Motor sa unutrašnjim sagorijevanjem

Motor sa unutrašnjim sagorjevanjem

Motori sa unutrašnjim sagorjevanjem (SUS motori) su toplotni motori kod kojih produkti sagorevanja (koji su višeg energetskog potencijala, nastalog oslobađanjem toplote), svojim direktnim dejstvom vrše mehanički rad.^[1][2][3]

Pojam motor s unutrašnjim sagorevanjem obično se odnosi na SUS-motore kod kojih se proces sagorevanja obavlja s prekidima. Osim ovih, postoje i motori s unutrašnjim sagorijevanjem kod kojih se proces sagorevanja obavlja kontinuirano i takvi motori su gasne turbine, mlazni motori (reaktivni motori)^[4] i većina raketnih motora.^[5] Vatreno oružje je isto tako forma mašine sa unutrašnjim sagorevanjem.^[5] Ovi SUS-motori s kontinuiranim procesom sagorevanja rade na istom principu kao i prethodno.                                                                                                                                         Četverotaktni ciklus                                                                                            benzinskog motora

1. Usisavanje
2. Sabijanje
3. Ekspanzija
4. Izduvavanje

Osnovni djelovi klipnih SUS motora

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

Nosač motora

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

Blok motora

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

Koljenasto vratilo

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

Klipnjača

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

Klip

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

Ventili

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

Pumpa visokog pritiska za ubrizgavanje goriva

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

Karburator

Karburator je uređaj koji se nalazi ispred cilindra motora i u kojem se pravi smeša vazduha i goriva za motor s unutrašnjim sagorevanjem. Karakteristika karburatora je ta da se koristi samo kod benzinskih motora jer služi za raspršivanje goriva u struji vazduha pre nego se ta smeša usisa u cilindar za vreme prvog radnog takta. Karburator je bio među prvim patentima Karla Benza, jer je on razvio motor s unutrašnjim sagorevanjem i njegove delove. Godine 1885. Vilhelm Majbah i Gotlib Dajmler razvili su karburator za svoj motor, čiji se rad zasniva na principu ubrizgavanja brizgalicama. Karburatori su bili uobičajeni deo benzinskih motora proizvedenih u većem delu SAD-a do kraja 1980-ih, kad je prevladao princip ubrizgavanja goriva u cilindre SUS-motora.

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

Svjećica

Kod benzinskih SUS-motora, za razliku od dizelskih, koriste se svećice. To je mali električni uređaj koji visoki napon s magneta pretvara u iskru na njenom vrhu za paljenje gorive smeše u cilindru SUS-motora. Paljenje iskre dešava se na kraju takta sabijanja, usled čega dolazi do procesa sagorevanja gorive smeše, čime otpočinje radni takt sagorevanja.^[12]

Među prvim izumiteljima koji su patentirali svećicu bili su Nikola Tesla, Ričard Sims i Robert Boš. Karl Benz takođe je značajno pridoneo njenom razvoju.

 Podjela

dijele se na:

• klipne (motori promenljive zapremine):
  • rotacioni, tj. sa obrtnim klipovima (vankelov motor);
  • translatorni (linijski), tj. sa oscilujućim klipovima. U užem smislu, naziv klipni motori označava ove motore, a koristi se i naziv "klasični" klipni motori. U ovu grupu spadaju oto motori i dizel motori, a mogu biti dvotaktni i četvorotaktni.
• strujne (gasna turbina, mlazni i raketni motori);

Podjela po taktnosti 

                                 Dvotaktni

Dvotaktni motor je motor s unutarnjim izgaranjem koji cijeli svoj radni ciklus obavi u dva takta ili jedan krug koljenastog vratila . Time se razlikuje od četverotaktnog motora koji to obavi za dva kruga.

Dva takta dvotaktnog motora su:

1. TAKT – izmjena medija i kompresija

2. TAKT – izgaranje i ekspanzija (radni takt)

Dvotaktni motor prilikom svakog kruga koljeničaste o 

sovine ima jedno izgaranje i ekspanziju (radni takt), za razliku od četverotaktnog koji ima jedan radni takt svaka dva kruga koljeničaste osovine. Time teoretski dvotaktni motor ima duplo veći radni učin odčetverotaktnog motora. 

                                     Četverotaktni

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

Podela po vrsti izrade

Redni motori

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

V-motor

Proizvode se sa 2, 4, 6, 8, 10 ili 12 cilindara (paran broj cilindara od 2 naviše). Postavljaju se pod uglom od maksimalno 90 stepeni, čime se štedi na veličini motora.

Bokserski motor

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

U brodskoj primeni, tj. za velike motore izrađivao se Doksford motor.

VR-motoriKombinacija rednog i V-motora

Zvezdasti motor

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

      

Klipni SUS motori

                              

Klipni motori sa unutrašnjim sagorevanjem su motori koji se koriste na današnjim automobilima. Osim na motornim vozilima (putničkim automobilima, kamionima, motociklima), radnim mašinama (traktorima, kombajnima i dr.) i mehanizaciji uopšte, koriste se i na brodovima (veliki, sporohodni dizel motori), čamcima, a u manjoj meri i za pogon lokomotiva i letelica. Procenjuje se da se u ovim motorima potroši preko 25% ukupne svetske potrošnje energije (industrija, transport, grejanje, ...). U drumskom transportu troše skoro 99% energije, u vodenom preko 75%, dok u železničkom i vazdušnom i manje od 10%. Ovi motori ostvaruju mehanički rad na račun potencijalne energije produkata sagorevanja.

Kod motornih vozila se u ogromnoj većini koriste "klasični" klipni motori (tj. oto i dizel motori), mada stalno ima pokušaja za uvođenje vankelovog motora. Postoje i pokušaji ugradnje gasne turbine (američki tenk M1 Abrams ima ovakav pogon), ali to je izvodljivo samo kod teških vozila. U poslednje vreme prisutni su u hibridni pogon, pa i električni.

Automobilski motori kao gorivo koriste (motorni) benzin, dizel gorivo ili tečni naftni gas - TNG (tzv. plin), eventualno Komprimovani prirodni gas - KPG. Zbog nedostatka nafte kao osnovne sirovine, automobilska industrija pokušava da nađe alternativnu vrstu goriva.