Sistemi direktnog ubrizgavanja benzina (Oprema Motora)

qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfgh jklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvb nmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwer Seminarski rad – Oprema motora Sistemi direktnog ubrizgavanja benzina tyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas dfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzx cvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuio pasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghj klzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwerty uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdf ghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrty uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdf ghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc 3/15/2017

Mujkanović, Merima MAŠINSKI FAKULTET BANJA LUKA

Mašinski fakultet Banja Luka

Mujkanović M.

Katedra za motore i vozila

SISTEMI DIREKTNOG UBRIZGAVANJA BENZINA

Benzin je tečna, zapaljiva materija lako isparljivih ugljikovodika. Dobija se kao najlakša frakcija pri destilaciji nafte. Najčešće se dobija postupkom krekovanja, kr ekovanja, tj. cijepanjem viših ugljikovodika u niže, pod visokim pritiskom i temperaturom. Također, može se proizvesti kondenzacijom iz tečnog gasa. Važna karakteristika benzina kao goriva jeste njegova otpornost prema detonativnom sagorijevanju. Detonativno sagorijevanje je fenomen nenormalnog, eksplozivnog, zapreminskog sagorijevanja kada se nađe u većem ili manjem dijelu cilindra homogena smjesa benzina i zraka koja ispunjava uslove samopaljenja . Samopaljenje nastaje kada homogena smjesa uslijed visokih temperatura dijelova motora, dostigne temperaturu koja je iznad samopaljenja benzina, a to je u prosjeku preko 850̊ C.

Uslijed detonativnog sagorijevanja dolazi do mnogih negativnih pojava, prije svega mehaničkih i termičkih opterećenja, koji mogu dovesti do uništenja i loma pojedinih elemenata u samom motoru. Također, zbog detonativnog sagorijevanja dolazi do pada snage i ekonomičnosti motora. Otpornost benzina oktanskim brojem.

prema

detonativnom

sagorijevanju karakterizira

se

njegovim

Oktanski broj predstavlja procenat izooktana u smjesi s n – heptanom, koji detonira pri istim uslovima kao i ispitivano gorivo. ( izooktan je veoma otporan na detonaciju pa mu je OB =100, dok je n – heptan heptan neotporan i ima OB = 0 ).

Ispitivanje se vrši na jednocilindričnim CFR motorima specijaliziranim metodama, koje se baziraju na upoređenju standardnim etalonima. Svaka neracionalno potrošena oktanska jedinica predstavlja gubitak u radu, kvalitetu, ekonomiji i ekologiji.

se može obaviti samo u parnoj fazi, zbog toga osnovni zadatak sistema obrazovanja smjese jeste obezbjeđenje smjese benzina i zraka u parnom, maglovitom stanju. U stvarnosti, sve što se postigne u brizgaljkama podliježe mnogim negativnim pojavama na putu Sagorijevanje

do cilindra.

Prelazak na ekonomičnije i manje toksične motore s direktnim ubrizgavanjem benzina u cilindre motora, podrazumijeva rad sa siromašnom smjesom, kataličkim prečišćavajućim elementima ispusnih gasova i sasvim drugim regulacijama u odnosu na konvencionalne. 2


Mujkanović M.


U budućnosti se teži razvoju benzinskih motora koji će raditi sa siromašnijim smjesama i većim stepenom sabijanja, uz sva poštivanja ograničenja oktanskih kvaliteta benzina. Direktno ubrizgavanje goriva u cilindre to omogućuje, kod njih ste pen sabijanja čak dostiže i optimalne granice u rasponu ε = 12 – 15, – 15, a i stepen iskorištenja ima visoke vrijednosti η = 0,4 – 0,5. Zbog svega navedenog, zahtjevi prema kvalitetu benzina bit će dosta drugačiji.

