Informacije

Podsistemi motora 212.07.2005. @ 14:18:02
Galerija slika
Poaljite komentar
Reprint od 08.12.2003.


Ovoga puta bavimo se prevashodno tematikom smese goriva i vazduha i njenog ubrizgavanja u motor/cilindre. Dakle, danas obradjujemo teme ubrizgavanja goriva i vazduha, a pored ove dve teme ukratko cemo spomenuti rad startera, odnosno sistem startovanja automobila. U prethodnom tekstu smo videli neke sisteme koji pre svega “odrzavaju” normalan rad motora, odnosno potpomazu da isti u svakom trenutku, bez obzira na stil i uslove voznje, radi u normalnom, fabricki propisanom rezimu. Takodje smo videli da izuzetno vaznu ulogu u motoru igra tajming celokupnog sistema, to jest svih skopova motora i njegovih podsistema. Nekada je zaista bilo tesko uklopiti ogroman broj parametara raznih vrsta u jedan sistem, pre svega imajuci u vidu cinjenicu da kompjuterska tehnologija i sama elektronika u automobilu nije bila u znacajnoj meri primenjena. Tada je bilo vrlo bitno koji cete automobil pazariti (od kog proizvodjaca) jer nisu bas svi proizvodjaci mogli da izadju na kraj sa svim ovim problemima vezanim za motor i sve njegove podsisteme. Ali danas je sve to sasvim drugacije – vec poodavno se kod velike vecine proizvodjaca primenjuje masovna tehnologija koja se bavi problemom uskladjivanja rada agregata. Pod ‘masovnom tehnologijom’ pre svega mislim na neke osnovne delove motora koji ranije nisu nalazili primenu. Na prvom mestu je svakako ECU, odnosno Electronic Control Unit, o kome je i ranije bilo reci u vise navrata. Kao sto vec znamo, to je glavni kompjuter u automobilu koji, uz pomoc velikog broja senzora, kontrolise pravilan rad kako motora tako i svih ostalih sistema u automobilu, kao i druge vrste kompjutera. On je veoma bitan za nastavak ovog teksta i pricu o ubrizgavanju smese.


Prica o ubrizgavanju goriva se poprilicno izmenila u poslednje dve decenije. Kako je ECU nalazio sve vecu primenu i imao sve vecu “jurisdikciju” nad motorom kako su godine prolazile, tako se i put goriva od rezervoara do cilindara bitno promenio. Nekada je kontrolu ubrizgavanja goriva vrsila posebna sprava znana kao karburator. Karburator je bio mehanicki ‘uredjaj’ koji je odredjivao koliko ce goriva biti ubrizgano, odnosno pridodato u smesu sa vazduhom i isporuceno dalje ka cilindrima. Ovde se necemo mnogo zadrzavati jer danas ne mozete kupiti nov automobil sa karburatorom, pa cak i da je marka tog automobila Zastava! :) U stvari mozete, jer indijski proizvodjac Hindustan jos uvek ugradjuje motor sa ovom spravom u svoj dobro znan model ‘Ambassador’… U svakom slucaju, karburatori vec dugo ne nalaze primenu u modelima poznatih proizvodjaca. Na primer, u SAD je poslednji automobil sa karburatorom prodat jos 1990 godine (Subaru Justy). Najveca njegova mana je bila ta sto nije mogao tehnicki da odgovori brojne zahteve koji su postavljali moderni automobili. Karburator je u svojim poslednjim verzijama bio toliko slozen da je u pitanje bila dovedena njegova izdrzljivost. Vlasnici starijih automobila (citaj vecina vlasnika automobila u SCG) znaju koliko samo muka moze zadati. Ali to je sve deo proslosti. Danas imamo mnogo modernije