Ivan Mahalec Dieselovi Motori 2000

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Dieselovi Motori

Citation preview

  • Ivan MAHALEC

    ~ [P~~ ~CID~[f@

    (djelomian sadraj predavanja)

    2000.

  • Sadraj l. OSNOVNE DEFINICIJE ..................................................................................................................... 1

    LI. FAKTOR ZRAKA ZA IZGARANJE ,l....................................... . .... " .................................... I 1.2. IDEALNI PROCES ................................................................................................................................. 2 1.3. STVARNI PROCES U CILINDRU ................... " ......................................................................................... 3 1.4. ZNAAJKE PROCESA ................................................... " ....................................... " .... " .......... " ... " ....... 4 1.5, UKUPNAKORJSNOSTMOTORA ,,, .... ,, .......... , .... ,, .... ,, .... , .... ,, .... ,,, .... ,.. .. ............. , .......................... 5 L6, STUPANJ PtJNJENJACILlNDRA .. , .. , ................................... , ...... " ...... , ............................... " .... , .. , .......... 7 1,7, POTROSNJAZRAKA ............................................... , ..... , .... , .. , ...... ,.. ., ................. "., .. " ......... 9 L8. SREDNJI TLAK PROCESA ............................... ................ .. ..................... , ............................... ' .. !o 1.9. SNAGA MOTORA .............................................................. , ............................................................. J J 1.10, KO!mKCIJA SNAGE MOTORA I'llEMA ATMOSFERSKOM STA.'

  • l. Osnovne definicije Mahalcc, I.: DIESELOVI MOTORI (2000-11'{)5)

    1. OSNOVNE DEFINICIJE 1.1. Faktor zraka za izgaranje A,

    11

    = Z I Zo

    Z, kgzlkgG

    Zo, kgzlkgG

    - stvarna koliina zraka za izgaranje 1 kg goriva - stehiometrijska koliina zraka za izgaranje l kg goriva

    1 1=1 -> 1>/ -+

    ona koliina zraka s kojom J kgo potpuno izgori, ali tako da II produktima izgara/?ja nema slobodnog kisika

    viak goriva (manjak zraka) ...... bogata goriva smjesa Z=Zo ...... stei/iometrijska slI!iesa manjak goriva (viak zraka) -> siromana goriva sl1yesa

    ! A.-Diesel: I puno optereenje: A = min

    prazni hod: A = max'

    SL ], Faktor zraka A. u radnom podruju Dieselovog motora. Amin"" (1,05) 1.10 ... 1.25 -+ kod motora s podijeljenim prostorom izgaranja

    1.4 ... 1.5 ... 1.8

    -> kod motora s izravnim ubrizgavanjem -> kod nabijenih motora ogranie/ije = doputena koliina ae, odnosno zatamnjenje ispuha

    A,l1ax "" 7 ogranienje: kod A. ",,7 snaga proizvedena u cilindru opadne toliko da je jo dovoljna samo za pokrivanje mehanikih gubitaka u motoru

  • l. Osnovne definicije 2 Mahalec, 1.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-05)

    1.2. Idealni proces: SABATHE (referentni proces za Diese10ve motore)

    p, Pa

    3 T, K

    4 =(>0

    ; l

    Sl 2. Proces Sabathe koji slui kao referentni proces kod Dieselovih motora. ZNAAJKA: Toplina se dovodi i kod konstantog volumena i kod konstantnog tlaka.

    W O-Q 17 = -' = _1 2 'Ql Ql

    _ { pretpostavke i } _ l _ l pojednas\ovnjenja

    V. &=_1 V' 2

    p=

    19. p" -1

    Iz izraza se vidi da 17, ovisi o stupnju kompresije e te o p i ~ koji pak ovise o omjeru dovedenih toplina Ql' i QI", a taj se omjer moe posredno prikazati preko najveeg tlakap3:

    0,8 Sabathe: 40 bar-l ---

    r= :vi 0,6 o e .~ o

    "" e 0,4 tt! o. ::o oo :;;:

    '" 0,2 E

    I I 70 bar _._._.

    150 bar-'" .. ~- .. _, _ ...

    Otto ' --:-;. -'-

    _. ,-'

    .-~ (V=konst~ ;;;:::.- . --

    --

    -..,::> ~ ~ .... ~

    __ o

    V ,......

    V /' ~esel (p=konst.) / l' I ~

  • l. Osnovne definicije 3 Mahalcc, 1.: DIESELOVI MOTORI (2000-II.Q5)

    1.3. Stvarni proces u cilindru: Indikatorski dijagram

    PA

    p, 5 GMT

    D promjer cilindra H - hod klipa

    r w -;;;W~I 1~w:l ,-: .. - .......... _ ........ _--__ i

    Q2

    (-) w, ~-H VJ! =HD2td4 DMT

    Vp, VK - ubrizgavanje poetak, kraj II', IK - izgaranje poetak, kraj

    -, ,

    \,.//,/idealni (/Vi) ,

    " ,stvarni (Wo) ,

    r-, \ \

    IVt \ ~ ' ..

    " TV, " o. p,

    II vlI

    JV;=W,+W,

    Sl 4, Indikatorski dijagram i srednji indicirani tlak.

    I~s = ~I Pazi: Q2} -+ samo kod idealnoga procesa!

    ~,

  • 1, Osnovne definicije 4 Mahalcc, 1.: DIESELOVI lvfOTORi (2000-11~5)

    1.4. Znaajke procesa:

    IDEALNI PROCES - pretpostavke: izgaranje = potpuno kompresija i ekspanzija = adijabatske nema izmjene radnoga medija radna tvar = idealni plin (2-atomni, 1(= lA) kompresijski omjer (e) = isti kao kod stvarnog motora proees u cilindru = Sabathe (Diesel, Otto)

    .. _._._._-----

    REZULTAT:

    STVARNI PROCES: toplinski gubitci:

    nepotpuno izgaranje (usprkos vika zraka) disocijacija1

    hlaenje kod izgaranja intenzivna izmjena topline:

    radni medij CO" H,O, 0" Nz -7 CO, H, OH, O, 0" N, N,

  • l. Osnovne definicije 5 Mabl!lec, 1.: DIESELOVI MOTOJU (2000-11-
  • 1, Osnovne definicije 6 Mahalec, L: DIESELOVIMOTORl (2000-11-05)

    Ukupna korisnost:

    n,=w', =(P,)=w,W"W. '{ Q O TV W O 11,,'17,'17/

    1 -I Y i I_I

    ili u konanom obliku:

    Mjerenjem specifine potronje goriva ge na konici ukupna korisnost je:

    17 =-'---1 , g, ,H.

    100 % optereenja \ \

    prazni hod

    Wc=O Pc O 1'e = O

    gc = GhlPe, kglkWh - specifina efektivna potronja goriva - donja ogrijevna mo goriva

    11

    Hd, MJ/kg Gh , kg/h Pc, kW

    - satna potronja goriva - efektivna snaga motora

    mjerenjem na konici mjerenjem na konici

    Bilanca energije:

    tj,p '" 600 .. ,700' C Diesel 800 ... 900'C Otto

    W, = Q1 '17, na spoj ci P, = (k 17,

    17/11 = We/W; = 84%

    Toplinska bilanca nenabijcnog Dicsclovog motora kod punog optereenja

    Sl. 7. Bilanca energije motora: Ql = Qe + Qhl + Qisp + Qzr + QUI

  • 1. Osnovne definicije 7 Mahalcc, I.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-05)

    1.6. Stupanj punjenja cilindra Stupanj punjenja (A"u) jednak je omjeru mase svjeeg radnog medija koji os/alle u cilindru (med) nakon zavrenog punjenja, i mase (mvH) radnog medija koji bi slao u radni volumen cilindra (VII) kod stanja okolne atmosfere (pa, 7~):

    l';-':'I~~;;~I pil , ._,,_.~~1tVIl J (\) Dieselov motor usisava zrak. Za poznato atmosfersko stanje, njegova masa u volumenu (VIl), koju emo sada oznaiti kao mv = mZ('.' l' moe se izraunati iz plinske jednade stanja: Ji 'll . Pa . VH = mz(v,,)' R Ta' gdje je: R, J/kgK plinska konstanta. Masa zraka koji ostane u cilindru, oznaimo je sada: mcu = mZ(eil)' nakon zavretka punjenja, moe se izraunati iz izmjerene potronje zraka po procesu, od. koje treba odbiti koliinu koja pobjegne u ispuh za vrijeme ispiranja cilindra2 Uvrstimo li ove nove oznake u (l) dobivamo izraz za stupanj punjenja Diese/ovog motora:

    (2)

    Oznaimo s (r.) udio produkata izgaranja (mi) zaostalih u cilindru, u ukupnoj koliini radnog medija u cilindru nakon zavretka usisa:

    (3)

    Pretpostavi li se da usis zavrava u DM~, moe se napisati plinska jednadba stanja u cilindm: Pl' V; = (mZ(eu) +mJ R""j.:r; (4)

    i plinska jednadba stanja u radnom volumenu cilindra: P . VH = mz(vHl' Rz .:r; (5)

    gdje je plinska konstanta smjese svjeeg zraka i produkata izgaranja jednaka (gz i gi su maseni udjeli zraka i ispunog plina u I~ihovoj smjesi): l\mj = gz . Rz + gj . R, = (J rJ Rz + ri . R,.

    2 za vrijeme prekrivmya ventila (istovremeno su otvoreni ispuni j usisni ventil) II okolini GMT, svjeim se . punjenjem vri ispira/ye cilindra od produkata izgaranja koji su u cilindru ,aostali od prethodnoga procesa. Pritom mala koliina svjeeg punjenja pobjegne u ispuh. Kod Dieselovog motora u ispuh bjei zrak (komprimirani kod nabijenih motora) a kod Ottovih motora to je goriva smjesa. (Bjeanje S\jceg punjenja iz cilindra je naroito intenzivno kod malih dvotaktnih Ottovih motora koji vre razvod radnog medija klipom i kanalima u kuitu motora. Zbog sn1iese pobjegle tl ispul~ ispuni plinovi ovih motora imaju karakteristian neugodan miris, ukoliko sc ne proiavaju katalizatorom.) Mjerenje koliine svjeeg punjenja pobjeglog u ispuJl je vrlo teko te se provodi samo u fazi razvoja motora.

    3 injenica je da se koliina radnog medija (m Z("') +m,) nalazi u cilindru tek u trenutku zatvaranja usisnog ventila (30 ... 600 KV iza DMI). Medutim, to bi izazvalo silne komplikacije u proraunu. Kako je u DMT usisni ventil sasvim malo otvoren, protok tl cilindar je mali, glavnina medija je ve u cilindru i pogreka e biti vrlo mala ako sc pretpostavi da kompresija cjelokupne koliine (m Z("') +m,) zapoinje ve u DMT. Analize snimljenih indikatorskih dijagrama opravdavaju ovakvo miljenje.

  • j, Osnovne definicije 8 Malmlec. I.: DIESELOVI lvfOTORI (2000-11'{)5)

    (6)

    V In( )-~ (7) zVB-U,T

    z

    a prema (2) dobiva se, uz pretpostavku da je Rz"" 1\"1' stupanj punjenja Dieselovog motora4 :

    A "" 0 _ v). _8_. 1: . Pl pu " 8-1 (8)

    Kako je u uvjetima normalne uporabe motora atmosfersko stanje kostanta, a isto tako i kompresijski omjer (8), proizlazi da e stupanj punjenja (/lpu) biti vei ako je na kraju takta usisa tlak u cilindru (Pl) to vii a temperatura (Tl) to nia,. te ako je koliina ispu.llih plillol'a u cilindru (/I) to malija . . Podaci o snazi i potronji goriva daju se za standardizirano stanje okolne atmosfere, poznato pod nazivom stamiardna atmosfera, pa se to isto stanje koristi i pri proraunu stupnja punjenja. Razliite norme (ISO, DIN, SAE, ECE, ... ) propisuju razliito stanje standardne atmosfere.

    Primjer l. Primjenom nabijanja stupanj punjenja se poveava na dva naina: kompresor poveava tlak (P,) a ohlaivanjem u hladnjaku komprimiranog zraka smanjuje se temperatura (T,), Primjer 2. Poznato jc da se za smanjenje tetne emisije NO, primjenjuje tzv, recirklllacija ispunih plinova tj. dio plinova iz ispune cijevi ponovno se vraa u cilindar pomou EGR-ventila'. Na taj nain sc u (8) poveava udio ispunih plinova (yJ u ukupnom punjenju cilindra, a to smanjuje stupanj punjenja (A"u) svjeim radnim medijem. Dio ispunih plinova koji se EGR-ventilom5 ponovno uvode 11 cilindar iskazuje se u volumnim udjelima od ukupne koliine: % EGR. Meutim u ovom sluaju je volumni udio (% EGR) po svom brOjanom iznosu jednak masenom udjelu (/I). Naime EGR-ventil u ispunoj cijevi radi tako da skree IIpr. 40% proloIloga volumena ispuIlih plinova llatrag II cilindar. Meutim, to e ujedno biti i 40% protoka mase koja je netom izala iz Cilindra, jer su tlak i temperatura, a time i gustoa, konstantni u poprenom pre:ijeku gdje se oduzimaju,ispuS'IIi plinovi. Kako se dva uzastopna ciklusa motora mogu smatrati ustaljenim stanjem (promjene reima rada su ipak prilino spore) to e dakle u novom proce~71 ukupna masa .. !/cilindru biti ista kao i II prethodnom. ali e udio j~punill plillOla biti 40% (masenih) jer je toliki dio vraen natrag li cilindar.

    Ovako definiran stupanj punjenja (?'1lu) tono pokazuje koliinu sv 'ee punjenja u cilindru i kod recirkulacije ispunih plinova6 Kod primjene nabijanja je: &,u:> 1 . STUPANJ PUNJENJA IZNOSI kod nenabijenih 4T-motora: /!pu '" 0,8 ... 1(1,1); kod malih 2T-Otto motora s usisom u karter: /lpu"" 0,5 ... 0,7(0,8); kod nabijenih motora: /!.pu> 1.