Alternativna goriva

Rezerve nafte fosilnog porijekla se sve više smanjuju zbog čega je neizvjestan vijek njihove eksploatacije. Iz tog razloga se pribjegava korišenju alternativnih vidova goriva. Kao najprespektivnija alternativna goriva su goriva na bazi alkohola i vodika . Alkoholna goriva dobro o brazuju smjesu s zrakom, imaju dobru toplotnu moć, otporni su na detonaciju u velikoj mjeri, pogodna su za upotrebu i manipulaciju. Pod alkoholnim gorivima podrazumijevamo metanol i etanol. Metanol je mono-primarni alkohol visoke otrovnosti. Poznat je kao “alkohol iz drveta“, mada se industrijski dobija iz prirodnog gasa. Ima dobra primjenska svojstva pa se može miješati sa benzinom. Prednosti su mu to što omogućava visok oktanski broj , te veliku količinu latentne toplote ( toplota koju neka masa mora predati ili primiti iz okoline kako bi promijenila agregatno stanje), koja smanjuje temperature u cilindru, a samim tim i emisiju azotovih oksida NO x. Čist metanol može dati maksimalne, optimalne vrijednosti stepena sabijanja ε = 12 – 15. 15.

Međutim, mane su mu to što otežava startovanje motora motora,, higroskopan je , taloži se na zidovima cilindra i instalacija, te uzrokuje koroziju . Ovi nedostaci se teže djelimično ili u potpunosti otkloniti dodavanjem aditiva samom metanolu.

Etanol je tzv. “zeleni alkohol “ koji se dobija iz rastinja, agro plodova i otpadaka. Zbog visokih oktanskih brojeva rado se koristi u motorima, ali ga nema u viškovima na tržištu, pa se najčešće

dodaje benzinu u količinama od (10 – 20 – 20 )%, čime se smanjuje potrebna količina benzina.

Vodik je skoro idealan kao gorivo jer perfektno obrazuje smjesu i emitira nezagađujuće produkte sagorijevanja, vodenu paru . Najveći problem njegove primjene je otežana

ditribucija, manipulacija i uskladištenje u vozilu.

3


Mujkanović M.


Tečni naftni gas, poznat pod nazivom LPG ima najrasprostranjeniju primjenu kod nas. Pod njim se podrazumijevaju tečni ugljovodici, odnosno propan, butan i njihove smjese i smjese i njihove

smjese prema odgovarajućim standardima ua LPG. Smjesa tečnog naftnog gasa i zraka lako se pali čak i kada je smjesa siromašna, što je i neophodno kod današnjih motora u pogledu ekonomičnosti.Također i visok oktanski broj omogućava podizanje stepena sabijanja što je upravo i razlog povećanja snage s njegovom primjenom. U poređenju s benzinom imaju znatno manju emisiju CO, HC i NO x.

Pri rukovanju sa TNG-om mora se ukloniti utjecaj otvorenog plamena , jer je sklon eksplozivnosti , ali ukoliko se s njim pravilno rukuje, dostiže se ogromna ekonomičnost.

Režim rada se definira položajem regulacionog organa ( kod Otto motora je to leptir) i brojem obrtaja koljenastog vratila motora.

Kod Otto motora postoji nekoliko režima rada koji su karakteristični kako za konvencionalan način obrazovanja smjese (putem karburacije), tako i za način obrazovanja smjese putem ubrizgavanja benzina u cilindre, a to su : 1. 2. 3. 4. 5.

PRAZAN HOD HLADAN START RAD MOTORA PRI NAGLOM UBRZAVANJU

RAD NA SREDNJIM OPTEREĆENJIMA PUNO OPTEREĆENJE

Za karburatorski sistem obrazovanja smjese, karakteristična je homogena smjesa. Za direktno ubrizgavanje goriva u cilindre, osobeno je slojevito punjenje (Fuel Stratified Injection) .

Slojevito punjenje se realizira na način što se u okolini svjećice ubrizga oblak homogene smjese, dok je ostatak cilindra ispunjen skoro u potpunosti svježim zrakom. Ovim načinom se obezbjeđuje ekonomičnost rada motora na malim i srednjim opterećenjima kakva su najčešće zastupljena u eksploataciji. Na punom opterećenju, sistem direktnog ubrizgavanja u cilindre obezbjeđuje homogenu, bogatu smjesu. smjese kako bi se postigla Pri punom opterećenju, neophodno je izvršiti obogaćenje smjese maksimalna moguća snaga motora. Ovaj režim se može identificirati na osnovu položaja leptira (pun otvor), bilo da postoji davač ugla leptira (potenciometar) ili da postoji prekidač

kojim se registriraju krajnji položaji leptira. Smjesa se obogaćuje povećanjem vremena ubrizgavanja, kako bi se postigao koeficijent viška zraka u granicama λ = 0,85 – 0,95. Kod novijih generacija sistema, gdje postoji i davač detonacije, vrijednost koeficijenta viška zraka, pri punom otvoru leptira zavisi od toga da li se javlja detonacija. 4


Mujkanović M.