sisteme ubrizgavanja, koji su elektronski kontrolisani (EFI sistem kod Zastave). Prvi sistem koji se primenio nakon karburatora je bio “Single Point Injection”, iliti ubrizgavanje goriva u jednoj tacki. Sta to znaci? To je ubrizgavanje koje je u osnovi predstavljalo jedan poveci ventil, preko kojega se gorivo ubrizgavalo u cilindre. Naravno, taj ventil je bio kontrolisan tada vec postojecim ECU-om. Ovaj sistem je bio odlican za motore tog doba, jer se njihov dizajn i koncepcija nije bitno promenila u odnosu na motore koji su koristili karburator. Dakle, sistem je odlicno funkcionisao na motorima tog tipa. Ipak, sledecih godina dolazi do dalje evolucije agregata i ovakav sistem ubrizgavanja goriva vise nije bio efikasan na novim koncepcijama. Tada dolazi do primene novijeg sistema, koji se koristi i dan danas. To je “Multi Point Injection”, odnosno ubrizgavanje u vise tacaka. Kao sto i samo ime kaze, kod ovog sistema se gorivo ubrizgavalo uz pomoc vise ventila – na svakom cilindru se nalazio po jedan ventil (aka dizna) koji je bio montiran odmah iznad usisnog ventila (intake valve). Uz pomoc ovakvog sistema je kontrola od strane ECU-a bila mnogo veca, samim tim sto je bilo prisutno vise tih ventila na koje je kompjuter mogao da utice, i to na svaki posebno sto je takodje veoma bitno pre svega za elasticnost motora i potrosnju. Sa ovakvim sistemom automobil je “pipaviji” – mnogo brzi odziv na papucicu gasa. Kad smo vec kod papucice gasa, sagledacemo rad celog sistema ubrizgavanja. Dakle, sve pocinje od pritiska na papucicu gasa – ona je povezana sa ventilom koji regulise kolicinu vazduha koji ce biti isporucen za pravljenje smese sa gorivom. Ovo je jedna od zabluda – mnogi misle da dodavanjem gasa povecavaju kolicinu goriva prisutna u motoru, odnosno da papucica gasa odredjuje koliko ce goriva biti ubrizgano u trenutku. Ne. Kod motora sa elektronski kontrolisanim ubrizgavanjem pritiskom na gas ustvari otvarate ventil koji time omogucava veci prodor vazduha ka motoru. Naravno, ECU ima poseban sensor kod ovog ventila i, zavisno od polozaja tog ventila, odredjuje koja ce kolicina goriva biti ubrizgana u trenutku. Ta reakcija od strane ECU-a (povecanje kolicine ubrizganog goriva ako se ventil otvara…) mora biti veoma brza i od te reakcije umnogome zavisi pravilan rad motora. Ako bi postojao mali zastoj, odnosno vremenski interval izmedju otvaranja ventila i ubrizgavanja odredjene kolicine goriva, motor bi u jednom trenutku imao ‘prazan hod’ i rad istog bi bio nepravilan. Drasticno smanjenje ovog intervala se postize potpunim koriscenjem elektronike. Naime, pritisak na pedalu gasa je mehanicki i u realnom vremenu se prenosi na ventil koji regulise prodor vazduha, dok je reakcija na to otvaranje ventila elektronska i uvek je potrebno neko vreme (nekoliko mili ili nano sekundi) da bi ECU reagovao ubrizgavanjem goriva. Potpuno koriscenje elektronike podrazumeva da je i gas elektronski kontrolisan i da komanda pedale gasa prvo ide u ECU, odakle ce istovremeno krenuti informacija o kolicini vazduha, odnosno goriva. Ovo je danas vec poznati sistem “Drive-by-wire” i o njemu ce biti vise reci u posebnom tekstu.