    4 Znak '" se pojavljuje u izrazu za A", i zato to su, zbog ve ranije spomenute pretpostavke da usis zavrava u DMT, izrazi (4) i (6) samo priblino toni.

    5 EGR _ Exhaust Gas Recirculation (engl.) ili AGR - Abgaslilckflihrung (njem.) 6 Treba napomenuti da je za proces II cilindru, a prema tome i za stupanj punjenja, posve nebitno na koji su

    nain produkti izgaranja od prethodnog procesa (m,) doli u cilindar, Logino je daje stupanj punjenja manji ako jc II cilindru manje svjeega zraka.

  • l. Osnovne definicije Mahalcc, 1.: DIESELOVI MOTORI

    0,95

    "2 0,90 .~ :::> o. 'C' tu o. ::> (jj 0.85 :/

    0,80 1000

    '11"1 Golf 1,5 dm3 (1977)

    ..--Diesel ty V 1\ V--V

    2000

    \

    ,...-~ Olto-i'y' ,\ .....

    / [/ / 3000

    Brzina vrtnje motora 4000 1 'min 5000

    9 (2000-114l5)

    SI. 8. Stupanj punjenja prvog Dieselovog motora za VW Golf Motor je bio razvijen na osnovi Ottovog motora istog radnog volumena. Dva izrazita maksimuma uzrokovana su rezonancijom u ispunim i usisnim cijevima. [MTZ 718.19771

    1.7. Potronja zraka Potronja goriva na sat:

    Ch g,'P,

    Zrak za izgaranje: I ii,g,hl=ch AZo '---

    A Zo - potronja zraka po 1 kg goriva Ukupna potronja zraka za izgaranje i za ispiranje cilindra:

    1 i h = g . P, .Zo . A' .. l ~pir 1

    (9)

    (10)

    (ll)

    1 . __ mUproc) __ zrak koji je proao kroz usisni ventil IC faktor zraka za ispiranje (12)

    "PU mz.) zrak koji je ostao il cilindru

    Zrak za ispiranje (pobjegne iz cilindra): l!~Pir.hl = ih - ii,g,h =Ig, .p,' Zo..:t (..:t ;'Pir-l)1 (13)

    ,

    Ch I

    I Zh ,

    I g, P. Zo ,

    kgG kgG kgz kgG I KW h ! kWh kgG h i

    Indeksi mjernih jedinica: G - gorivo, Z - zrak

  • l. Osnovne definicije Malmlcc, L: DIESELGr'7MOTORl (20DO-ll -(5)

    1.8. Srednji tlak procesa (na osnovi dovedene energije) l. Iz definicije indiciranog stupnja korisnosti 'li = IVi IQI dobiva se indicirani rad procesa w,:

    QI = koliina goriva po procesu x ogrijevna vrijednost = ma,proc Rd (15) U usisani zrak u cilindru7 /IlZ(dl) (kgz/proc) ubrizgava se masa goriva ma,pr", (kgalproc), paje stvarna koliina zraka Z (kgzJ kgo) za izgaranje 1 kg goriva:

    mZ(ci!) -~. =Z=;i.Zo (16) mG,proc

    Uz poznati faktor zraka ;t i stehiometrijsku koliinu zraka Zo odatle se moe izraunati masa goriva po procesu:

    mZ(cil) /Il =-..... ~ G,p"'c 1.Z

    o

    (17)

    Dieselov motor usisava zrak pa je stupanj punjenja prema definiciji jednak kvocijentu mase zraka u cilindru mZ(cil) i mase zraka mz('1{) koji bi stao u radni volumen VH kod stanja okolne atmosfere (Po, To): -'pu = IIIZ(cil) I mo Prema tome vai:

    A kgz mZ(cil) ''Pu'mo,--proc

    Uvrtenjem (18) u (17) dobiva se koliina goriva po procesu: 1 . mo JcgG

    ma, proc "pu , /iZo proc a uvrtenjem (19) u (15) dovedena toplina po procesu:

    Q _ Rd J 1 = Apu . -~. mo, --;tZo proc

    i uvrtenjem (20) u (14) indicirani rad procesa: Rd J wi = 17i . Apu' 17 . m", --. """'O proc

    II. S druge strane, iz indikatorskog dijagrama je: rt; = Pi Vj1

    III. Iz (21) == (22) dobiva se konani izraz za srednji illdiciralli t/ak Dieselovog motora: r::l Rd mo i Rd lEiJ= 17, . Apu . ;tZo . Vj, =l~i' Apu . Pz, o 220 ' Pa

    gdje je: PZ,o = mo IVH gustoa zraka kod stanja okolne (stanardne) atmosfere.

    (18)

    (19)

    (20)

    (21)

    (22)

    (23)

    7 Koliina zraka koju motor troi po procesu jednaka je zbroju koliine zraka koji ostane II cilindru "'Z(eil) i sudjeluje u izgaranju, tc zraka koji pri ispiranje cilindra pobjegne II ispull mZ(ispir) .

  • 1. Osnovne definicije II MahaJcc, I.: DIESELOVI MOTOlU (2000-11-05)

    (24)

    dok je srednji tlak melum;kih gllbitaka jednak njihovoj razlici: Pm: Pi - Pe' Izrazi za (P,) i (Pi) vae samo ako je: [It ~_~j a to je kod Dieselovog motora uvijek ispunjeno.

    1.9. Snaga motora Snaga P = rad procesa W . frekvencija procesa

    211 P=Wz~ W-pV "T' ,-il!

    z W

    (25)

    (26)

    Zamijeni li se u ovom izrazu srednji indicirani tlak Pi srednjim efektivnim tlakom pe (srednjim tlakom mehanikih gubitaka pm), izraz e prikazivati efektivnu snagu motora Pe (snagu

    mehanikih gubita Pm). Pe --t mjerenjem na konici (norme: ISO, DIN, SAE, ECE, EEC, ... ) Pi --+ snimanjem indikatorskog dijagrama (W;) Pm = Pi - Pc, ili mjerenjem snage mehanikih gubitaka Pm

    Oznake i jedinice mjere: 1 11, S

    p, Pa, N/m" T = 2 ili 4, VH, m3

    W, J z,

    - brzina vrtnje koljenastog vratila motora - srednji tlak procesa (indicirani, efektivni, mehaniki) - broj taktova - radni volumen cilindra - rad procesa (indicirani, efektivni, mehaniki) - broj cilindara

    2n/T = broj procesa u I sek u I cilindru Jedinina snaga:

    kW kW dm 3 ' J

    mjera optereenosti motora

    Tablica 1. Specifina snaga motora raznih namjena kW/dm' Jedinina snaga motora (2000.) 1,5 ... 3 I sporohodni brodski Diesel (n"" ]00 min l ) 5 ... 8 i srednje brzohodni Diesel (n "" 500 minl)

    10 ... 15 I brzohodni Diesel (n"" 1000 min'l) I

    15 ... 20 kamionski Diesel (n"" 2200 ... 3000 min'l) 25 ... 55 Diesel za putniki automobil (n"" 4000 ... 5000 min'l)

    200 F-J (3 dm3, bez nabijanja, 18000 min'l)

    (27)

  • 1. Osnovne definicije 12 Mahalec, L: DIESELOVI MOTORI (2000-11-D5)

    1.10. Korekcija snage motora prema atmosferskom stanju Efektivna snaga motora (Pc), pri konstanoj brzini vrtnje (n), ovisi o srednjem efek1:ivnom tlaku (pc):

    (2S)

    Srednji efektivni tlak pak ovisi o gustoi okolnog atmosferskog zraka na mjestu rada motora (p z . ), odnosno o atmosferskom stanju (p" Ta) 8 Primjerice za Dieselov motor e dakle vaiti:

    (29)

    Prema tome i efektivna snaga motora takoer ovisi o odnosno. o atmosferskom stanju (Pa, 1~) na mjestu rada motora:

    Zbog toga se snaga motora (Pc.a), izmjerena kod stanja (P., 1~), preraunava na stanje standardne atmosfere (Psernd, T'1and) te se dobiva tzv. korigirana ili standardna snaga:

    lp,.'"",d '" l~.a . k I, (31) gdje je Ck) faktor korekcije koji se rauna prema izrazu:

    k = P'l>nd ~ T, p. T .und '

    (32)

    a standardizirano atmosfersko stanje (pstand, T stand) propisano je primijenjenim standardom (ISO, DIN, EWG, SAE, .. .), npr.

    ISO 3043611: 1000 mbar, 300 K DIN 70020/6: 1013 mbar, 20 cc.

    Podaci koje o snazi motora objavljuje proizvoa, odnose se uvijek na standardizirano atmosfersko stanje.

    1.11. Proporcionalnost srednjeg tlaka Pe i momenta Me Snaga motora se moe izraziti kao:

    p" zV,, p, ._= CI' p, 2n ) p" =M,'OJ =M~'2f{I1=C2 M, :::::> (33)

    Ovdje je (OJ) kutna brzina motora a (CI) i (C2) su konstante, pa proizlazi da je srednji efektivni tlak (pe) proporcionalan efektivnom momentu (Mc). To znai da krivulja srednjeg efek1:ivnog tlaka predstavlja u nekom drugom mjerilu ujedno i krivulju efektivnog momenta motora.

    , Najvei stupanj korisnosti motora (",) je konslanma veliina, odredena stupnjem razvoja tehnike motora. Kod fosilnih goriva je ogrijevna vrijednost goriva (Hi) takoder konstatna veliina, a isto vai i za stehiometrijsku koliinu zraka (Zo). Faktor zraka za izgaranje (A) ovisi o koliini ubrizganog goriva po procesu, odnosno o optereenju motora, to u ovom sluaju nije predmet rnzmalrnnja. Prema tome, iskljue li sc konstante, moe sc rei da srednji efektivni tlak (P,) ovisi o gustoi atmosferskoga zraka (pz. J.

  • J. Osnovne definicije 13 Mahalec, J.: D!ft'SELOVl MOTORI (2000-1\-05)

    1.12. Regulacija snage kod Dieselovog motora Kod konkretnog motora je radni volumen (z VB) nepromjenjiv, pa pri konstatnoj brzini vrtnje efektivna snaga (Pe) ovisi samo o srednjem efektivnom tlaku (pc), a ovaj pak ovisi samo o bogatstvu smjese (J.), odnosno o koliini ubrizgavanoga goriva:

    211 P "" z V . P . - "" i(IJ )

    e II e T t! (34)

    iCA) Regulacija snage pri konstantnoj brzini vrtnje (n) kod Dieselovog motora vri se promjenom

    koliine ubrizgavanoga goriva, a koliina zraka ostaje pribJinokonstantna9 Pritom se mijenja omjer goriva i zraka (;L), a stupanj punjenja ostaje nepromijenjen

    (~u '" konst.). Vrijednosti (;L) dane su na poetku ovog poglavlja.

    9 Priguivanje usisa zraka, koje postoji kod nekih motora, ne provodi se zbog regulacije snage motom, nego zbog utjecanja na strujanje II usisnom kanalu i time na vrtloenje zraka u cilindru (to vnlocnje je vano za mijeanje goriva i zraka, odnosno za stvaranje gorive smjese). Priguivanje zraka se takoder provodi i da bi sc poveao udio ispunih plinova koji se vraaju natrag u cilindar radi smanjenja emisije NOx, to takoer ruje u vezi s regulacijom snage. Samo se kod vakuumskog regulatora priguivanje u usisnoj cijevi provodi mdi regulacije snage, ali neizravno, jer i lu regulator zakrcc pumpne elemente u pwupi za ubrizgavanje i tako mijenja koliinu ubrizgavanoga goriva.

  • l. Osnovne definicije Mahalcc, L: DIESELOVI MOTORI

    1.13. Znaajke motora i podruje rada

    o

    ! 100% oPtcre~nja l ,~~.~~ ___ ~_ ~~~.J

    Pc, max Mc, max

    ------t---+c> l1rnax

    14 (2000-11.Q5)

    p ,

    KW NM kWh mm

    Sl. 9. Znaajke motora kod punog optereenja, dobivene ispitivanjem na konici.

    Nabijeni Diesel

    Me. max s= 10%

    s=O%

    otpori vonje

    . _______ +-____ J-__ .~~> n2 III II

    M,

    I I

    nenabijeni Diesel

    Mc. max

    s= 10%

    s=O%

    L-_____ ~~ __ +-____ ~I-- ___ o> n2 n! II

    Sl. 10. Prilagoavanje motora poveanju optereenja kod pogona vozila. Kod nabijcoog Dieselovog motora (lijevo) je krivulja momenta lijevo i desno od maksimuma simla pa se motor u sluaju

    poveanog otpora sam prilagoava optereenju; novo ravnoteno stauje uspostavlja se u toki 2 a brzina vrtnje se smanji od n, ua n" Kod nenabijenog motora (desno) je pad brzine vrtnje vei a i maksimum je neznatno izdignu! pa postoji opasnost da i kod malo veeg poveanja optereenja radna toka prijede ulijevo preko M"",,",, Ukoliko se u transmisiji ne ukljui vei prijenos, motor e se pod teretom zaustaviti,

  • I. Osnovne definicije Mahalec, 1.: DIESELOV! MOTOR]

    Srednji efektivni tlak pe [bar) 16

    wo' 1JITOl66 kW (MTZ 1995(111610)

    Specifina efektivna potronja goriva [g/kWh]

    o 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 450C

    Brzina vrtnje [1lminj

    15 (200QII.{l5)

    100% optereenja

    n

    Toke nc gornjoj krivulji su skinute s gornjeg ruba podruja rada motora (lijevo). Dakle, dijagram koji sc odnosi na )00% optereenja daje vrlo povrnu sliku o motoru.

    Sl. 11, Topografski dijagram specifine potronje goriva (lijevo) prikazuje potronju u cijelom radnom podruju motora.