Kod rada na praznom hodu , sastav smjese se regulira tako da se dobije ravnomjeran rad motora, pri tome vodeći računa o minimalnoj potrošnji i ispusnoj emisiji. emisiji . Kod praznog hoda,

obično je neophodna nešto bogatija smjesa u odnosu na srednje režime rada. U slučaju savremenijih motora sa ubrizgavanjem benzina kod kojih se može postići dobra homogenost smjese adekvatnom komorom sagorijevanja i sistemom paljenja visokih mogućnosti, karakterističan je rad sa stehiometrijskom smjesom ( λ = 1). Također, i režim praznog hoda se prepoznaje na osnovu ugla otvorenosti leptira ili pomoću prekidača koji mjeri krajnje položaje leptira.

U slučaju rada motora na prelaznim režimima, režimima, a to su ubrzanje i usporenje , neophodna je također posebna regulacija sastava smjese. Iako je kod sistema ubrizgavanja pojava osiromašenja pri naglom otvaranju leptira znatno manje izražena nego kod karburatora, ipak je neophodno izvršiti određeno obogaćenje smjese kako smjese kako bi se obezbijedila dobra vozivost motora. Kod usporavanja motora, količina ubrizganog goriva se može smanjiti u cilju poboljšanja ekonomičnosti i ispusne emisije motora. Režim ubrzanja se u EUJ prepoznaje na osnovu brzine promjene signala opterećenja motora. Također, kako obogaćenje smjese zavisi i od temperature; ( pri višoj temperaturi neophodno je veće obogaćenje), to se pri određivanju faktora povećanja ubrizgane količine goriva, uzima u obzir i temperatura.

Poseban režim regulacije, predstavlja rad motora pod djelovanjem inercijalnog kretanja vozila, odnosno, kočenja vozila motorom. U ovom slučaju se može potpuno prekinuti sa ubrizgavanjem goriva , čime se postiže dvostruki efekat, s jedne strane se pojačava efekat kočenja motorom, dok sa druge poboljšava ekonomičnost i ispusna emisija. Ovaj režim se u tehničkoj praksi naziva “CUT – OFF“ i on se od strane elektronske upravljačke jedinice prepoznaje na bazi položaja otvorenosti letira i broja obrtaja motora. Generalno gledano, “CUT – OFF“ nastaje kada je leptir u položaju praznog hoda, a broj obrtaja veći od nekog unaprijed zadanog praga za režim praznog hoda. hoda. Potpuni prekid ubrizgavanja se ostvaruje i u

cilju zasštite motora od prekoračenja maksimalno dozvoljenog broja obrtaja. Iako kod Otto motora nije neophodna regulacija maksimalno dozvoljenog broja obrtaja kao što je slučaj kod Diesel motora, ipak se kod današnjih sistema ograničava maksimalni broj obrtaja, jer njegovo eventualno prekoračenje ne doprinosi bitnije performansama vozila, a pri tom ima vrlo štetan utjecaj na radni vijek motora.

5


Mujkanović M.


Prve sisteme za ubrizgavanje benzina imali su avionski motori uoči Drugog svjetskog rata. To je bio sistem sa ubrizgavanjem benzina pomoću mehaničkih klipnih pumpi direktno u cilindre motora. Glavni problem je bio u pumpi i brizgaljki : klipne pumpe visokog pritiska ne podnose benzin, zbog čega su uvedeni posebni sistemi sis temi podmazivanja klipnih elemenata u pumpama.