Da se mi vratimo na nasu pricu o funkcionisanju celog sistema ubrizgavanja goriva. Kod “Multi-point” sistema gorivo se ubrizgava direktno u cilindar, kroz usisni ventil. To se cini uz pomoc elektronski kontrolisanog ventila (dizne) koji je konstruisan tako da moze da se otvara i zatvara cak i vise puta u jednoj sekundi. Njegov rad (otvaranje i zatvaranje) je direktno povezan sa ECU-om, koji veoma brzo salje informaciju o kolicini ubrizganog goriva. Kako bi gorivo iz ventila bilo brzo i efikasno ubrizgano, ceo sistem mora biti pod pritiskom. Pritisak goriva u sistemu kontrolise poseban regulator. Usled spomenutog pritiska, gorivo ce vrlo brzo biti ubrizgano i to dovoljna, odnosno potrebna kolicina istog, To je vrlo bitno jer ventil uglavnom vrlo kratko biva otvoren. Svi ventili su povezani jednim crevom, koje je dalje povezano sa samim rezervoarom. Na putu izmedju se nalaze pumpa za benzin, kao i filter. Da bi ceo sistem pravilno funkcionisao, potrebno je uskladiti veliki broj faktora. Ovo uskladjivanje vrsi ECU koji, uz pomoc velikog broja senzora, prati ‘desavanja’ u motoru i uvek pravovremeno reaguje. Neki od osnovnih senzora koji pomazu rad ECU-a jesu: senzor na ventilu za vazduh; senzor na izduvnom sistemu koji prati kolicinu izduvnih gasova; senzor na samom ventilu (dizni); senzor koji prati temperaturu motora (vrlo bitan posebno u zimskom periodu, kada potpomaze da motor brze dostigne radnu temperaturu); senzor koji prati brzinu (okretanja) motora… Svi oni ukomponovani u jedan sistem su povezani sa glavnim kompjuterom, koji cini magiju.


Pored sistema za ubrizgavanje goriva, isto tako bitan je i sistem ‘dopremanja’ vazduha u smesu. Vazduh, odnosno kiseonik u njemu, je veoma bitan sastojak smese i od njegove kolicine u smesi zavisi kolika ce se kolicina energije osloboditi u samim cilindrima motora. Ovaj sistem je, kod vecine agregata, veoma jednostavan i decenijama je skoro isti. Sve se bazira na principu prodora vazduha, koji se posebnim kanalima usmerava i na kraju dolazi do samog usisnog ventila. Naravno, treba spomenuti da, pre samog motora, vazduh treba da prodje i kroz filter koji je vrlo bitan jer eliminise nepozeljne cestice; a tu je takodje i gorespomenuti ventil, koji je kontrolisan papucicom gasa. Vecina motora u ovom sistemu poseduje samo ove spomenute stvari. Ipak, neretki su motori koji u sebi jos sadrze i ‘pomagace’, koji svojim dejstvom potpomazu brzi prodor vazduha u motor i samim tim i bolje performanse. Naravno, vec prepoznajete da su ovi ‘pomagaci’ ustvari turbo-kompresori, na koje cu danas staviti akcenat.


Pre dalje price, treba razdvojiti pojam turbo-punjaca (odnosno turbo-kompresora) od super-punjaca (super-turbo-punjac, odnosno “supercharger”). Ovaj drugi je direktno povezan na motor koji okrece kompresor i tako vrsi funkciju super-punjenja dodatnog vazduha u smesu. Prvi tip je najcesci i on predstavlja kombinaciju kompresora i turbine, uglavnom manjih dimenzija, koja se nalazi na samom pocetku izduvne cevi agregata. Otkud bas tu? To cemo otkriti nesto kasnije u ovom pasusu, dok cemo se sada pozabaviti osnovama rada ovog ‘uredjaja’. Turbo-kompresor predstavlja sve popularniju igrackicu proizvodjaca, kojom oni postizu znacajno povecanje snage bez dodatnog povecanja mase vozila, kao i povecanja samih dimenzija agregata. Zvuci vrlo jednostavno, a i u sustini je funkcionisanje kompresora zaista jednostavno. Njegova funkcija je da stvori pritisak (i to sto veci) vazduha