    ZADACI ZA VJEBU: Podruje rada motora ovisi o tome to je na motor prikljueno. Nacrtaj podruje rada za ove

    sluajeve: pogon kotaima pogon propelerom

    pogon elektrinog generatora.

  • 2. Openito o Dieselovu motoru 16 Mahalec, L: DIESELOVI MOTORI (2000-11'()5)

    2. OPENITO O DIESELOVU MOTORU

    A

    B

    e

    Usisava zrak, komprimira ga na priblino 30 ... 55 bar i pritom zagrijava na 700 ... 900C

    gorivo se ubrizgava u vrui komprimirani zrak u cilindru i odmah pali => motor sa samostalnim (ili kompreSijskimi) upaljivanjem

    ubrizgavanje goriva: posebnom pumpom i hrizgaljkom, tlak ubrizgavanja: preko 2000 bar.

    Izgaranje zapoinje na povrini kapljice (tu poinje kontakt goriva i kisika) svaka kapljica za sebe je samostalni izvor zapaljenja

    zato:

    u cilindru trebamo viak zraka2 da bi svaka kapljica imala dobru ansu da sretne molekulu kisika

    gorivo treba biti raspreno na to vei broj to sitnijih kapljica => izgaranje = potpunije => koliina ae u ispuhu = manja!

    to su tlakovi ubrizgavanja vei to sitnije su kapljice goriva.

    Regulacija snage (P) kod Dieselovogmotora.(prickonstatnojbrzini vrtnje 11) vri se promjenom ubrizgavane koliine goriva po procesu (gp,,,,,) kod priblino iste koliine zraka u cilindru (Apu, Zproc), odnosno regulacija snage se vri promjenom bogatstva smjese (/t):

    A"u "" kons!., ZP'''' '" konst.

    1 ECE naziv za Dieselov motor 2 Zbog toga je cilindar Dieselovog motora slabije iskoriten od cilindra Ottovog motora koji radi sa

    stehiomeujskim odnosom goriva i zraka. Primjerice, 30% vika zraka u cilindru znai i 30% manje snage, odnosno za istu snagn kao kod Ottovog motora, Dieselov e motor trebati 30% veti cilindar.

  • 2. Openito o Diese/ovu motoru 17 Mahalec, I.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-D5)

    PODJELA DIESELOVIH MOTORA PREMA OBLIKU PROSTORA IZGARANJA motori s podijeljenim prostorom izgaranja ili motori s komorom, sl. 2.1., lijevo,

    (komora je smjetena u glavi motora i posebnim je kanalom spojena s glavnim prostorom u cilindru; u komori se nalaze brizgaljka za gorivo i arnica za hladni start; gorivo se ubrizgava u komoru)

    motori sizravllim ubrizgava1yem goriva (DI-motori3), sl. 2.1., desno, (gorivo se ubrizgava izravno u cilindar)

    SL 2.1. Dva osnovna oblika prostora izgaranja: podijeljeni prostor izgaranja (lijevo) i izravno ubrizgavanje goriva u cilindar (desno).

    TLAKOVI UBRIZGAVANJA Tlak ubrizgavanja nije isti u cijelom radnom podruju motora a najvie vrijednosti su ove:

    motori s komorom: 350 do 450 bar Brzine stnijanja zraka u komori,te u spojnom kanalu komore i cilindra, su

    naroito velike, paje mijeanje goriva i zraka dobro. Daljnje poveanje tlaka ubrizgavanja ne. donosi nikakva poboljanja .

    motori s izravnim ubrizgavanjem: razdjelna pumpa (distribucijska): do 1.850 bar (4udi V6 TDI 2.5) Common-Rail: do 1.600 bar pumpa-brizgaljka: 2.050 bar (VW Passat)

    Brzine strujaIlja zraka u cilindru ovih motora su relativIlo velike pa kapljice goriva moraju biti to sitnije da bi se lake izmijeale sa zrakom. Visoki tlakovi ubrizgavanja su vrlo uinkovito sredstvo za smanjivanje koliine ae, naroito kod niih brzina vrtnje.

    3 DI - Direct Injection (engl.) - izravno ubrizgavanje

  • 2. Openito o Dieselovu motoru 18 Mahalcc, 1.: DII!:iELOVI MOTORi (2000-!l.{)5)

    EKONOMiNOST DIESELOVI H MOTORA ] litra Diesel goriva ima oko 15% veu ogdevnu vrijednost od l litre benzina! Kod motora s komorom (ili s podijeljenim prostorom izgaranja) postoje dodatni

    gubitci energije nastali ohlaivanjem komore i prestrujavanjem radnog medija iz komore u cilindar i obratno,

    DI motori nemaju tih gubitaka pa je stoga njihova korisnost vea, odnosno specifina potronja goriva je nia,

    Stupanj korisnosti (17,) je vei kod veih motora (primjerice vei je kod brodskih nego kod automobilskih motora jer su kod veeg cilindra toplinski gubitci manji), Kod motora s komorom 11, dostie priblino 43%, a kod motora s izravnim ubrizgavanjem priblino 52% (najvei dvotaktni brodski),

    Uteda goriva kod automobilskih TDI-motora iznosi: do 20% u odnosu na Dieselove motore s komorom do 40% u odnosu na benzinske motore,

    UVJETI RADA Za razliku odOttovog motora kod kojeg stvaranje gorive smjese zapoinje izvan cilindra (kod

    rasplinjaa ili ubrizgavanja pred usisni ventil), kod Diese!ovog motora u svakoj radnoj toki treba u cilindar ubrizgati:

    tono odreenu koliinu goriva u optimalnom trenutku pod optimalnim tlakom (motori s komorom: do -450 bar, DI-motori: preko 2000 bar) po odreenom zakonu ubrizgavanja na pravo mjesto u prostor izgaranja (brizgaljke na sl, 2,1, su smjetene tako da mlazevi pod

    najpovoljnijim smjerom gaaju tono odreena mjesta u prostoru izgaranja) Koliina ubrizganoga goriva mora omoguiti stvaranje optimalne smjese ali treba zadovoljiti jo neke zahtjeve, kao to su:

    granica dima (njem, Rauchgrenze ili Rauchzahl) Zbog kratkog vremena za pripremu smjeselokalno.sepojavljuje manjak zraka pa neizgorjeli ugljik ide van s ispunim plinovima u oblilal ae, Nqjmanji faktor zraka, koji motor mora imati da bi emisija estica (tu spada i

    aa) bila ispod zakonom propisane granice, pokazuje iskoristivost uaka II cilindrIl, mehaniko optereenje uslijed najveeg tlaka u cilindru

    Kod brzog (munjevitog) izgararl}a velike koliine goriva II cilindru tlak poraste naglo i poprima neuobiajeno visoke vrijednosti - govori se 11 tzv, "tvrdom radu motora ", Ovi izvanredno visoki tlakovi zahtijevaju jaki klipni mehanizam.

    toplinsko optereenje uslijed najvie temperature ispunih plinova ". optereuje dijelove motora i pogorS'aVa emisiju .tetnih sastojaka u ispunim

    plinOVima. brzinsko preoptereenje,

    Ovo optereerl}e je naroito opasno kod naglog rastereenja motora, Zato svaki Dieselov motor mora imati regulator koji spreava da brzina vrtnje naraste do opasnih vrijednosti.

  • 3. Izgaranje U Diese/ovu motoru 19 Mahalec, 1.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-05)

    3. IZGARANJE U DIESELOVU MOTORU IZGARANJE MLAZA U CILINORU OI-MOTORA

    100% zraka

    2=00

    A= 3,2

    100% goriva 0,6 0,8

    2=0 --

    -----

    -...

    .....- ee '-. .-/' \ BI::.~ \ J --

    ./ -...

    ./ ~ jezgre gorenja - -

    .-

    ---oznaene su

    B - izlazni otvor brizgaljke crnim tokicama

    Sl. 3.1. Omjer goriva i zraka u cilindru Dieselova motora. Gore: Mlaz goriva s linijama konstantog omjera goriva i zraka (il) Kapljice u mlazu

    (krui sa strelicom) lete od brizgaljke (B) prema rubu cilindra. Kod upaljivanja goriva treba teiti smjese koja lokalno ima A = 0,6 ... 0,9. Smanjenje ispod 0,6 dovodi do nedoputene koliine ae u ispuhu, a poveanje preko 0,9 (dakle prema siromanoj strani) rezultira poveanjem NOx.

    Dolje: Poetna faza gorenja u mlazu goriva pomijeanog sa zrakom. Pojava jezgara gorenja je sluajnog karaktera.

  • 3. Izgaranje u Diese/ovu moloru 20 Mahalec, L DIESELOVI MOTORI (2000-1l'()5)

    Izgaranje mlaza: PROBLEM CIJEPANJA MOLEKULA Visoki tlakovi i temperature + lokalni manjak kisika ~ cijepanje velikih lanastih

    molekula goriva na manje koje tee izgaraju (tee reagiraju s kisikom) Vanjski slojevi mlaza goriva, u kojima su sitne kapljice okruene s puno molekula

    kisika, brzo izgaraju te plamen zahvaa unutarnje slojeve. Meutim, u tim slojevima je ve dolo do ovog nepovoljnog cijepanja molekula, pa izgaranje tee sporije.

    Tako brzina izgaranja, koja je u poetku bila velika, prema kraju izgaranja sve vie opada. Cijepanje moe toliko uznapredovati da na kraju preostane samo teko upaljivi ugljik. Ne uspije li ga se dobro izmijeati s kisikom, s pomou snanog zranog vrtloga u cilindru, on izlazi neizgoren s ispunim plinovima u obliku cme ae.

    viak kisika (A > 1) ~ Vizg = velika

    manjak kisika (A < I) ti

    cijepanje molekula ti

    VI1.!! = mala

    Sl 3.2. Brzina izgaranja u mlazu goriva ovisi o omjeru goriva i kisika u promatranom podruju.

    PROCES IZGARANJA U CILINDRU Proces izgaranja se moe podijeliti u 4 faze (vidi sl. 3.4,):

    L Zakanjenje upaljivanja, U toj jazi nema porasla tlaka jer treba vremena da se kapljice goriva zagrijtl i ispare i da se njihove molekule ponu susretati s molekulama kisika. Zakanjenje ovisi o upaljivasti goriva (CB). o stllpnju kompresije (i lime o temperaturi zraka na kraju kompresije 1/ cilindru). te o oblikuprostoraizgaranja:

    2. Ubrizgavanje i upaljivanje. lmse'prvekopljlceupale.temperatllra u cilindru poraste pa veliki dio ubnzgavanoga goriva prelazi-odmah u plinovito stanje I mijea se sa zrakom. Izgaranje poinje II podruju A '" 0,7 (Vidi sl. 3. l.). a brzina izgaranja ovisi olokanom stanju smjese (omjer ..lo temperatura). Velikom brzinom izgara dio mlaza s malim vikom zraka (Il. :> l na sl. 3.2J Osloboena toplina Qizgamnja (J/oKV) (dio krivulje "Tijek Izgaranja" na sl, 3.4,) a time i porast tlaka (L1p/Lla na sl. 3,3,) su najvei upravo u ovoj Jazi.

    3. Mijeanje i izgaranje, Ubrizgavanje je prestalo a preostala koliina neizgorjelog goriva se i dalje mijea sa zrakom i izgara. gotovo do kraja, Osim sa zrakom. nelzgorjelo se gorivo mijea i s produktima izgaranja, kojih u cilindru ima sve vie. pa brzina pretvorbe goriva Jilizgorjelog goriva (gsQriv,/OKV). odnosno brzina oslobaanja topline Qizg:u-anja (JfOKV) postupno opada ju,

    4. Dogorijevanje, Velika koliina produkata izgaranja li cilindni oteava susret jo malobrojnih kapljica neizgOljelog goriva s preostalim molektilama kisika pa izgaranje

    tee vrlo sporo.

  • 3. Izgaranje u Dieselovu motoru Mahalcc, I.: DIESELOVI MOTORI

    ,~, , .

    \ lp ,-' I \

    , ,

    Up I I b~"' __ I I upaljivanja I I GMT I prije ~ poslije

    I I

    (Ap f Aa.) porast tlaka kod izgaranja

    21 (2000-11-05)

    Sl. 3.3. Tijek izgaranja i trajanje izgaranja kod Dieselovog motora. Poloaj teita T plohe ispod krivulje tijeka izgaranja:

    I I (100%),f-.--1-1

    LI -+----:::>4------'-

    to je teite T blie GMT to je vei stupanj savrenstva, ALI su tada vrni tlakovi i temperature u cilindru visoki, a to uzrokuje poveanu.emisiju NO, u

    ispuhu,poveanooptereenje elemenata i poveanu buku izgaranja.

    " e Q. cl

    ro->

    '00 o cl cl 50 o Q;

    co o cl

    .!ol ro e !2 (5 ""

    O

    I I Zakanjenje paljenja I

    "I l" I I I I I I I I I I I I I

    Up lp GMT

    I I Zakalljenje , I paljenja , CD I , I

    Tijek izgaranja

    f dmiz.gorjclog goriva

    Optimalni poloaj teita izgaranja T: .. kod Dieselovih motora s izravnim ubrizgavanjem goriva:

    lO ... 15KV iza GMT .. kod Dieselovih motora s komorom:

    T = teite ~garanja IS ... 200KV iza GMT

    a, 'KV Ubrizgavanje i izgalrje Mijeanje i izgataJlje Dogorijevanje 0 0) @)

    , UBRIZGAVAN JE , TRAJANJE IZGARANJA , , ------------, I ~ Tijek izgaranja (JI'KV) , , U" U" poetak, kraj , -~ , ubrizgavanja , I I, ,I, . poelak, kraj izgaranja V \ Tijek ubrizgavanja (mm'l'KV) (IK) (g/'KV) I'dQ = 6 da i'--lp ON

    20 Up 20 40 Kut zakreta k

  • '0 ~ o> .~ .o :>

    '" :9> 'iii' .t; 'o o o..