Trkačke mašine poslije Drugog svjetskog rata pokušavaju sa različitim varijantama mehaničkih sistema ubrizgavanja, ali zbog male pouzdanosti ti uređaji se ne ugrađuju serijski u vozila. Prvi automobil u serijskoj proizvodnji sa Bosch-ovim direktnim sitemom ubrizgavanja goriva u cilindre motora je Mercedes – Benz SL 300. Ovim sistemom iz šestocilindričnog motora je postignuta snaga s naga od 215 KS, skoro s koro dvostruko više od karburatorske verzije, te je mogao dostići

brzinu od čak 260 km/h. Najveći problem ovog prvobitnog sistema ubrizgavanja je to što se gorivo nastavljalo ubrizgavati i nakon prekida paljenja, jer je sistem bio mehanički, te se sapiralo i ulje sa zidova cilindara. Nakon ovog siste ma, gotovo ni jedan proizvođač skoro 40 godina nije ugrađivao sisteme direktnog ubrizgavanja serijski u vozila. Razlog tomu je bio znatno jeftiniji, ali i dovoljno efikasan sistem indirektnog ubizgavanja. Sistem direktnog ubrizgavanja se ponovno pojavio 1996. 19 96. godine g odine u verziji Mitsubishi-ja, a njega nje ga slijede i Volkswagen; Mercedes i Alfa Romeo.

Slika 1 –

[7]

6


Mujkanović M.


Prvo serijsko vozilo sa elektronskim ubrizgavanjem benzina u usisne cijevi se pojavljuje 1967. godine. Taj elektronski sistem poznat je pod nazivom D – Jetronic, – Jetronic, proizvođača Bosch-a. Sedamdesetih godina su prisutni sistemi kontinualnog ubrizgavanja, da bi poslije prelaska na digitalno upravljanje s povratnom spregom zavladali sjedinjeni sistemi sistemi paljenja i ubrizgavanja.

Prema načinu regulacije, razlikujemo slijedeće sisteme ubrizgavanja: 1. 2. 3. 4.

SISTEMI SA MEHANIČKOM REGULACIJOM SISTEMI SA ELEKTRO - MEHANIČKOM REGULACIJOM SISTEMI SA ELEKTRONSKOM REGULACIJOM SISTEMI ZA ELEKTRONSKO PALJENJE I UBRIZGAVANJE (Motronic sistemi)

Sistemi sa mehaničkom regulacijom ubrizgavanja benzina - tipičan predstavnik je K Jetronic, koji se pojavio sedamdesetih godina prošloga vijeka. Predstavlja mehanički kontroliran indirektni sistem ubrizgavanja s kontinualnim dovodom goriva. Količina ubrizganog goriva se određuje prema količini usisanog zraka. Gorivo se doprema do zajedničke magistrale (voda) pomoću električne pumpe, a količina usisanog zraka se mjeri senzorom za protok zraka. Ovaj senzor je ukomponiran sa sistemom za doziranje goriva, te zajedno čine jedinicu za kontrolu smjese.

Slika 2 –

[8] 7


Mujkanović M.


Sistemi sa elektro – mehaničkom regulacijom – predstavnik ove vrste ubrizgavanja je Bosch KE-Jetronic. Nastao je osamdesetih godina, kao usavršenje sistema K -Jetronic. -Jetronic. KEJetronic koristi brojne podatke o radu motora prilikom proračuna, proračuna , dobijenih od različitih davača.

Izlazni signali tih davača se obrađuju u elektronskoj upravljačkoj jedinici, koja kontrolira elektro – hidraulični regulator pritiska koji prilagođava ubrizganu količinu goriva različitim režimima rada.

Glavna razlika između K -Jetronic-a -Jetronic-a i KE-Jetronic-a jeste postojanje davača (aktuatora) i upravljačke jedinice koja obrađuje dobijene podatke od strane davača.

Slika 3 –

[9]

8


Mujkanović M.


Sistemi sa elektronskom regulacijom – tipični predstavnici ovog sistema su D-Jetronic, L-Jetronic, LH- Jetronic.