koji se krece ka motoru. Sto veci pritisak – to vise snage. Veci pritisak vazduha znaci i njegovo brze dopremanje u cilindre, pa tako imamo mnogo vece kolicine prisutne u smesi. To naravno zahteva i vece kolicine goriva, pa tako kao rezultat dobijamo vecu snagu, odnosno vecu kolicinu energije koja se oslobadja u cilindrima. Kako se taj pritisak u sistemu stvara? Kao sto sam vec i spomenuo, turbo se nalazi na pocetku izduvnog sistema. Izduvne materije se velikom brzinom oslobadjaju kroz izduvne ventile iz motora, zatim prolaze kroz cevi/kanale koji je, na kraju, vode ka slobodi. Nakon samog napustanja motora, izduvni gasovi prolaze kroz odredjen deo izduvnog sistema gde se nalazi turbina (prvi deo turbo-kompresora). Turbina se sastoji iz velikog broja ‘propelera’, koji su postavljeni na centralnu osovinu koja dozvoljava njihovo obrtanje. Gasovi koji prolaze kroz turbinu prouzrokuju njeno veoma brzo okretanje. Turbina je dalje malom osovinom povezana sa samim kompresorom, i tako se prouzrokuje i njegovo okretanje, i to u realnom vremenu. Dakle, i kompresor se okrece, ali njegova koncepcija je nesto drugacija nego li turbinina. On se takodje sastoji iz ‘propelera’ koji su kruzno postavljeni, samo su oni ovde drugacijeg oblika. To je zato sto je funkcija turbine da usmeri vazduh koji kompresuje u jednu tacku, odnosno direktno u kanal koji void do motora. Podrazumeva se da se sa jedne strane kompresora nalazi spomenuti kanal, dok je sa druge kanal kroz koji dolazi vazduh u sam kompresor. Iz navedenog mozemo zakljuciti da je kompresor ustvari jedna centrifugalna pumpa, dok je ceo turbo-kompresor ustvari jedna pumpa za vazduh. Oba rotirajuca dela u turbo-kompresoru rotiraju izuzetno velikim brzinama (do 150.000 obrtaja u minuti – oko 20 puta brze nego sam motor!) i zato je vrlo bitna njihova kvalitetna izrada, kao i sami materijali koji se u njegovoj izradi koriste. Takodje, bitan je i rad osovine koja povezuje turbinu sa kompresorom i ona mora biti zasticena. To se najcesce cini specijalnim uljem, koje se nalazi oko cele povrsine te osovine. U radu ovakvih turbo-kompresora se javljaju neke specificne situacije koje se moraju predvideti. Pre svih, tu je situacija kada kompresor pretera i tako proizvede previse pritiska. Inace, pritisak koji kompresor proizvede se najcesce naziva engleskim terminom “boost”, tako da cu i ja, ako mi se prilika ukaze, koristiti isti. Dakle, u ovoj situaciji kompresor proizvede previse boost-a, previse se vazduha isporuci motoru i tako nastaju prevremene ‘eksplozije’ unutar motora, odnosno smesa se zapali pre nego sto svecica proizvede varnicu i to dovodi do ‘poskakivanja’, to jest nepravilnog rada motora. Resenje problema je ili ograniciti rad turbo-kompresora ili koristiti visoko-oktansko gorivo, koje sprecava prevremeno paljenje. Druga karakteristicna situacija jeste zakasnjenje odziva turbo-kompresora na pedalu gasa (turbo lag). Ovo se desava jer je uvek potrebno da prodje neko vreme dok sam izduvni gas ne zarotira turbinu adekvatnom brzinom, koja ce se kasnije preneti na kompresor. Ovo se moze reducirati koriscenjem laksih materijala unutar celog turbo-kompresora. Generalno, postoje kompresori manjeg ili veceg formata. Razlika je u tome sto je manji lakse zavrteti – dakle, brzi je odziv, dok za veliki kompresor treba poprilicno mnogo vremena da zarotira. Mana manjeg je da nije efikasan pri velikom broju obrtaja jer prebrzo okretanje i turbine i kompresora u tom nekom visem