    3. Izgaranje u Diese/ovu motoru 22 Mahalec, L: DIESELOVI MOTORI (2000 11-05)

    PROBLEMI DI-MOTORA

    mm a

    0,4

    0,2

    o mm b 0,4

    0,2

    Prohlem: velika buka uzrokovana naglim izgaranjem goriva li cililldn;. Zbog velikog broja sitnih kapljica izgaranje tee naglo pa je gradijent porasta tlaka velik, to stvara buku i poveava mehaniko optereenje motora.

    Porast tlaka za vrijeme izgaranja i1p/Aa(vidi sl. 3.3.)je znatno vei nego kod Ottovoh motora i u normalnom radu dostie 5 bar/oK V (kod veih vrij ednosti postoji opasnost mehanikih i toplinskih preoptereenja a i buka je znatno vea).

    Rje.enje: tzv. dvo/aZllo ubrizgavanje goriva + zvuna izolacija motora. Dvo/aZllo ubrizgavali je: najprije se pod manjim tlakom ubrizgava mala koliina goriva (tzv. "pilot-ubrizgavanje"), rasprenog u sitne kapljice, koja se brzo upali. Kada pone glavno ubrizgavanje s velikim tlakom j protokom, u c1indru ve postoji plamen pa se i ova nova. koliina goriva brzo upali. Na taj nain se smanjuje zakanjenje upaljivanja,gorivo izgarapostupnotijekom duljeg vremena pa je porast tlaka u cilindru blai, a stoga i buka izgaranja nia.

    Optimirana potronja Optimirana emisija ispuha Optimirena buka 6niM tJIWgavMl}3, mmJt'KV Bn.in3lJhriJ:gAYY4a, ~ saina ~ar4a, mmJ.!O'KV

    !I f il r '""\ h, \

    .A j I I \ I I " ,\

    il y-,

    I

    t.l \ ""i, GMT 'KV GMT 'KV GMT 'KV

    o __ Puno optere. ---Djelomino opteret. o Poetak upaljivanja O 1 2ms

    Vrijeme Radni volumen cilindra 1.8 dm3, n::::: 2300 lIm!n

    SL 3.5. Lijevo: Obino (gore) i dvofazno ubrizgavanje u jednoj od prvih izvedbi (dolje). Desno: Idealizirani zakoni ubrizgavanja optimiranipo razliitimc.kriterijima (dvofazno ubrizgavanje je sasvim desno).

    Problem: poveana emisija NO. kod visokih temperatura u cilindru (do 2.000C)1 Rjeenje: dvofazno nbrizgavanje goriva

    recirkulacija ispunih plinova (EGR - Exhaust Gas Recircuiationj Dio ispunih plinova (i do 60%) se putem EGR-ventila (kojim upravlja automatika) ponovilo uvodi 11 usisnu cijev i u cilindar.

    DENOX-katalizator, IlakoIl estill llajava konano Ila motorima koncerna PSA (dananji Dieselovi motori ostalih proi2':Voaa imaju samo oksidacijski katalizator koji hvata i izgara au)

    I Olto: do 2500C ali sa stehiometriskom koliinom zraka (2 ~ 1,00) =:> 3-komponentni katalizator smanjuje NO, (iz NO, se izdvaja kisik te s njime dogorijeva ju CO i HC; funkcionira samo ako je 2 ~ 1,00).

  • 3. Izgaranje u Diese/ovu motoru 23 Mabalcc, L: DIESELOVI MOTORI (2000-11-O5)

    irenje plamena i tok tlaka u cilindru ovise ponajvie: o temperaturi u cilindru na kraju o zakonu ubrizgavanja

    (mm3 goriva I KV) kompresije o tlaku ubrizgavanja o obliku prostora izgaranja o obliku mlaza o vrtlogu u cilindru o broju mlazeva

    TEMPERATURA I TLAK U CILINDRU: Najvie temperature u cilindru dostiu 2000C, a najvii tlakovi kod velikih brodskih motora idu do 200 bar, kod automobilski Dl-motora su ve preli 150 bar i pokazuju tendeb+nciju porasta prema 200 bar.

    3000 K

    2000

    fl ~

    ~ 1000 Q. E '" I- ,~

    180

    usis -l-

    70

    60

    o

    -150 -100 -50

    Puno optereenje (\ "~ I , ..... Otto-mo!or

    '" ~ Diesel ...... --- ....... (nabijeni) I

    360 5'0 KW 720

    kompresija J a ~ l ekspanzija ispuh Ford Focus DI

    o 50 100 150 150 100 -50

    Kut zakreta radilice [OKV]

    o

    o

    SI,3.6. Srednja temperatura radnog medija u cilindru Ottovog i Dieselovog motora (F. Pischinger) (MTZ, Shell Lexikon 17, 0,2)

    50 100 150

    SL 3.7. Predubrizgavanjem, odnosno dvojaznim ubrizgavanjem goriva smanjen je porast tlaka u desnom "zubu" krivulje (desni dijagram), a takoer je smanjena i vrna vrijednost tlaka. Posljedica je smanjenja buke izgaranja.

  • 3. IzgaralIje u Dieselovu motoru 24 Mabalec.l.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-GMT

    70 p::co:r:r:::j::h~r=R=!+=R 6 O I onl''''''">.nl,, I 50~~M+~~HH+H 40H4+H~~~HH+H

    30HH++++~~~++HH 2 O H-+-I++-lf1f-H

    10H-++b~~~~~' O ~:G:.:I:::U1..w::.tJ::J~i::l

    GMT

    30 20 10 O

    3000

    GMT

    70 5000 mino' 60 HK++-HK-I#-

    10 O GMT

    Sl. 3.S. Tlak u cilindru Volkswagenovog Dieselovog motora s vrtlonom komorom (ugomjemredu: kod punog optereenja),

    usporeen s tlakom Ottova motora (tada jo s rasplinjaem), istoga radnog volumena, koji je posluio kao osnova za Dieselov motor"

    Tokaste plohe = kolebanj e tlaka kod Ottova motora, Crne plohe = kolebanje tlaka kod Dieselova motora.

    Najvei tlak u cilindru [bar] VW TDI 1.9166 kW (1996.) 160

    150 140

    130 120 110

    100 90

    v

    / '"'

    ......

    /

    !

    ~ "-""'-

    -

    .,-

    '\

    81000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Brzina vrtnje motora [1 Imin]

    Sl. 3.9. Kod Volkswagenovog DI motora (1996. g.) najvei tlak u cilindru je znatno vei nego kod motora s vrtlonom komorom (1977.). (MTZ II! 1996)

    2 Volkswagenov motor 7.a automobil Golf Diesel iz 1977. godine: 1471 dm', promjer cilindra 76, hod klipa 80 mm, stupanj kompresije 23, snaga 37 kW (50 KS) kod 5000 min-', moment 84 Nm kod 3000 min-',

    specifina potronja goriva kod najvee snage 330 glkWh, najmanja potronja goriva 250 glkWh, masa motora 120 kg (MTZ 6, 1977). Ovaj je Dieselov motor bio izraden na osnovi Ottovog motora istoga radnog volumena. Blok motora, radilica i neki dmgi elementi probrani su iz serijske proizvodnje dijelova za Oltov motor, primjenom Slro7-C postavljenih proizvodnih tolerancija.

  • 3, Izgaranje u Diese/ovu illO/Oru 25 Mahalcc, 1.: DIESELOVi MOTORI (2000-11'()5)

    EGR (engl. Exhaust Gas Recirculation) AGR (rIjem. AbgasrUckfuhrung) Kod smanjenog optereenja motora dio ispunih plinova vraa se natrag u proces u cilindru:

    kod Dieselovog motora radi smanjenja tetne emisije NO, (smanjuje se temperatura plinova u cilindru) a koliina AGR iznosi:

    do 40% - kod motora s komorom i preko 60% - kod motora s izravnim ubrizgavanjem

    kod Ottovog motora radi smanjenja tetne emisije NO, a koliina AGR iznosi: uobiaj enih 5" 10% preko 20% - kod motora koji u podruju svjeice imaju bogatu smjesu,

    tada se specifina potronja goriva smanjuje do 7% a emisija NO, do 35%, Koliina vraenih ispunih plinova (njem. AGR-Rate) definirana je ovako:

    %AGR volumen ispunih plinova koji se vraaju u cilindar ukupni volumen usisane smjese (svjee punjenje + ispuni plinovi)

    MOlor Ureaj za upravljanje

    radom motora

    TUfbiM

    AGR.venfil Verdich!er

    Abga~wOrmeilbertroger

    WosseronschluB

    Lodeluftkllnler

    st. 3.10. Shema povrata hlaenih ispunih plinova u proces u cilindru motora nabijenog motora, Ohlaivanjem se postiu jo mze vrijednosti emisije NOx. Oznake: Abgaswarmeiibertrager - hladnjak ispunih plinova, Ladeluftkiihler - hladnjak nabijenog zraka, Verdichter kompresor, WasseranschlujJ - rashladne vode iz sustava za hlaenje motora, (ATZ 911997)

  • 3. Izgaranje u Diese/ovu motoru 26 Mahalcc, I.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-05)

    DETONACIJA Detonacija se javlja kod niskih temperatura u cilindru i kod niskog optereenja, kao i kod goriva s niskim cetanskim brojem (CB). Ovi uvjeti su tono obrnuti od uvjeta za detonaciju kod Ottovog motora. Osjetljivost na kvalitetu goriva nije ni priblino tolika kao kod Ottovog motora, pa se zbog toga CB ni ne iskazuje na crpkama za snabdijevanje vozila Diesel-gorivom. Kod niskih temperatura u cilindru goriva smjesa e upaliti s velikim zakanjenjem, tj. kada e u cilindru ve biti puno ubrizganoga goriva, pa e izgoriti munjevito, to e biti popraeno jakim tlanim valovima i velikom bukom.

    =-tJ)

    ~ co E .il E :::I ....

    E co E {!!.

    400

    300

    200

    100

    o

    DI

    ,

    ~ ~ ,

    ,'u komori , " 30e

    ... ' ,'" ... ... ... _ ...

    100 80 60 40 20 GMT Kut radilice prije GMT

    Sl 3.11. Temperatura u cilindru motora s izravnim ubrizgavanjem (DI), odnosno U komori motora s podijeljenim prostorom izgaranja, za vrijeme kompresije pri hladnom s/artu motora, kod razliitih tremperatura okolnog zraka Iz. lUG - podruje upaljivanja Diesel-goriva.

    Na detonaciju su manje osjetljivi: motori s komorom motori s izravnim ubrizgavanjem na toplu stijen ku udubljenja u klipu uope ne

    detoniraju pa su pogodni za primjenu kao viegorivni motori (npr. MAN M-postupak)

    gorivo s viim CB smanjuje opasnost pojave detonacije. Uvjeti za pojavu detonacije u Dieselovu motoru (niske temperature motora, nisko optereenje, teko upaljivo gorivo) su upravo suprotni onima kod Ottovog motora.

    CETANSKIBROJ Gorivo za Dieselov motor mora biti sklono upaljivanju, to se iskazuje cetanskim brojem CB. Njegova se vrijednost utvruje ispitivanjem, odnosno usporeivanjem goriva s referentnim gorivom. Ispitivanje se provodi u posebnom, normiranom laboratorijskom motoru CFR (DIN EN 25165) ili BASF (DIN 51773), po normiranoj metodi (DIN 51773). Motor se puta u rad naizmjence s referentim gorivom i s gorivom koje se ispituje. Kao referentno gorivo slui smjesa cetana (C16H34) i alfa-metil naftalina (CllHlO). Cetan je jako sklon upaljivanju pa mu je pridruen CB 100, a alfa-metil naftalin je teko upaljiv pa mu je

  • 3. Izgaranje u Diese/ovu motoru 27 Mahalec, I.: DIESELOVI MOTORI (200011 .. ()5)

    pridruen CB o. Kada pri ispitivanju nepoznato pokazuje istu sklonost upaljivanju3 kao i referetno gorivo, kae se da je CB ispitivanoga goriva jednak volumellsko11l postotku cetanIl II tom referentnom gorivu 4 Za razliku od Ottovih motora koji su vrlo osjetljivi na OB, osjetljivost Dieselovih motora na CB je znatno manja. Zbog toga trgovaka oznaka dizelskih goriva ne sadri CB.

    QQQQQ9QQQQQQQQQQ o~-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.~-o 6666666666666666

    cetan C1cH:u cetanski broj laO

  • 4. Diesel: Oblik prostora izgaranja 28 Mahalec, 1.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-05)

    4. DIESEL: OBLIK PROSTORA IZGARANJA 4.1. MOTORI S KOMOROM (s podijeljenim prostorom izgaranja) Gorivo se ubrizgava u komoru i to relativno niskim tlakom (do 450 bar) i u jednom mlazu, udara u posebno oblikovanu plohu, raspruje se i intenzivno mijea sa zrakom. Goriva smjesa se pali, plinovi nastali izgaranjem ekspandiraju i tjeraju djelomice izgorjelu smjesu velikom brzinom u glavni prostor izgaranja u cilindru. Tu se ona u jakom turbulentnom strujanju mijea sa zrakom i izgara do kraja. BITNO:

    Oblik kanala i brzina.i oblik strujanja kojim zrak ulazi u cilindar nemaju utjecaja na strujanje u komori.

    Izgaranje zapoinje u komori koja je odvojenaod.cilindra,.a:zavrava u cilindru. Pri prestrujavanju iz komore, djelomice izgorjela smjesa u glavnom prostoru izgaranja

    (u cilindru) stvara intenzivan vrtlog. Zbog toga nije potreban vrtlog usisavanoga zraka pri uluzu u cilindar.

    4.1.1. PRETKOMORA

    ~ VOfl

  • 4. Diesel: Oblik prastara izgaranja 29 Mahalcc, 1.: DIESELOVI MOTORi (2000-11-O5)

    4.1.2. VRTLONA KOMORA (Ricardova vrtloa komora Cometh iz 30-tih godina)

    SL 4.2. Vrtlanu komoru primjenjuje veliki broj proizvoaa Dieselovih motora za osobna vozila.