Kao karakterističan i prvi predstavnik sistema s elektronskom regulacijom je Bosch-ov DJetronic sistem. On je prvi put ugrađen u Volkswagen-ovo vozilo, 1967.godine. Pri tome motor je imao zapreminu z apreminu od 1600 [ cm3 ], a uz pomoć ovog načina obrazovanja smjese dobila se snaga od 54 KS. D-Jetronic je omogućio veoma značajno smanjenje štetne emisije toksičih gasova. Princip rada ovog sistema zasnivao se na usisavanju zraka uslijed djelovanja depresije koja nastaje prilikom kretanja klipa prema DMT i ubrizgavanja goriva ispred usisnog ventila pod pritiskom u struju zraka, pojedinačno za svaki cilindar. Gorivo se dopremalo solenoidalnim

brizgaljkama pomoću električne pumpe pod određenim pritiskom. Ovo je periodični sistem ubrizgavanja, a količinu ubrizganog goriva definiralo je vrijeme otvorenosti brizgaljke, k ojim ojim je upravljala EUJ. Elektronska upravljačka jedinica je vrijeme otvorenosti brizgaljke računala na osnovu: položaja leptira, pritiska u usisnoj grani mjerenog pomoću senzora, temperature rashladne tečnosti i temperature okoline. Također EUJ je trebao podatak i o položaju klipa koji se davao pomoću senzora na razvodniku paljenja.

Slika 4 –

[10] 9


Mujkanović M.


Sistemi za elektronsko paljenje i ubrizgavanje - glavni predstavnik je M-Motronic. M-Motronic je sistem upravljanja koji objedinjuje elektronsko paljenje i ubrizgavanje . Sva

elektronika kojom se regulira rad motora sa svim regulacionim i upravljačkim funkcijama nalazi se u elektronskoj upravljačkoj jedinici. Potrebni podaci i parametri koji opisuju rad motora prikupljaju se pomoću odgovarajućih senzora. Tako sistem dobija podatke o sistemu paljenja, položaju bregastog vratila, položaju mjenjača, brzini vožnje, klima uređaju itd. Posebnu grupu čine analogni ulazni signali: napon akumulatora, količina usisanog zraka, temperatura motora i okoline, ugao leptira, senzor lambda sonde kao i broj obrtaja. Oni se odmah na ulazu pomoću strujnih kola pripremaju za mikroprocesor. Obrađujući sve signale, mikroprocesor (EUJ), određuje radno stanje motora i prema tome izračunava vrijednost upravljačkih izlaznih signala. Zatim se upravljački signali pojačavaju u izlaznom stepenu i pomoću njih se preko izvršnih organa upravlja radom motora.

Slika 5 –

[11] 10


Mujkanović M.


Prema načinu ubrizgavanja, sisteme ubrizgavanja možemo podijeliti na: 1. SISTEME SA KONTINUALNIM UBRIZGAVANJEM 2. SISTEME SA PERIODIČNIM UBRIZGAVANJEM Kod sistema kontinualnog ubrizgavanja, gorivo se neprekidno ubrizgava u usini vod ili vodove motora, miješa sa zrakom, a prilikom usisavanja ulazi zajedno sa strujom zraka u goriva i cilindre motora. Brizgaljka se otvara hidrauličnim putem pod djelovanjem pritiska goriva i ostaje otvoren sve dok se ostvaruje pritisak. Sistem kontinualnog ubrizgavanja može se koristiti i

kod SPI i MPI sistema, mada se češće primjenjuje kod MPI MPI sistema. Kod ovog sistema može se primjeniti kako samo mehanička regulacija, tako i elektro-mehanička regulacija Prednosti ovog načina ubrizgavanja je jednostavnija konstrukcija i niža cijena, a nedostaci se ogledaju u izostanku elektronske regulacije.

Kod sistema sa periodičnim ubrizgavanjem, brizgaljka se otvara elektro-magnetnim putem, pod djelovanjem strujnih impulsa koje generira EUJ. Količina ubrizganog goriva se određuje vremenom trajanja strujnih impulsa za otvaranje brizgaljke , odnosno, brizgaljka je kod manje ubrizgane količine goriva otvorena kraće vrijeme, a kod veće količine

duže vrijeme. Da bi ubrizgana količina goriva zavisila samo od vremena otvorenosti brizgaljke, neophodno je da pritisak ubrizgavanja bude const. u uskim granicama (razlika pritiska između brizgaljke i sredine u kojoj se vrši ubrizgavanje). Sistem periodičnog ubrizgavanja se dalje dijeli na: sisteme simultanog (istovremenog) ubrizgavanja, sisteme grupnog i sisteme sekvencijalnog ubrizgavanja.

