i tako omoguci dotok vece kolicine smese u cilindar! To se postize kombinacijom elektronike (kontrolisane od strane ECU-a) i mehanike (ugradjuju se dodatni delovi bregaste osovine koje regulisu rad samo usisnih ventila). Ovi dodatni delovi bregaste nemaju funkciju u nizem rezimu obrtaja motora, vec se aktiviraju pod komandom elektronike, na odredjenom, visem broju obrtaja. Konkretno i detaljnije o ovoj tehnologiji ce biti vise reci u nekim od sledecih tekstova. Postoji nekoliko vrsta samih bregastih osovina. Dve su osnovne – singl (SOHC) i dupla (DOHC) bregasta iznad glave motora. SOHC je danas redji, barem sto se novijih modela tice. Ovakva bregasta kontrolise rad svih ventila putem samo jedne osovine, postavljene iznad glave motora. Ona je karakteristicna za motore sa dva ventila (po jednim usisnim i izduvnim) po cilindru. DOHC je opste-primenjen u danasnjoj proizvodnji. U ovom slucaju, dakle, postoje dve bregaste osovine koje kontrolisu rad ventila u jednoj liniji cilindara. Ovo sam rekao jer, naravno, postoje i npr. motori sa ‘V’ rasporedom cilindara, koji u tom slucaju imaju dve linije cilindara (V6 ce imati dve linije po tri cilindra, V8 dve linije po cetiri…) pa tako imaju ukupno cetiri bregaste osovine u DOHC tehnici. DOHC omogucava motoru, pre svega, vecu elasticnost a potom i vecu snagu uz manju potrosnju. Vrlo ubedljivo, zar ne? Apsolutno vazi recenica da “sto je vise ventila, to bolje radi motor”, tako da danas najcesce imamo motore sa po cetiri (pa i pet) ventila po cilindru. Najcesci i jedan od najvecih problema koje vas mogu zadesiti na Vasem automobilu je vezan za rad bregaste osovine. Kao sto sam jos na pocetku pasusa rekao, bregasta je savrseno sinhronizovana sa ostatkom masinerije u motoru i tu sinhronizaciju postize, pre svega, uz pomoc kaisa kojim su povezani svi rotirajuci elementi motora. Dakle, u slucaju da kaisa nema, rotirala bi samo radilica saklipnjacama (drske klipova) i klipovima, dok bi ostatak motora mirovao. I to je moguce samo u teoriji. Problem je dakle kada taj kais pukne! U tom slucaju neki od ventila na glavi motora ce sigurno ostati otvoren, odnosno jedan njegov deo ce uci u cilindar i tako ce ostati, posto se bregasta, usled nepostojanja kaisa, vise ne okrece. Na taj ‘zaronuli’ ventil ce zatim, punom snagom, naleteti klip, koji se u tom trenutku nalazi u kompresionoj fazi ciklusa, i bukvalno ce lansirati taj ventil kroz glavu motora! Mislim da je ovo najveca steta koja moze zadesiti vas motor. Ono sto jos mozemo reci o bregastim osovinama jeste njihova skorija buducnost. Naime, svi su izgledi da bregastih osovina u skorijoj buducnosti vise nece biti! Razlog tome je svakako jos uvek nedovoljna iskoriscenost punog kapaciteta i snage motora koju prouzrokuje nedovoljno varijabilni tajming otvaranja i zatvaranja ventila, koji bregasta danas ostvaruje. Ocekuje se da ce kompletan danasnji sistem bregaste osovine biti zamenjen uredjajem koji ce, najverovatnije pod kontrolom ECU-a, u trenutku odredjivati interval otvorenosti/zatvorenosti usisnog/izduvnog ventila, zavisno od trenutnog broja obrtaja motora. Takav uredjaj bi se nalazio iznad samih ventila, odnosno na mestu sadasnje bregaste osovine.



Sto se sistema za hladjenje motora tice, on se stara da obezbedi normalne uslove za isto tako normalan rad motora. Ovaj sistem mora u svakom trenutku da pogonskom agregatu obezbedi standardnu radnu temperaturu, koja u proseku iznosi oko 90 stepeni po Celzijusu. To je vrlo tezak zadatak jer, uprkos tolikom napretku auto-industrije u poslednjih nekoliko decenija, jos uvek ne postoji nacin da se iskoristi vecina energije koja se proizvodi radom motora. Oko 70% te ukupne energije otpada na toplotu, koja se stvara prilikom normalnog ciklusa rada. To je ipak velika cifra i s tim se treba izboriti. Jer, u unutrasnjosti cilindra temperatura moze da dostigne citavih 2500 stepeni Celzijusa, i to sa prisustvom sistema za hladjenje! Sta bi tek bilo da isti ne postoji?! Sistem za hladjenje je nesto na sta se mora obracati paznja, posebno kod starijih vozila. U slucaju da dodje do preteranog zagrevanja motora, klip moze cak i da se stopi sa unutrasnoscu cilindra i tako napravi totalno unistenje motora! U svakom slucaju, glavni posao ovog sistema je da zastiti motor od pregrevanja i da uvek obezbedi optimalnu temperaturu rada. Pri ovakvoj temperaturi, motor najbolje radi, nema prekomernih izduvnih gasova, ulje u motoru je ‘retko’, odnosno ‘tanko’, sto omogucava elementima u unutrasnjosti motora vecu slobodu kretanja… Postoje dva sistema hladjenja – putem tecnosti i putem vazduha. Ovaj drugi se dosta