    Komora je gotovo kuglasta, postaVljena je sa strane i spojena tangencijalnim kanalom usmjerenim prema sredini klipa

    volumen vrtloen komore'" 50% VK pri prestrujavanju iz komore u cilindar nastaje jaki vrtlog za dobro izgaranje treba meusobno uskladiti: -+ oblik komore

    -+ poloaj brizgaljke -+ poloaj arnice

    PREDNOSTI: + prikladna za visoke brzine vrtnje (preko 5000 min'l) + dobro iskoritenje zraka (mali faktor zraka lag) + vrlo niska emisija estica

  • 4. Diesel: Oblik prostora izgaranja 30 Mahalec, 1.: DIESELOVI MOTORI (2000-11- 2 6 ... 8 mlazeva nema vrtloga u cilindru

    Sl 4.4. Diesel za cestovna vozila 4 ... 8 mlazeva intenzivan vrtlog zraka u cilindru razbija mlazeve goriva i mijea ih sa zrakom

    4.2.2. UBRIZGAVANJE GORIVA NA STIJENKU KLIPA

    SL 4.5. MAN-M-POSTUPAK (M - Mittenkugelbrennraum): usisni kanal spiralnog oblika daje zraku na ulazu II cililldar snaan vrtlog (vidi iduu sliku), karakterisitian za Dieselove motore s izravnim ubrizgavanjem. Gorivo se ubrizgava Ila relativno hladnu stijelIku kuglastog udubljenja u klipu, tanki sloj goriva (film) isparava i mijea se sa zrakom. Debljina filma kod punog optereenja motora iznosi oko 1511 000 mm.

    PREDNOSTI: + dobro iskoritenje zraka (mali faktor zraka A;.g) + malo zacrnjenje ispunih plinova

  • 4. Diesel: Oblik prostora izgaranja 31 Ma11aiec, L: DIESELOVI MOTOfU (2000-11'{)5)

    Sl. 4.6. Kod MAN-M-postupka je naroito VANO da temperatura stijenke udubljenja u klipu ne bude previsoka jer bi inae dolo do cijepanja molekula goriva na teko upaljive komponente. Zato se dno klipa s donje strane hladi mlazom ulja (vidi sliku).

    3 J {()KV'cm

    ID 0,10 1

    c:

    cl. 0,08 o .-

    ID 0,06 .~ c: (Il 'o 0,04 (Il .c o

    0,02 (jj O

    V \ '\ ~\ 2 - .....

    3b /~ , -, -- ........... i-'"

    I 3a '-... ' . ..:::: I , .......... ~ ...... .... 3400 3600 3800 400" 4200

    Kut radilice

    SL 4.7. Zakon oslobaanja topline: 1 kod izravnog ubrizgavanja II zrak u cilindru (najbre ~ tvrdo i buno izgaranje), 2 kod Izravnog ubrizgavanja na stijenku klipa, kod motora s komorom: 3a u komori, 3b - u glavnom prostoru izgaranja u cilindru (najsporije ~ meko

    izgaranje).

  • 4. Diesel: Oblik pros/ora izgaranja 32 Mahale malo zakanjenje paljenja kod raznih gorival + Porast tlaka (LIP / Aa) i najvei tlak (Pcil, max) su niski.

    RAZLOG: Cijepanjem molekula (uslijed visoke temperature i manjka kisika) nastaju teko upaljivi ugljikovodici koji sporo izgaraju - tzv. "meko izgaranja"

    + Zbog toga je i rad motora tii. + Nii tlakovi ubrizgavanja manje optereuju .pumpu za ubrizgavanje, visokotlane

    cjevovode i brizgaljke . . + Brizgaljka je izvedena kao brizgaljkasa.epom {l:mlaz i ep koji prolazi kroz

    rupicu) a ta se sama isti i nema opasnosti od zapeenja. + Kod nellabijenih motora punjenje cilindra je bolje jer usisavani zrak ne mora imati

    vrtlog.

    NEDOSTACI MOTORA S KOMOROM: Vea specifina potronja goriva uzrokovana gubitcima prestrujavanja izmeu komore i glavnog prostora izgaranja u cilindru, kao i veim toplinskim gubitcima (komora ima vee oploje pa se jae hladi, vidi sliku).

    - Velika toplinska optereenja na izaizu iz komore u cilindar i na klipu u kojega velikom brzinom udaraju vrui zapaljeni plinovi.

    - Potrebni su posebni ureaji za hladni start (afnica l ) a i stupanj kompresije mora biti neto vei (za 3 do 4 jedinice).

    SL 4.8. Usporedba povrina kompresijskog volumena motora s vrtlonom komorom i motora s izravnim ubrizgavanjem.

    l DI-motori za kamione i autobuse nemaju ".amice ali oni za osobne automobile ih imaju radi sigurnijeg starta kod ekstremno niskih temperalura - to je naprosto postao imperativ udobnosti.

  • 4. Diesel: Oblik prostora izgaranja 33 Mahalcc, 1.: DIESELOVI MOTORI (2000-11'{)5)

    4.4. VIEGORIVNI MOTORI MAN FM-motor je viegorivna varijanta ve opisanog M-postupka CF - Fremdziilldung ili strano paljenje). Naime kuglasti prostor izgaranja u klipu lako se moe prilagoditi za uporabu raznih goriva. U tu svrhu treba samo smanjiti hlaenje klipa i tako poveati temperaturu njegove povrine. Cijepanjem molekula goriva na teko upaljive komponente (na vruoj plohi udubljenja u klipu) motor radi poput Dieselovog motora s komorom, Da bi mogao raditi i na pogon benzini ma, u glavu molora su ugraene svjeice. Tako je dobiven Itibridl1i motor koji sjedinjuje dobra svojstva Dieselovog motora (nisku specifinu potronju goriva) i Ottovog motora (pogon beninima i drugim slinim gorivima). Motor radi sa svim ugljikovodicima vrelita od 50 ... 450C, s biljnim uljima i alkoholom.

    Sredinji kuglasti prostor izgaranja

    MAN - FM - postupak

    Svjeica

    SL 4.9. MAN-ov FM-postupak je viegorivna varijanta M-postupka koji se inae primjenjuje kod Dieselovih molora, (F - Fremdziindung (njem.) ili strano paljenje)

  • 5. Diesel SIrUjanje radnoga medija 34 Mabalcc, I.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-5)

    5. DIESEL - STRUJANJE RADNOGA MEDIJA

    5.1. STRUJANJE ZRAKA U USISNOM KANALU Kod Dieselovog motora s izravnim ubrizgavanjem goriva je oblik usisnog kanala naroito vaan za stvaranje gorive smjese u cilindru. Kanal se moe oblikovati na dva naina: kao vrtlotl (uzduna os kanala ima oblik spirale) ili kao tangencijalni kanal (os kanala ulazi u cilindar pored osi ventila).

    :;:::--."

    ~ TangencijaJ~i kanal t i

    Sl. 5.1. Vrtloni kanal Sl 5.2. Tangencijalni kanal Kod obadva oblika usisavani zrak vrtlonim strujanjem ulazi u cilindar pa tamo utjee na strujanje radnoga medija. Naime, kompresijom u cilindru taj se zrani vrtlog ubrzava te zbog toga lako razbija mlazeve ubrizgavanoga goriva. To pospjeuje mijeanje goriva i zraka, to je povoljno za izgaranje, jer je kod Dieselovog motora svaka kapljica samostalni izvor zapaljenja pa je dobra izmijeanost sa zrakom izvanredno vana za brzo i dobro izgaranje.

    vrtlog zraka

    goriva

    SL 5.3. Vrtlog zraka savija i razbija mlazeve goriva u cilindru te pospjeuje stvaranje gorive smjese.

  • 5. Diesel - Strujanje radnoga medija 35 Mabalec, L: DIESELOVI MOTOIU (2000-11-05)

    Prednost vrt!onog kanala je manji utjecaj ljevakih netonosti (uslijed proizvodnih tolerancija), dok je kod tangencijalnog kanala punjenje cilindra neznatno bolje.

    Meutim, najnovije tendencije razvoja (1999.) idu u pravcu smanjivanja vrtloga. Ispitivanja su pokazala da s poveanj em vrtloga dodue rastu moment i snaga motora ali naalost i emisija tetnih duikovih oksida NO. u ispunim plinovima. S druge pak strane premali vrtlog dovodi do potrasta ae u ispuhu.

    NO. IppmJ 2000 16CO

    HC 1600 [p~~A 1400

    100 50 [~

    300 290

    RZ 1,5 Z8C 1,0

    0,5

    o

    n =3000",io-1 W O,4kJldm3

    No,. HC ___ ~ ___ ..... __ _

    1>0--____ --

    RZ~

    Q,3 M GS 0,6 0.1 Vrliomi broj D

    Sl 5.4. Utjecaj vrtloga u cilindru na tetnu emisiju ispunih plinova i na potronju goriva. RZ - zacmjenje ispuha (njem. Rauchzah!) be - specifina efektivna potronja goriva Wc - jedinini rad procesa (proporcionalan

    je srednjem efektivnom tlaku) Zacrnjenjeispuha RZ mjeri se tako da se

    odreena koliina ispunih plinova usie kroz filter-papir. Optoelektronikim

    ureajem s fotometrom se potom oitava zacrnjenje toga papira a rezltat se iskazuje

    0.6 brojkom kao zacmjenje ispuha RZ ili kao koncentracija mase ae u zraku (mglm\

    Visoki tlakovi ubrizgavanja (VW Passat TD!: 2050 bar) i brizgaljke s vie mlazeva (5 do 9) omoguuju upotrebu malih vrtloga, to smanjuje emisiju NO., bez opasnosti od poveanja ae u ispuhu (vidi u lanku o Common-Rail to o tome pie). Mjerenje vrtloga vri se na posebnom ispitnom ureaju na koji se postavi glava motora te se kroz usisni kanala uvlai zrak. Rezultat mjerenja iskazuje se vrtlonim brojem (njem. Dra/lzah!).

    Glava cilindlra-_

    Podizaj ventila

    rr::J

  • 5, Diesel - S/rujan je radnoga medija 36 Mahalcc. L: DIESELOVI MOTORi (2000-11-05) Kod Dieselovih motora s izravnim ubrizgavanjem goriva posebno je dobro primijeniti 2 usisna kanala: jedan vrt[oni (za dobar vrtlog u cilindru pri smanjenom protoku zraka) a drugi tangencijalni kanal (za bolje punjenje kod visokih brzina vrtnje), Zatvaranjem drugog (tangencijalnog) lIsinog kanala zaklopcem, kod manjih protoka zraka (pri niim brzinama vrtnje), usisavani zrak ulazi samo jednim kanalom ali poveanom brzinom strujanja, pa je zbog toga jai i vrtlog s kojim ulazi u cilindar. Otvaranje i zatvaranje kanala naziva se regulacijom vrtloga (njem, Drallregelung), Na taj nain se mogu postii optimalni uvjeti vrtloenja zraka na ulazu u cilindar i kod malih i kod velikih protoka zraka, Drugi usisni kanal, koji se otvara pri poveanom ,punjenju cilindra, izvodi se veinom kao tangencijalni, kanaL Sl 5.6. Usis kroz dva kanala: vrtloni M i

    tangencijalni (T) (M"",edcs Benz OM 611),

    5.2. STRUJANJE PUNJENJA U CILINDRU U cilindru Dieselovih i Ottovih motora dolazi do snanog strujanja svjeeg radnog medija i to

    openito gledajui: zbog smanjenog presjeka strujanja izmedu ventila i sjedita (posljedica toga je naglo

    poveanje brzine strujanja) zbog odreenog oblika usisnog kanala zbog tzv, prostora za istiskivanje (lljem, Quetschraume) izmeu ela klipa i glave

    cilindra, Ova strujanja imaju oblik vrtloga i ona snano djeluju na tijek izgaranja u cilindru i to na

    sljedee naine: stvaranjem optimalne smjese goriva'izraka, raspuhujui pritom mlazeve goriva u

    Dieselovim motorima s izravnim ubrizgavanjem odnoenjem slojeva isparenoga goriva s toplih stijenki prostora izgaranja te stvaranjem

    slojeva: zrak / ispareno gorivo / zrak / ispareno gorivo .. , tzv, slojevito pU/ljenje (npr, kod MAN-M-postupka) -kaotinim strujanjem 11 komori Dieselovih motora (s podijeljenim prostorom izgaranja) raznosei plamen po cilindru u Oftovu motoru slojevitim punjenjem kod izravnog ubrizgavanja benzina (GDI-motori 1)

    Posebice treba naglasiti, da kod Dieselovih motora s komorom, u cilindru nastaje intezivno strujanje uslijed velike brzine kojom radni medij iz komore istjee u glavni prostor izgaranja u cilindru, Oblik usisnog kanala nema nikakvog utjecaja na to strujanje. Meutim, kod motora s izravnim ubrizgavanjem jedinu mogunost stvaranja vrtloga u cilindru prua usisni kanal, koji zbog toga mora imati odgovarajui oblik.

    , GD! - Gasoline Direct Injection

  • 5. Djesel - Strujanje radnoga medija Mahalec, 1.: DiESELOVI MO TOlU

    37 (2000-11-O5)

    Modeliranje pojava strujanja u cilindru jedan je od primarnih istraivakih ciljeva pri razvoju motora.