Podjela sistema prema mjestu ubrizgavanja Prema mjestu ubrizgavanja, odnosno položaju brizgaljke, postoje tri vrste ubrizgavanja: 1. UBRIZGAVANJE U USISNI VOD U OBLASTI USISNOG VENTILA (MPI sistem) 2. CENTRALNO UBRIZGAVANJE U USISNI KOLEKTOR (SPI sistem) 3. DIREKTNO UBRIZGAVANJE U CILINDRE MOTORA

11


Mujkanović M.


Ubrizgavanje u usisni vod u oblasti usisnog ventila – MPI sistem (Multi Point Injection) je zapravo vid ubrizgavanja u više tačaka. Brizgaljke su postavljene za svaki cilindar pojedinačno na usisnim vodovima svakog cilindra, najčešće direktno ispred ulaza u glavu motora . Sve brizgaljke se napajaju iz zajedničke magistrale za gorivo koja se proteže duž motora.

1 – dovod dovod goriva, 2 – dovod dovod zraka, 3 – leptir, leptir, 4 – rezervoar rezervoar zraka, 5 – magistrala magistrala goriva, 6 – brizgaljke brizgaljke Slika 6 –

[12]

Centralno ubrizgavanje benzina, tzv. SPI sistem (Single Point Injection), podrazumijeva

ubrizgavanje u jednoj tački, centralno za sve cilindre motora pomoću jedne brizgaljke. Brizgaljka je postavljena ispred leptira, a formirana smjesa se posredstvom usisnog kolektora dovodi do

cilindara, slično kao kod karburatorskog sistema.

1 – dovod dovod goriva, 2 – dovod dovod zraka, 3 – leptir, leptir, 4 – usisni usisni kolektor, 5 – brizgaljka brizgaljka Slika 7 –

[13] 12


Mujkanović M.


Direktno ubrizgavanje se benzina se realizira direktno u komoru za sagorijevanje Otto motora. Brizgaljka je postavljena u glavi motora i njen vrh se nalazi u prostoru za sagorijevanje. Dakle,

ovakav vid ubrizgavanja podrazumijeva unutrašnje obrazovanje smjese

i pojedinačno

ubrizgavanje za svaki cilindar.

Proces ubrizgavanja može se ostvariti na početku ili u toku hoda usisavanja, na početku sabijanja ili čak pred kraj sabijanja, direktno pred početak procesa sagorijevanja. Pritisak ubrizgavanja mora biti dovoljno visok, pogotovo ako se ubrizgavanje vrši kasnije kod povišenog pritiska u cilindru.

Slika 8 –

[14]

Razvoj koncepta direktnog ubrizgavanja kod Otto motora se odvija u tri generalna pravca: 1. direktno ubrizgavanje benzina s ciljem stvaranja homogene smjese

Ovaj koncept je široko prihvatljiv zato što motor uglavnom radi u području manje ili više stehiometrijske smjese, te nije potrebno vršiti modifikacije s aspekta primjenjivanog goriva, kao ni s aspekta sistema za naknadu obradu ispusnih gasova (katalizatora). Osnova razvoja ovog koncepta je optimiziranje performansi, odnosno povećanje snage motora. Ovaj princip obrazovanja smjese se dobro pokazao kod motora za sportska vozila. 2. direktno ubrizgavanje s ciljem formiranja slojevitog punjenja

Na samom početku, osnova za razvoj ovog sistema bila je u njegovom potencijalu, u pogledu smanjenja potrošnje goriva, a uz potrošnju je neminovno povezana i emisija CO2. Međutim, danas komercijalno dostupni sistemi nisu opravdali uložen trud u njihov razvoj. Zbog 13


Mujkanović M.