rezimu vise nema smisla. Pri visem broju obrtaja je uvek efikasniji veci turbo. Kako sada ukomponovati ove dve spravice u jedan sistem? To se najcesce cini kontrolom “wastegate”-a. Naime, wastegate predstavlje neku vrstu ventila koja pri visem rezimu obrtaja registruje prebrzo okretanje malog turbo-kompresora i tada zatvara taj svoj ventil na samom ulazu u turbinu, onemogucavajuci tada izduvnim gasovima da dalje prodiru u unutrasnjost turbine. Ovo je vrlo korisno ako pored malog kompresora imate ugradjen i veliki turbo-kompresor. U ovoj situaciji veliki preuzima ulogu malog samo pri velikom broju obrtaja, kada produkuje veliku kolicinu dodatnog boost-a. Ovo je karakteristicno za tzv. ‘bi-turbo’ motore. Efikasnost turbo-kompresora se moze povecati i primenom kuglicnih lezajeva umesto gorespomenutog ulja oko osovine koja povezuje turbinu sa kompresorom. To nisu bas klasicni kuglicni lezajevi – ovi su specijalne koncepcije koja pruza minimalnu frikciju, odnosno trenje materijala. Kao sto sada vec znamo, uz pomoc turbo-kompresora se stvara veliki pritisak (uglavnom izmedju 6-8 psi) vazduha koji se krece ka motoru. Usled velikog pritiska dolazi i do zagrevanja vazduha, pa se takav siri. Takav, zagrejan, vazduh ne doprinosi povecanju snage motora, tako da ga je nekako potrebno ohladiti. To se, naravno samo ako je potrebno, cini specijalnim ‘interkulerima’. Oni se sastoje iz jednog manjeg hladnjaka (oblika radijatora) sa velikim brojem uzanih kanala. Dodatno hladjenje se jos postize dejstvom elektricnog ventilatora, koji interkuler ovom prilikom koristi. Tako ohladjen vazduh sada pod istim pritiskom dolazi do motora i doprinosi znacajnom povecanju snage istog. Inace, turbo-kompresori su veoma efikasni i njihovim dejstvom se snaga motora poveceva za cak 30-40%! Ovo je vrlo efikasno resenje koje najcesce nalazi primenu u svetu ‘tuning’-a, tako da ce detaljnijeg teksta biti u toj sekciji sajta.


Na kraju, kao tematika koja nije bas povezana sa prethodnom, dolazi i deo teksta o sistemu startovanja motora. Ovo je u sustini jednostavan sistem, o kojem iz tog razloga nece biti mnogo reci. U osnovi, sistem funkcionise uz pomoc elektricnog startera motora, koji omogucava motoru nekoliko ‘vestacki’ proizvedenih ciklusa, odnosno obrtaja, kako bi ovaj uspostavio svoj normalan rad, kada mu elektronika vise ne bude potrebna. Osnovni problem rada startera jeste velika kolicina elektricne energije potrebna za startovanje motora, posebno u hladnim, zimskim danima. Znamo svi da elektricni sistem u automobilu radi na 12 volti, sto je relativno malo (na primer, 12 volti koristi i daljinski za alarm/centralnu bravu!). Zato sva moguca elektricna energija koja se nalazi u sistemu (akumulatoru) se mora koristiti za startovanje motora. Ako operacija uspe, odnosno ako se motor uspesno startuje, izgubljena elektricna energija ce vrlo brzo biti vracena uz pomoc alternatora, koji je povezan kaisem sa motorom. U suprotnom, motor ce ‘presisati’ i izgubicete svu akumuliranu elektricnu energiju iz akumulatora, koji ce tada morati na punjenje ili cete morati Vas automobil startovati uz pomoc kablova povezanim sa drugim automobilom (koji je u procesu rada).


Ovim zavrsavamo danasnju pricu o podsistemima motora. U sledecem tekstu cemo obratiti paznju na ostale bitnije podsisteme, koje u prethodnim tekstovima nismo spomenuli, a to su na primer: elektricni sistem, sistem oslobadjanja izduvnih gasova, sistem kontrole emisije stetnih gasova itd.