    KAKO NASTAJE STRUJANJE U CILINDRU? Strujanje svjeeg punjenja u cilindru, koje nastaje uslijed prestrujavanju iz komore (Dieselova motora), ponajvie je odreeno oblikom komore i kanal kojim je ona spojena sa cilindrom, i uglavnom ne ovisi o strujanjima za vrijeme izmjene radnoga medija. Sva ostala strujanja svjeega punjenja u cilindru nastaju uslijed izmje/le radnoga medija O rasporedu ventila i obliku usisnoga kanala ovise oblici koje e poprimiti strujanje u cilindru. Kruno strujanje oko uzdune osi cilindra naziva se vrtlogolIt, a kruno strujanje oko osi paralelne uzdunoj osi radilice je TUlllble (engl. prevrtanje). Strujanje u cilindru uvijek sadri obadvije komponente: vrtlog i lilmble, nikada samo vrtlog ili samo Tumble. Oblici pri prijelazu strujanja iz oblika Tumble u vrtlog prikazani su nadonjoj slici.

    samo TUMBLE

    aksijalno strujanje prema glavi emndra

    D

    I

    ete i

    .. Tumble s vrtlogom koji raste

    ak$ijalno strujanje . prema klipu

    . _ .. _ .. _ .. - -os Tumble..a

    E

    samo VRTLOG

    SL 5.7. Strujanje u cilindru: TUMBLE nastaje ako je strujanje kroz obadva usisna ventila jednakoga intenziteta i okomito na poprenu os cilindra koja prolazi izmeu usisnih i ispunih ventila. Slabi li struja kroz jedan ventil (na slici B: donji), postupno se stvara i komponenta vrtlanog strujanja. Ona se pojaava rotiranjem usisnog kanala (sl. C i D) te strujanje na kraju prelazi u isti VRTLOG (sL E). Kod istog Tumble (A) je os oko koje se okree strujanje (Tumble-os) ravna. S poveanjem vrtloga se Tumble-os postupno savija (B i C) te se konano pretvara u krunicu koja ini os torusnoga vrtloga (O). Ovakav slijed pojava je dokazan brojnim pok-usima na Dieselovim motorima s izravnim' ubrizgavanjem goriva. Tijekom razvojnih istraivanja optika su snimanja ovih strujanja danas uobiajena ali i vrlo zahtjevna.

  • 6. 01e1na emisija motora s unutarnjim izgaranjem Mallalee, L: DIESELOVI M010R!

    6. TETNA EMISIJA MOTORA S UNUTARNJIM IZGARANJEM

    38

    Ispuni plinovi motora s unutarnjim izgaranjem sadre vei broj otrovnih sastojaka, Kod motora cestovnih vozila koliina onih najvanijih (CO, HC, NOx i estica) ograniena je zakonskim propisima o homologaciji vozila, U Europi su to ECE-pravilnici , dok na podruju Europske unije vae neto stroe EEC-smjernice . ECE-pravilnici donose se na temelju Sporazuma II Geneve iz 1958. godine, koji je doneen pri Ekonomskoj komisiji za Europu (ECE) Ujedinjenih nacija (UN). Do poetka 2000. godine doneeno je ukupno oko 110 ECE-pravilnika. Svaki od njih sadre odredbe za pojedine sklopove ili dijelove vozila. Sve zemlje koje su pristupile tom sporazumu (Hrvatska je dvadesetpeta po redu) dune su se pridravati ovih pravilnika. Osnovni cilj stvaranja pravilnika je donoenje jedinstvenih propisa za proizvodnju vozila, koji kao konanu posljedicu imaju jedinstvene metode ispitivanja, odnosno pro~ereda li vozila zaista zadovoljavaju propisane zahtjeve .. Ispitivanja vre ovlateni laboratoriji irom svijeta (Hrvatska nema nijedan) a rezultati ispitivanja se priznaju u svim zemljama koje su prihvatile Sporazum. Na taj je nain olakana trgovina izmeu tih zemalja, jer ispitivanja ne treba ponovno obavljati u zemlji koja uvozi vozila. S druge strane ti su propisi postali administrativnom' barij erom uvozu automobila proizvedenih prema propisima koji vae na drugim tritima, primjerice u SAD-u i u Japanu. Vozila iz tih zemalja namijenjena izvozu u Europu moraju biti drugaije opremljena i ispitana po metodama koje odgovaraju europskim popisima. Isto tako vozila europskih proizvoaa koja se izvoze moraju biti proizvedena i ispitana sukladno propisima na tim drugim tritima. Posljedice su paradoksalne, pa tako vozila kojima se vozi cijela Amerika nisu dobra za Europu, i obratno, Jedna ideja o ujednaavanju tehnikih zahtjeva, pod utjecajem trgovine i novca izrodila se na taj nain u posve administrativnu kategoriju. Pravilnikom ECE R-83' propisane su dozvoljene razine tetne emisije3 Ottovih i Dieselovih motora4 za (pojednostavnjeno reeno) osobne automobile, dok su pravilnikom ECE R-49 propisane dozvoljene razine tetne emisije5 Dieselovih motora za (pojednostavnjeno reeno) kamione i autobusa.

    SMANJIVANJE TETNE EMISIJE PROVODI SE: optimiranjem procesa izgaranja u cilindru motora (poboljanjima na motoru) proiavanjem ispunih plinova nakon to su izali iz motora stalnim poboljavanjem kvalitete goriva (smanjivanjem sadraja sumpora u dizelskom

    gorivu i benzinu) te primjenom pogodnijih (plinovitih) goriva . smanjivanjem otpora vonje vozila (smanjenjem otpora zraka i mase vozila,

    optimiranim upravljanjem radom pomonih ureaja motora i vozila itd.),

    , EEC - European Economic Commission 2 R-S3 je kratica engleskog naziva "Regulation 83", to znai "Pravilnik 83", , Kod ECE R-83 granice su propisane u glkm a automobil se vozi po propisanom mjernom ciklusu koji

    predstavlja vonju u gradu i na otvorenoj cesti, , U homologacijskim propisima oni se zovu motori sa siranim paljenjem, odnosno m%ri skompresijskim

    paljenjem. , Kod ECE R-49 granice su propisane u glkWh a odreduju se pri ispitivanjU motora na probnom slolu prema

    odredenom postupku.

  • 6. letna emisija motora s unutarnjim izgaranjem 39 Mahalec, 1.: DIESELO~l MOTORI (2000-11-06)

    6.1. OTTOVI MOTORI: KATALIZATORI I BEZOLOVNI BENZIN Granice propisane homologacijskim propisima (u Europi su to spomenuti ECE-pravilnici i Smjernice Europske unije) su toliko niske da se i pri dananjem stupnju razvoja Ottovog motora, mogu postii jedino primjenom katalizatora i bezolovnog benzina. Katalizatori su za proiavanje ispunih plinova Ottovih motora po prvi puta primijenjeni u Los Angelosu, California, gdje je zagaenost zraka poprimila razmjere katastrofe pa je 1960. godine zapoela kampanja koja je rezultirala tada najstroim propisima o istoi ispunih plinova. Katalizatori su za proiavanje ispunih plinova Ottovih motora po prvi puta primijenjeni u Los Angelosu, California, gdje je zagaenost zraka poprimila razmjere katastrofe pa je 1960. godine zapoela kampanja koja je rezultirala tada najstroim propisima o istoi ispunih plinova. Da bi katalizator uspjeno funkcionirao trebaju biti zadovoljeni ovi uvjeti: 1. Faktor zraka mora biti: 1,1 = 1.00 < 2%1. To .se.moepostii.samo primjenom

    ubrizgavanja goriva s elektronikom regulacijom rada cjelokupnog motora. 2. Benzin ne smije sadravati olovo Pb6 je se ono nataloi na aktivni 'sloj 7 u katalizatoru i

    blokira njegov daljnji radE, nakon ega je sasatav ispunih plinova ak loiji nego kod dobrog motora bez katalizatora.

    Motor

    A.- sonda:

    gonvo

    tetnpftltun ll1Oiora O&.jl1o dttOtlacije, ..

    Jedna strana keramikQg tijela 1ambda sonde nalazi se u struji ispunih plinova II druga je Qkrenuta vanjskom zraku. Na vanjskim plohama k.nmike nalaze se tanke platinske: elektrode koje proputaju plinove.. pri tc.mpaaturama imad 300"'C kmtmikn postaje el-cktrlki vodljiva za ione kisika, Ako je-sadraj kisika na obim stranama sonde razliit. javljn se izmedu elektroda na vanjkim plohama sonde elektrilli napon eroporcionala:n tcj rnzlici. cak i kod izgaranja bogate smjese, u l.!Jl'uoirn p1inovima ima slobo

  • 6, tetna emisija motora s unutarnjim izgaranjem Mahalcc, 1.: DIESELOVI MmORl

    .g c;c oo 0.'" .. .

    %'"

    PodruJe r"llul.elj." (1... protorl -

    -.-.-.~-.-

    1,0 1,025 1,.05 Faktor zraka ~ siromana

    \,o smjesa --

    40 (2002-{)4-23 )

    s-

    1

    - . .

    'D . . -. . -. . . .

    SL 6.2, Utjeeaj faktora zraka 2 na tetnu emisiju ispunih plinova (CO, HC, NOx) bez i s katalizatorom i napon (U;.) lambda sonde (lijevo), te shematski presjek lambda sonde (deSilO). Redukcija u katalizatoru je mogua samo ako je smjesa goriva i zraka u uskim granicama bliska stehiometriskoj smjesi, odnosno ako je 2 = 1,00 < 2 %, Djelovanje: Lambda sonda je ugraena u ispunu cijev (5) i njena vanjska stranaje izloena ispunim plinovimit (7) a unutarnja okolnom zraku

    -(8) koji ulazi u upljinu sonde. Porozno tijelo od posebne keramike (l) (ciIkonijev oksid) postaje iznad 350C VOdljivo za ione kisika Na njegovim vanjskim stranama sn elektrode (2) a stiatia izloena vruim jspunim plinovima je zatiena poroznim keramikim slojem (6). Ukoliko je sadIaj kisika u ispunoj cijevi i u okolnom zraku razliit, izmedu elektroda (2) sPojenih na kontakte (3) i (4) poinju tei ioni kisika i nastaje elektrini napon Wo. Npr. kod A. = 0.95 u ispunim plinovima ima oko 0.2 do 0.3 % vol. kisika Lambda sonda ima II uskom podru~ll (.l-prozor) skokovitu naponsku karakteristiLu koja se koristi kao regulacijska veliina (kod :t < 1 napon iznosi 800 ... lOOQ mV, kod..l. > l napon opadne nli pn'blino 100 mV), Na taj nain sonda signalizira regulacijskom ureaju da li je u ispunim plinovima previre ili premalo kisika, te se sukladno tome mijenja koliina ubrizgavanoga goriva.

    -Sl. 6.3. Shema ispunog ureaja Ottovog motora u putnikom automobih('hez katalizatora

  • 6, 'lelna emisija motora s unutarnjim izgaranjem 41 Mahalcc, l.: DIESELOVI MOTORI (200011"()6)

    Sl. 6.4. Trokomponentni katalizator s dva uloka: 1 - lambda sonda, 2 - keramiki uloak (katalizator), 3 - iano uleitenje, 4 - kuite katalizatora (najee od dvostrukog !ima radi nune toplinske zatite vozila od vrueg katalizatora).

    6.2. DIESELOVI MOTORI: ESTICE I NOx Kod Dieselovih motora borba za smanjivanjeoneienja.idesjednestrane prema smanjenju

    estica (sastoje se najveim dijelom od ulja za podmazivanje motora iodae tj. neizgOljelog ugljika, a manjim dijelom sadre sulfate i ostale sastojke) a s druge strane prema smanjenju otrovnih plinova CO, HC i NOx. Zbog velikog vika zraka u ispunim plinovima Dieselovog motora je koliina CO i HC openito niska, ali su koliine NOx i estica visoke. CO i HC se smanjuju oksidacijskim katalizatorom, dok se NOx smanjuje u prilino ogranienoj mjeri vraanjem dijela ispunih plinova (do 60%) natrag u proces u cilindru pomou AGRventila (za zagrijavanje ovih plinova se troi toplina izgaranja pa to smanjuje temperaturu plinova u cilindru a time i emisiju NOx). Vee snienje NOx uz pomo katalizatora, prikladno za serijsku proizvodnju, planirano je tek za 2004. godinu (trokomponenti katalizator za Ottov motor se ovdje ne moe primijeniti jer je kod Dieselovog motora faktor zraka znatno vei od l, pa taj katalizator ne djeluje). Tako kao drugi veliki problem tetne emisije Dieselovog motora, u usporedbi s Ottovim, trenutno ostaju estice. Jedino uspjeno rjeenje za sada je

    proiava koncerna PSA. Treba naglasiti da zahvaljujui svom visokom stupnju korisnosti moderan automobilski Dieselov motor s izravnim ubrizgavanjem goriva proizvodi znatno manje C02 i time manje ugroava Zemlju u pogledu "efekta staklenika", odnosno poveanja globalne temperature planete.

  • 6. tetna emisija motora s unutarnjim izgaranjem Mahalec, L: DIESELOVI iY!OTORJ

    5

    Vol1!atalys.tor FAP 1 2

    Ver!nennung der Partilai

    42 (2000-11-O6 )

    S'h.lld~mpler

    SJ. 6.5. Proiava estica PSA Ispuni plinovi prolaze kroz oksidacijski pretkatalizator (1) i proiava estica (2). estice se skupljaju u proiavau, ije stanje kontrolira raunalo (4) pomou osjetnika (3). Priblino svakih 500 km Common Rail sustav (5) ubrizgava gorivo jo jedamput i pri kraju takta ekspanzije (6, tree izdignue krivulje zakona ubrizgavanja; prvo

    izdignue je predubrizgavanje a drugo glavno ubrizgavanje). Na taj nain temperatura u cilindru poraste za 200 ". 250C. Tome slijedi dodatno poveanje temperature ispunih plinova za daljnjih 100C dogorijevanjem u oksidacijskom katalizatoru (1). Na taj se nain u proiavau (2) i kod malo optereenog motora sa sigurnou postie temperatura od 450C to je dovoljno za izgaranje nakupljenih estica (u gradskoj vonji temperatura ispunih plinova na tom mjestu inae iznosi svega 150 ... 200C). Na taj se nain proiava periodiki proiava. Da bi se kod te temperature osiguralo izgaranje estica, poseban ureaj (8) pri svakom punjenju spremnika u gorivo dodaje odredenu koliinu aditiva (7) koji sniava temperaturu sagorijevanja estica na 4S0C.