ograničenja koje nose sa sobom, dosadašnji korišteni principi obrazovanja smjese, tzv. zidom i zrakom vođeni principi stvaranja smjese, očekivane uštede u potrošnji goriva nisu postignute, pogotovo ne u režimima r ežimima sa višim brojevima obrtaja ob rtaja i opterećenja. Također, treba uzeti u obzir da dosadašnji sistemi naknadnog tretmana ispusnih gasova (katalizatori), u kombinaciji s ovakvim načinom obrazovanja smjese, postaju neefikasni, te da je za rad katalizatora i samog sistema neophodno obezbijediti gorivo sa što manje sumpora, sama svrha i opravdanost daljeg razvoja ovog sistema je upitna.

Zbog toga, težiste razvoja sistema direktnog ubrizgavanja s ciljem obrazovanja slojevitog punjenja, se stavlja na tzv. mlazom vođeno stvar anje anje smjese. Prvim procjenama, došlo se do podataka da bi ovakav način stvaranja smjese omogućio potencijal u uštedi goriva u vrijednosti 20%. Ova vrijednost bi odgovarala istoj vrijednosti koja je dovela svojevremeno apsolutne dominacije Diesel motora. 3. direktno ubrizgavanje goriva s ciljem stvaranja homogene smjese i njenim kontroliranim samopaljenjem

Prilikom istraživanja procesa sagorijevanja u motorima, velika pažnja se posvećuje sistemima koji bi omogućili samopaljenje prethodno pripremljene homogene smjese, kako za Otto, tako i za Diesel motor. Osnova u ovom konceptu leži u njegovom potencijalu, da se i pri vrlo malim emisijama zagađujućih materija u ispusnim gasovima ostvaruju jako dobri stepeni iskorištenja procesa sagorijevanja. Ukoliko bi se sve pretpostavke ispunile, u skorijoj budućnosti bismo mogli očekivati novi koncept koji bi objedinio sve prednosti Otto i Diesel motora u jednom motoru.

Slika 9 -

[15] 14


Mujkanović M.


Što se tiče položaja brizgaljke, danas su češće primjenjivane bočno postavljene brizgaljke, pod uglom, u odnosu na njihov uspravan položaj. Na slici 10., s obzirom na geometriju komore i poziciji svjećica i brizgaljki, prikazana tri načina vođenja smjese : vođenje zidovima komore i klipa, vođenje zrakom i vođenje mlazom goriva. Kod prvog slučaja, mlaz goriva se usmjerava pomoću čela klipa i glave motora. U drugom slučaju, mlaz se usmjerava zračnim strujama unutar cilindra, koje izaziva sam klip, dok u tre ćem slučaju, brizgaljka obezbjeđuje fino raspr šivanje goriva u obliku tzv. “spreja”, za šta se danas koriste piezo-injektori. Posljednja varijanta je najbolja, ali i jako skupa, zbog čega se primjenjuje kod luksuznijih vozila.

Slika 10 –

[16]

Sistem direktnog ubrizgavanja lakih goriva predstavlja jedan veoma složen sistem koji je integriran sa sistemom za paljenje i prečišćavanje ispusnih gasova u jednu cjelinu, čijim radom upravlja EUJ. Da bi rad ovog sistema bio ispravan, EUJ mora dobijati precizne podatke od mnogobrojnih davača o postupcima odvijanja pojedinih procesa tokom odvijanja radnog ciklusa. Za ispravan rad Otto motora sa direktnim ubrizgavanjem goriva, od velikog značaja je da u vrijeme iniciranja paljenja, u podru č ju svjećice, obrazovana smjesa bude u granicama upaljivosti. Zbog toga se postavljaju posebni kriteriji prilikom konstruktivnih rješenja usisnih vodova, oblika radnoga prostora, stepena sabijanja, položaja svjećice i brizgaljke, itd. Kod koncepta slojevitog punjenja veoma je bitna brzina stvaranja smjese goriva i zraka, zašto je osnovni preduslov dobro raspr šivanje i isparavanje goriva. Konstrukcijske karakteristike motora sa direktnim ubrizgavanjem benzina u cilindre su: 1. usisni kanali su skoro okomiti, kako bi se dobilo odgovarajuće strujanje 2. pomoću brizgaljki vrši se ubrizgavanje goriva pod visokim pritiskom 3. klip motora posjeduje udubljenje za oblikovanje strujanja u cilindru.