retko srece, tako da cemo se fokusirati na sistem hladjenja putem tecnosti. Ovaj sistem se sastoji iz velikog broja cevi i kanala, kroz koje prolazi tecnost i koje se nalaze na najkriticnijim mestima motora. Tecnost ulazi u kanale unutar motora, cirkulise i prikuplja tako toplotu koju kasnije sprovodi do hladnjaka, gde se tecnost hladi. Detaljnije, sve pocinje od pumpe za vodu (odnosno za tecnost). To je klasicna, jednostavna centrifugalna pumpa, koja je kaisem povezana sa ostalim rotirajucim elementima motora (bregasta osovina, radlica…) i tako rotira. Kais obezbedjuje rad pumpe samo kada motor radi, sto je i logicno. Ona obezbedjuje cirkulaciju tecnosti kroz cevi i kanale u motoru i nalazi se pri samom ulasku istih u blok motora. U tom bloku se nalaze brojni kanali kuda tecnost cirkulise, a posebni kanali prolaze i kroz samu glavu motora, iznad cilindara. Posebno je kriticna oblast oko izduvnih ventila, koja je cela obavijena tecnoscu! Kada se cirkulacija kroz motor obavi, tecnost dolazi do sledeceg elementa ovog sistema, a to je termostat. On je glavni faktor koji omogucava motoru njegovu konstantnu radnu temperaturu. Termostat u sebi sadrzi jedan ventil, koji se otvara i zatvara. Kada je motor hladan, termostat ce biti zatvoren i tako nece dozvoliti tecnosti da ode do hladnjaka i tako sprovede citav proces hladjenja, jer je potrebno da motor prvo dostigne svoju radnu temperaturu. Kada motor to i ucini, termostat otvara svoj ventil i pusta vodu dalje ka hladnjaku i tako odrzava konstantnom radnu temperaturu u motoru. Sam termostat u sebi sadrzi jedan mali rezervoar voska, koji se na odredjenoj temperaturi topi i tako siri. Kako se taj vosak nalazi iza spomenutog ventila, on ce ventil pritiskati i sve vise ga otvarati. Kada tecnost, dakle, prodje kroz termostat, ona ulazi u hladnjak, koji vrsi tzv. “razmenu toplote”. Naime, u hladnjak je uperen (uglavnom) elektricni ventilator, koji doprinosi cirkulaciji hladnog vazduha kroz “sace” hladnjaka, hladeci tako tecnost koja tuda istovremeno prolazi. Obicno se, sa obe strane hladnjaka, nalaze mali rezervoari za tecnost, u kojima se nalazi i deo sistema za hladjenje transmisije (menjaca). To je mali hladnjak koji tecnoscu, koja se nalazi u rezervoaru, hladi ulje koje transmisija koristi. Jedna od bitnih stavki celokupnog sistema za hladjenje je i sama tecnost koja se u njemu koristi. Ta tecnost mora da bude specificna zbog vise stvari – ona treba da ima sto visu tacku kljucanja i sto nizu tackusmrzavanja i takodje treba da sto bolje prikuplja i prenosi toplotu iz motora ka hladnjaku! Najcesce se, kao ta tecnost, koristi mesavina vode i etilen glikola, koji je poznatiji kao antifriz. Voda odlicno zadrzava toplotu u sebi, a antifriz ima nisku tacku smrzavanja, odnosno visoku tacku kljucanja. Antifriz ne smrzava cak do minus 40 stepeni Celzijusevih, a kljuca tek oko 120. Sam sistem za hladjenje moze jos dodatno da povisi tacku kljucanja, s obzirom na pritisak unutar sistema od oko 15 psi. Pri dodatnom povecanju temperature, pritisak u sistemu se povecava, voda se siri, ali u sistemu postoje dodatni rezervoari u koje se voda pusta ako specijalan ventil to povecanje temperature i registruje. Ovim principom, sistem dozvoljava jos dodatnih 25 stepena Celzijuseva povecanja tacke kljucanja tecnosti. Ono sto se jos mora spomenuti jeste sistem grejanja kabine, koji je bukvalno paralelan sistemu za hladjenje. Grejanje se vrsi tako sto se koristi tecnost sistema za hladjenje koja jos nije stigla do hladnjaka, dakle tecnost koja je prosla kroz motor i samim tim nosi odredjenu kolicinu toplote. Tecnost se specijalnim cevima dovodi do malog “radijatora” koji se nalazi iza same komandne table u automobilu. Efikasnost grejanja kabine se povecava prisustvom malog ventilatora iza samog radijatora, ciji se rad kontrolise prekidacem iz kabine. Tecnost u radijatoru se dobija iz kanala koji se nalazi u glavi motora, a ona napusta radijator kroz cev koja tecnost vodi ponovo do pumpe za vodu, tako da sistem za grejanje radi nezavisno od toga da li je termostat otvoren ili ne.


U ovom tekstu su navedene neke osnovne stvari vezane za sistem paljenja smese u cilindru, sistem rada bregaste osovine i sistema za hladjenje motora. Svaki od ovih sistema ima svoju veliku ulogu u pravilnom radu motora i svaki od njih zahteva odredjenu paznju, jer se u slucaju neodrzavanja istih moze doci do nemerljivih posledica. U sledecem tekstu, koji ce biti vezan za ovu tematiku, prikazacemo Vam kako funkcionisu sistem ubrizgavanja vazduha u smesu, sistem ubrizgavanja goriva u smesu, kao i sistem startovanja vozila.