    6.3. USKLAiVANJE ZAHTJEVA NA SVJETSKOJ RAZINI Razvoj zakonske regulative u podruju vozila zapoeo je krajem SO-ih i poetkom 60-ih godina u SAD-u, Japanu i Europi, najprije na podruju sigurnosti, a potom i zatite okolia. Od tog je vremena automobilska industrija doivjela korjenite promjene: prela je dravne granice i postala svjetska pa je time i sigurno vozilo postalo opim ciljem. Zbog toga se

    poveao i broj zakonskih propisa koje vozilo mora zadovoljavati. U tome rasponu elja i mogunosti proizvoai su eljeli imati vozilo koje e se ispilati samo jedanput i prihvatiti svuda, dok su kupci eljeli to sigurnije i za okoli bezopasnije vozilo. Kao rezultat

    meusobne suradnje dravnih ustanova, automobilske industrije, osiguravajuih kompanija i

  • 6. SIeina emisija motora s unutarnjim izgaranjem 43 Mahalcc, 1.: DIESELOVI MOTORI (2000-1l'{)6)

    organizacija potroaa stvoreni su prvi homologacijski propIsI za proizvodnju vozila. Meusobne razlike u propisima, koji reguliraju istu problematiku ali u razliitim dijelovima svijeta, prepreke su kolanju roba na svjetskome tritu. U SAD-u je slijedom toga 1998. godine pokrenuto stvaranje svjetske homologacije pod naslovom 1998 Global Agreement. Njegova je svrha ustanovljavanje procesa u kome e se drave iz svih dijelova svijeta moi pridruili razvoju svjetskih tehnikih propisa u podruju sigurnosti, zatite okolia, poveanja ekonominosti i zatiti od krae vozila, motora i sklopova. Zajedniki krajnji cilj stalno je unapreivanje vozila upravo na tim podrujima, stvaranjem zakonskih okvira za automobilsku industriju i za potroae u cijelome svijetu. Sjedite mu je pri UNIECE u Genevi, a njegov

    konani naziv je "World Forum jor the Harmonization oj Vehicle Regulations" (svjetski jomIII za usklaivanje I harmonizac!iu pravilnika za vozila). Sporazum e stupiti na snagu kada mu pristupi najmanje osam drava ili regionalnih ekonomskih integracija, pri emu jedna od njih mora biti Europska zajednica, Japan ili SAD. Trenutano . stanje: sporazumu su pristupili SAD, Kanada, Japan, Europska zajednica i Francuska. Uskoro se oekuje pristupanje Ujedinjenoga Kraljevstva (VelikeBritanije);.Ruske Federacije, Njemake i eke. Mogui datum stupanja na snagu: oujak 2000. Zemljama u razvoju sporazum doputa postupno uvoenje usklaivanja / harmonizacije tako to e pravilnici sadravati razliite razine strogoe propisanih zahtjeva. Sporazumom se uva neovisnost svake od pristupnih strana. Obveza: primjene ograniena je s obzirom na individualne procese usvajanja propisa u pojedinim zemljama.

    100%

    20%

    0% , 1970 1971 1975 1977 1979 1984 1988 1992 1996 1996 2000 2005

    CO O HC Il!l NOx estice EU1 EU2 EU3 EU4

    Sl. 6.6. Smanjivanje granica tetne emisije u zemljama Europske zajednice. Pojedine razine zahtjeva nazvane su imenima Euro 1, Euro 2, Euro 3 i Euro 4.

  • 6. tetna emisija motora s unutarnjim izgaranjem 44 Mahalcc, I.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-06)

    OTTO

    pobOljan! kiititllza!or

    .. ~~~!I~$i1r .b.II~t1!Ilmor

    EU 3

    za Otto i Diesel: gorivo s niskim

    sadrajem sumpora:

    S

  • 6, letna emisija motora s unutarnjim izgaranjem 45 MahaIec, L: DII!."SELOVI MOTORI (2000-11'{)6)

    Euro 3 - Euro 4. Sniavanje razine doputene tetne emisije ispunih plinova uvoenjem propisa Euro 3 i Euro 4 postavlja nove zadae pred proizvoae vozila, ali i pred proizvoae goriva (sl. 6.7.), to je posebno vano za Hrvatsku. Euro 310 kao bitne novosti donosi

    ugraeni sustav automatske dijagnoze (On-Board Diagnose) te pootrene metode ispitivanja tetne emisije uz uzimanje u obzir i emisije u fazi zagrijavanja hladnog motora, pootreno ispitivanje emisije para goriva, kao i ispitivanje emisije tijekom uporabe vozila. Radi zadovoljavanja tih normi proizvoai moraju izvriti odgovarajua poboljanja na svojim vozilimall , a takoer je nuno uvesti goriva s malim sadrajem sumpora CS < 50 ppm mase l2, Otto i Diesel). Euro 4 13 donosi u odnosu na Euro 3 snienje doputene tetne emisije za priblino 50% za Ottove i Dieselove motore, te poveanje trajnosti sustava proiivanja ispunih plinova (od 80.000) na 100.000 km. Potrebne mjere za Euro 3:

    za vozila s Ottovim motorima: poboljani katalizator, zagrijavanje katalizatora (kasnijim upaljenjem gorive smjese i poveanjem brzine vrtnje motora u praznome hodu), smjetaj katalizatora to blie motoru, upuhivanje sekundarnog zraka u ispunu cijev kod motora velikoga radnog obujma

    za vozila s Dieselovim motorima: hlaenje ispunih plinova koji se vraaju natrag u cilindar, optimiranje vrtlonog strujanja u cilindru, optimiranje oksidacijskoga katalizatora.

    Euro 3 za vozila kategorija Ml i Nl s Ottovim motorima na snazi je od 1.1.2000., a s Dieselovim motorima od 1.1.2003. (Ml) odnosno 1.1.2005. (Nl). Potrebne dodatne mjere za Euro 4 (ll odnosu na Euro 3):

    kod vozila s Ottovim motorima: jo bolji katalizator, upuhivanje sekundarnog zraka u ispunu cijev

    kod vozila s Dieselovim motorima: naknadno ubrizgavanje goriva za vrijeme ekspanzije u cilindru, priguivanje usisa, vii tlakovi ubrizgavanja, prilagoeno upravljanje radom motora (motormanagement), piezoventili za ubrizgavanje goriva,. NOx-katalizator,.A.~sonda,:proiava za hvatanje

    estica.

    10 Euro 3 za vozila kategorija Ml i Nl s Ottovim motorima na snazi je od l. sijenja 2 000., a s Dieselovim motorima od L sijenja 2 003. (Ml) odnosno l. sijenja 2 005. (Nl).

    II Potrebne mjere za Euro 3 za vozila s Ottovim motorima: poboljani katalizator, zagrijavanje katalizatora (kasnijim paljenjem gorive snuese i poveanjem brzine vrtnje motora u praznome hodu), smjetaj katalizatora to blie motoru, upuluvanje sekundarnog zrnka II ispunu cijev kod motora velikoga radnog obujma. za vozila s Dieselovim motorima: hlaenje ispunih plinova koji se vraaju natrag u cilindar, optimiranje vrtlOIlOg strujanja II cilindru, optimiranje oksidacijskoga katalizatora.

    " 50 ppm mase odgovara koncentraciji od 50 mg/kg. lJ Euro 4 bi za vozila kategorija Ml (do 2 500 kg) i Nl trebao stupiti na snagu l. sijenja 2 005.

    Potrebne dodatne mjere za Euro 4 (u odnosu na Euro 3) kod vozila s Ottovim motori,na: jo bolji katalizator: upuhivanje sekundarnog zrnka u ispunu cijev. Kod vozila s Dieselovim motorima: naknadno ubrizgavanje goriva za vrijeme ekspanzije u cilindru, priguivanje usisa, vii tlakovi ubrizgavanja, prilagoeno upravljanje radom motora (mot0I111anagement), piezoventili za ubrizgavanje goriva, NOx-katalizator, A-sonda, proiava za hvatanje estica.

  • 6. tetna emisija motora s unutarnjim izgaranjem 46 Mahalec, l.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-D6)

    Euro 4 bi za vozila kategorija MI (do 2500 kg) i NI trebao stupiti na snagu 1.1.2005. Meutim, posve je neizvjesna situacija u pogledu zahtjeva Euro 4 za Dieselove motore gdje su propisane granine vrijednosti za duikove okside tako niske da se mogu postii jo samo primjenom NOx-katalizatora. S druge strane, ini se da njegov razvoj gotovo tapka na mjestu. Najavljivan ve nekoliko puta, ini se i danas podjednako dalekim kao pred nekoliko godina.

    ak i sam poetak primjene (1.1.2005.) kao da daje naslutiti da rjeenje ipak jo nije nadohvat ruke. Razina Euro 4 trai osim toga i gorivo bez sumpora (S < 10 ppm) za Ottove i Dieselove motore. To e pak zahtijevati posve nove ureaje za desumporizaciju u .rafinerijama, jer se sa sadanjima to ne moe postii. Treba napomenuti da su ispitivanja pokazala da bi se, i u dananjem stanju tehnike vozila, najvee smanjenje tetne emisije svih vozila u prometu postiglo upravo uvoenjem takva goriva.

    6.4. DODATAK 1.: KATEGORIJE VOZILA Tablica 6,1, Kategorizacija vozila prema ECE-pravilnicimal4

    Kategorija OPIS L MOPEDI I MOTOCIKLI - motorna vozila s manje od 4 kotaa

    L1 Motorna vozila s 2 kotaa, radnog volumena motora do najvie 50 cm3 i brzine do najvie 50 km/h L2 Motorna vozl1a s 3 kotaa, radnog volumena motora do najvie 50 cm3 i brzine do najvie 50 km/h L3 Motorna vozila s 2 kotaa, radnog volumena motora preko 50 cm3 ill brzine preko 50 km/h L4

    Motoma vozila s 3 kotaa postavljena simetrino s obzirom na uzdunu os vozila, radnog volumena motora preko 50 cm' III brzine preko 50 kmlh

    LS Motorna vozila s 3 KOlaca p05lav Jena slrneulcno s oDZlrom na uzauznu os vozu a, najvece aopu5lene mase do najvie 1000 kg I radnog volumena motora preko 50 cm' III brzine preko 50 km/h

    M OSOBNI AUTOMOBILI I AUTOBUSI = motorna vozila za prijevoz osoba s najmanje 4 kotaa, odnosno motorna vozila s 3 kotaa ako ima je najvea doputena masa vea od 1000 kg

    M1 Motoma vozila za prijevoz osoba koja osim vozakog sjedita imaju najvIe 8 sjedeih mjesta M2 Motorna vozila za prijevoz osoba koja osim vozakog sjedita imaju vie od 8 sjedeih mjesta i najvee doputene mase do nalvle 5000 kQ M3 Motorna vozila za prijevoz osoba koja osim vozakog sjedita imaju vie od 8 sjedeih mjesta i najvee

    doputene mase Dreko 5000 ka

    N TERETNI AUTOMOBILI - motorna vozila za prijevoz teretasnajmanje4,kotaa;'odnosno motoma vozila s 3 kotaa ako ima je najvea doputena masa vea od 1000 k9

    N1 Motoma vozila za prijevoz tereta, najvee doputene mase,dc'naJvle 35OO;,kg;~ ,'" N2 Motoma vozila za prijevoz tereta, najvee doputene mase preko 3500 kg ali do najvie 12000 kg N3 Motoma vozila za pnJevoz tereta, najvece aoputene mase Iznaa 12000 Kg

    O PRIKLJUCNA VOZILA = prikolice ukljuujui poluprikolice 01 Jednoosovinske prikolice najvee doputene mase do nalvle 750 kQ, osim poluprikolica 02 Prikolice najvee doputene mase do najvie 3500 kg, osim prikolica kategorije 01 03 Prikolice najvee doputene mase Dreko 3500 kQ ali do nalvle 10000 kQ 04 Prikolice najvee doputene mase preko 10000 kg

    14 Pravilnik o homologaciji vozila, Prilog br. I: Kategorizacija vozila, NN br. 82/1996str. 3220-3221

  • 6. letna emisija motora s unutarnjim izgaranjem 47 Mahalcc, L: DIESELOVlMOTORI (2000-11-06)

    6.5. DODATAK 2.: GRANiNE VRIJEDNOSTI TETNE EMISIJE ZA DIESELOVE MOTORE PREMA PRAVILNIKU ECE-R 49

    Tijekom vremena u pravilniku ECE-R 49 dolo je do odreenih promjena vezanih uz opremu i uvjete mjerenja. Najvanije promjene odnose se na granine vrijednosti dozvoljenih emisija. Na razini Europske unije poduzimaju se sveobuhvatne mjere za smanjenje emisije tetnih plinova. Sniavanje dozvoljenih emisija tetnih plinova provodi se postupno i.to za sve tipove motora. Svaki od tih koraka nazvan je zajednikim imenom EURO l, 2, 3. Treba napomenuti da nije rije o jednom jedinstvenom propisu za ispitivanje emisije tetnih plinova, nego da se u postojeim propisima, u ovo sluaju pravilnikom ECE-R 49, snizuju granine vrijednosti dozvoljenih emisija tetnih plinova. Pojmovi Green Lony i Greener and Safer Lorry

    ukljuuju osim ogranienja emisije jo i ogranienja buke. Tablica 6.2. Granine vrijednosti emisije tetnihplinovai esticaprema ECE-R 49

    te tetne emisije i buke prema zahtjevima EU za Green Lorr/5 ECE Popularni CO CH NOx cstic

    pravilnik br naziv glkWh I gIk\Vh glkWh 49.00 L 03, 1983. 14 3,5 18 49.01 L 05. 1990. 11.2 2,4 14,4 49.02 A (1) L 07, 1992, EURO l 4,5 1,1 8,0 0,36 10,61 (l) 49.02 E (1) l. 10. 1995. EURO 2 4.0 1,1 7,0 0,15

    od 1999, EURO] 2,0 0,6 5,0 0,1 Buka: ECE - 49.02 A GreenLony 4,9 1,23 9,0 0,410,7 78/80

    , ECER51

    EEC 70/1 57, 49.02 B Greener and Safe 4,0 1,1 7,0 0,15 78/80 (5) ECER 51 92/97 Lo (4) 3.

    (I) Datumi se odnose na donoenje prvobitnih verzija. Sve one su naknadno mijenjane i dopunjavane pa se u drugim izvorima mogu pojaviti i drugi datumi.

    (2) Pravilnik ECE-R 49,02, kriterij A, odnosno kriterij B. (3) Za motore snage: preko 85 kW 1 do 85 kW (za.manje motore dozvoljena.emisija'esticauvetava se 1.7 pu/a). (4) Njemaki nazivi: der grline Krajljahrzeugi der.supergrlineundsichereKrafljaltrzeug (S) Za motore snage: do ukljuivo 150 kW I preko 150 kW.

    15 Izvori: l. ECE-R49 2, TRANS!WP.291343IRev.5, 20 February 1997, Economic and Social Council, United Nations,

    Economic Commission for Europe, GE.97-20450 3. Austrijske potvrde za izdavanje odobrenja Green Lorry i Greener and Safe Lorry

  • 7. Primjeri 48 Mahalec, I.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-06)

    7. PRIMJERI

    7.1. IMR - 034/T/A

    Sl. 7. 1. IMR-034 je tipian traktorski motor starije generacije. S dananjeg gledita je zastario i nekonkurentan ali u Hrvatskoj jo uvijek ima velik broj traktora pogonjenih ovim motorima. Odravanje motora je jednostavno. Prvobitni pogon bregastog vratila dvostrukim lancem (prikazan na ovoj slici) kasnije je zamijenjen cilindrinim zupanicima s kosim zubima.

  • 7. Primjeri Mahalec, 1.: DIESELOVI MOTORI

    49 (2000-11.Q6)

    Sl. 7.2. Popreni presjek motora IM-034: 4T -Diesel s vrtlonom komorom, 4-cilindarski, redni motor, promjer cilindra 91.4 mm, hod klipa 127 mm, stupanj kompresije 17.4, ukupan radni volumen 3.33 dm3 . 37 kW kod 2000 min,l, 195 Nm kod 1300 min'!, tlak ubrizgavanja 160 bar, najmanja potronja goriva 252 g/kWh. Najvea regulirana brzina vrtnje 2180 min'!, brzina vrtnje u praznom hodu 500 ... 550 min'!.

  • 7. Primjeri 50 Mahalcc, l.: DIESELOVI MOTOR] (2000-11-06)

    7.2. Oeutz FL 912 (1968) I FM 1012 (1992)

    SL 7.3. Deutz FL 912 poeo se proizvoditi 1968. godine. Ovaj zrakom hlaeni motor sluio je za pogon gospodarstvenih i poljoprivrednih vozila, a takoer i kao stabilni motoL PODACI: broj cilindara: 2, 3, 4 ili 6; snaga: od 24 do 81 kW kod 2500 ili 2800 min-l; masa: od 250 do 400 kg; najmanja specifina efektivna potronja goriva: 217 glkWh. Usprkos svojoj za dananje pojmove velikoj teini, motori su za traktorsku primjenu prelagani, pa su na traktore stavljani utezi za poveanje adhezijske teine. Motori su poznati po izdrljivosti i jednostavni su za odravanje ali su danas zastarjeli:

    neekonomini su i buni a emisija ima daleko prelazi danas doputene granice. Ove motore po Deutzovoj licenci proizvodi tvornica Torpedo "u Rijeci.

  • 7. Primjeri 51 MaIlalec, I.: DIESELOVI ,HaTaR] (2000-11-06)

    100 ~~tato Hladnjak ulja

    90 ;;!1 o 80 o ~

    " E 'JO

    - --I-

    -- -

    Zrak la hlaenje

    V Zakon ubrizgavanja Djtrt:z r 4 L 912 ,

    ..;:..... dm/du

    f \\ n ;; 2.300 miril i Pa=- 6,75 b.1r' I \

    cl

    " c 60 cl ~ \

    IS

    o>

    " /ZBkon razvijanja topUne

    tt!

    '" 50 Q)

    ..,

    g! .co cl

    " '" JIJ .5

    Ispu~nl plinovi I i dQ/do. 10 f \ ""-''-(I I '. k

    5 ! \ ..... r-I t- '-iS. I \ {l. 20 Snaga na sPQjci

    10

    o

    Oeutz F4LS12

    PUNO OPTEREENJE 1m'~!I;.re~ \:l3 12CC 2~1XI

    BrzJ:na vrtnje motora, 11 min

    -lO -5 GMT 5

    i i

  • 7. Primjeri Mahalcc, 1.: DIESELOVI MOTORI

    7.3. Steyr M1

    52 (2000-11-1l6)

    SI. 7. 7. Steyr Ml. prvi Dieselov motor s izravnim ubrizgavanjem goriva prikladan za ugradnju u putniki automobil. Podaci o mOIoru: cilindar 085 x 94mm, broj cilindara 4 ili 5 ili 6, radni volumen 2.13 ili 2.67 ili 3.2 dm3, masa suhog motora 179 ili 208 ili 225 kg, snaga od 74 ... 145 kW kod 3800 ... 4300 min l , jedinina snaga 35 ... 45 kW/dm3 Svi su motori opremljeni turbopunjaem. Kod 4-cilindarskih motora u poklopac glavnog leaja koljenastog vratila ugraeni su protuutezi (10) za uravnote3vanje inercijskih sila 2. reda.

    Znatno ispred svog vremena, Steyr Monoblock Ml je bio prvi TDI-motor! prikladan za ugradnju u osobni automobiL Mnogi problemi koji su to prijeili, u prvom redu buka, ovdje su po prvi puta bili rijeeni. Relativno nepoznat izvan strunih krugova, motor je zapoet 1978.-79. godine kao zajedniki projekt BMW-a i Steyra, sa ciljem da naprave Dieselov motor koji bi bio bolji od svih dotadanjih, te bi odgovarao portskom karakteru BMW-ovih automobila. Zbog neoekivanih i tada jo nesagledivih problema (bukal) projekt se oduio

    l TDI Turbo Diesel Direct Injection (engl.) ili Dieselov turbomotor s izravnim ubrizgavanjem goriva 2 Steyr je problem buke Ijeavao sustavno, korak po korak. To jc urodilo posebnom konstrukcijom bloka i

    uljnoga korita (9) koje je ovjeeno o mekanu gumenu brtvu (B na sl. Error! Reference source not found.., lijevo) visoko na cilimlarskom bloku (na polovici hoda klipa), pa buka izgaranja mora proi kroz tri stijeoke i dva medija (vodu i zrak). Na preostalom gornjem dijelu motor je dobio zvuni oklop to je dodatno smanjilo rasprostiranje buke tl okolinu.

  • 7. Primjeri 53 Mahalcc, I.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-06)

    toliko da se BMW povukao, a Steyr je nastavio sam i dovrio motor. Odmah u poetku odabrana je koncepcija: monoblok (glava mOlora i cilindarski blok s posloljima le7l1ja radilice odliveni su u jednom komadu, vidi (4) na sl. 7.7.) i pumpa-brizgaljka (8). Ova konstrukcija nema vijaka za pritezanje glave, niti tunela kroz koje oni prolaze, pa je smjetaj ventila i brizgaljke za gorivo znatno slobodniji, hlaenje glave je puno bolje i jednolinije a deformacije cilindara su znatno manje jer se cijelom duinom mogu slobodno toplinski rastezati (kod uobiajenih molora lo

    spreava masivna prirubnica glave i bloka). Zbog boljeg hlaenja glave toplinsko optereenje motora nije visoko usprkos velike snage (45 kW/dm'). Nema opasnosti od napuklina izmeu .sjedita. ventila i brizgaljke, a sjedite kod zagrijavanja i hlaenja pri radu motora ostaje okruglo. Motor ima malu teinu (84 ... 70 kg/dm' radnog volumena) iako je monoblok izraen od sivog lijeva. Broj dijelova je manji nego kod uobiajenih motora, trokovi proizvodnje su nii a trajnost je mnogo vea. Pripremu gorive smjese vri elektroniki regulirani sustav dvostupanjskog ubrizgavanja

    pomou patentirane pumpe-brizgaljke; koja je svakako bila klju uspjeha. Naime, do pojave Steyrovog motora Ml, velika buka izgaranja je bila nesavladiv problem DI-motora. Buka ima dva izvora: brzi porast tlaka u hidraulikom sustavu ubrizgavanja goriva (do SOx 106 barls) i brzi porast tlaka u cilindru uslijed naglog izgaranja. Kod pumpe-brizgaljke su visokotlana pumpa, visokotlani cjevovod i brizgaljka integrirani u jednu cjelinu, smjetenu u glavu motora, koja svojim poklopcem znatno smanjuje rasprostiranje buke visokotlanog

    hidraulikog sustava u okolinu. S druge strane, buka izgaranja je smanjena dvostupanjskim ubrizgavanjem. Brizgaljka (sl. 7.B. desno) ima dvije opruge, meku (M) i tvru (T), a gorivo se ubrizgava u dva stupnja: predubrizgavanje i glavno ubrizgavanje. im na poetku ubrizgavanja tlak goriva pod iglom (1) malo naraste, njegova sila stlai meku oprugu i pritom samo malo podigne iglu u brizgaljci. Manja koliina goriva se sada ubrizgava pod malim tlakom kroz izlazne otvore brizgaljke (tzv. predubrizgavanje), mlazom male prodornosti u obliku oblaka finih sitnih kapljica koje se brzo upale. Nakon izvjesnog vremena tlak goriva koje i dalje dotjee pod iglu poraste toliko da njegova sila stlai i tvru oprugu te se igla podigne (za znatno vei iznos) do kraja: ubrizgava se preostala glavna koliina goriva, mlazom velike prodornosti koji probija zapaljeni oblak predubrizganoga goriva i dobro se mijea sa zrakom u cilindru i izgara. Porast tlaka izgaranja u cilindru je sporiji nego kod DI-motora bez predubrizgavanja, pa je buka manja. Najvei tlak ubrizgavanja ide kod ovog motora do 1600 bar. Licencu za brizgaljku.su otkupili Bosch i Lucas3 Steyrov motor obiluje itavim nizom originalnih rjeenja i pravi je primjer izvanredno promiljene konstrukcije, poboljavanedugotrajnim i upornim inenjerskim radom. U glavi motora, Steyr se odluio za dva ventila po cilindru. etiri ventila dodue omoguuju bolju kontrolu procesa izgaranja u cilindru\ ali su odljevci znatno sloeniji a izmeu ventila nema dovoljno mjesta za veliku pumpu-brizgaljku. Meutim ba ona omoguava tlakove ubrizgavanja od preko 2000 bar, bez pojave kavitacije, to u procesu izgaranja daje vee prednosti od simetrinog 4-ventilskog prostora izgaranja s malom brizgaljkom u sredini .. Usporedba s konkurencijom je opravdala odabranu koncepciju, pokazavi velike prednosti Steyrovog motora Ml u pogledu potronje goriva, snage i tetne emisije.

    , Taje brizgaljka, za koju je Bosch tvrdio da sc ne moe napraviti, omoguila pojavu nadasve uspjenih TDI-molora koncerna VW i Audi, koje su polom slijedili i drugi proizvodai. Do pojave Common Raila 1997. g.,. lo je bila jedina brizgaljka za brzo hodne Dicselove molore s izravnim ubrizgavanjem, koja je omoguavala prcdubrizgavanje, nuno za smanjivanje buke izgaranja na prihvatljivu razinu .

    . , Kod etiri ventila po cilindru kulotvorenosti ventila za isti razvodni presjek moe biti manji, a lo omoguava bolju kontrolu procesa u cilindru (jer je toka 10 blia DMT, prekrivanje ventila je krae, a UZ je takoder blia DMT). Osim toga jedan usisni kanal sc kod manjih snaga moe zatvoriti, ime s poveava brzina strujanja zraka na ulazu u cilindar a time i stvaranje vrtloga, to je povoljno za mijeanje goriva i zraka.

  • 7. Primjeri Mahalcc, L: DIESELa/l MOTORI

    SL 7.8. Lijevo: Motor Steyr Ml: B - mekana gumena brtva na koju je objeeno uljno korito 9. Desno, gore: Steyrova pumpa-brizgaJjka s dvostupanjskim ubrizgavanjem: T - tvra opruga, M - meka opruga. Desno, dolje: Uloak brizgaljke: 1 - igla s dvostrukim

    voenjem, 2 - tijelo uloka brizgaljke, G - kanal za dovod goriva.

    54 (2000-11-06)

  • 7, Primjeri 55 Mahalec, 1.: DIESELOVI MOTORI (2000-11-08)

    7.4. Mercedes OM 611 (TDI, 4V po cilindru, Common-Rail, 1997, g" 220 eDI)

    14

    12 ;l: " "-

    lO '" 's ~

    " 8 ~ o e

    ~ 6 mit VQNtlrtaprl.tzung

    '" s predubrizgavanjem

    4! ~ jg zi ';;j i

    ., o' 1000 lS00 ZOOO 2500 3000 3500 4DCO 4500

    Mo:ordrehzahl [l/min}

    50 ~:.~~~~.~~~,~.4t,(lt~:!.h~~""!.~~~i:::i~:~!~~~~.~.~!~~?I~t~:~?~~: '1 . ohtie Vore:inspril1ung . VfftffJ\.~~::f~!.lth!'eA' '

    45.' ,,1\ ! ... ~~ n -ll' '. t : ~v: 40;

    35

    30 i