15


Mujkanović M.


Sistem Bosch DI-Motronic sistem zauzima primarno mjesto kod direktnog ubrizgavanja benzina u cilindre motora. Dakle, kod njega je, kao što je prethodno ranije napomenjeno, objedinjeno obrazovanje smjese, njeno paljenje i naknadni tretman ispusnih gasova. Osnovu ovog sistema predstavlja predstavljaju elementi za ubrizgavanje goriva direktno u cilindre motora. U razvoju sistema za direktno ubrizgavanje lakih goriva, iskorištena je prednost tehnologije ubrizgavanja kod Diesel motora, poznatije pod nazivom “Common Rail”, koji pruža

velike mogućnosti regulacije ubrizgane količine goriva. Common Rail tehnologija, omogućava benzinskim motorima, smanjenje potrošnje goriva u iznosu od 10 % do 15% u odnosu na prethodne generacije gener acije benzinskih motora, uz poboljšanje karakteristika snage, obrtnog ob rtnog momenta i emisije štetnih gasova u produktima sagorijevanja. Također, njegova važna komponenta jeste tretiranje ispusnih gasova, zašto se koristi katalički konventor, ili kraće rečeno, katalizator, koji se postavlja u ispusni sistem motora. Danas se najčešće koristi trostepeni katalizator koji neutr alizira alizira sve tri otrovne komponente ispusnih gasova, tako što vrši njihovo dogorijevanje (CO, HC) i istovremeno redukciju NOx. EUJ prima povratne informacije o sastavu ispusnih gasova od senzora senz ora koji je postavljen u ispusnoj cijevi, a da bi se mogla izvršiti dogorijevanje HC i CO, kao i redukcija azotnih oksida, smjesa se mora

održavati u granicama s koeficijentom viška zraka, λ=1. Na osnovu informacija od senzora, siromašna smjesa se obogaćuje, a bogata osiromašuje, u cilju postizanja stehiometrijske smjese.

Slika 11 –

[17]

16


Mujkanović M.

Slika - 12


[18]

Kao što je u prethodnom dijelu rečeno, cilj direktnog ubrizgavanja je obezbijediti sistem koji bi omogućavao stvaranje homogene smjese benzina i zraka, i njeno samopaljenje, kao što je slučaj kod Diesel motora. Danas je veoma interesantan savremeni Volkswagen-ov FSI sistem ubrizgavanja. On omogućava direktno ubrizgavanje goriva, kod kojeg se upravlja geometrijom čela klipa, odnosno glave motora (wall guided). Brizgaljka je postavljena bočno pod uglom od 70̊, a mlaz goriva ulazi u komoru pod uglom od 20̊ u odnosu na brizgaljku. Volkswagen je počeo s primjenom ovog sistema 2000. godine. Također pored FSI sistema, postoje i TFSI sistemi sa trubopunjenjem motora.

17


Mujkanović M.


Prednosti direktnog ubrizgavanja benzina su slijedeći: 1.

mogućnost ubrizgavanja poslije zatvaranja usisnih organa

2.

manja potrošnja - sistem znatno preciznije regulira smjesu, uzimajući u obzir sve bitne podatke za određeni režim rada, čime se sistemom ubrizgavanja u svakom sv akom trenutku obezbjeđuje optimalna odgovarajuća smjesa

3.

veća snaga motora - primjenom sistema direktnog direktnog ubrizgavanja, usisni kanali su okomiti, što smanjuje otpore usisavanja, čime se poboljšava koeficijent punjenja cilindra. Sve ovo omogućava povoljnij tok krive snage i obrtnog momenta.

– sistem se brzo i bez zakašnjenja prilagođava naglim 4. trenutno ubrzanje i usporenje – sistem prom jenama režima rada

– tačnim doziranjem goriva uzimajući u 5. bolje startovanje i zagrijavanje hladnog motora – tačnim obzir temperaturu i broj obrtaja prilikom startovanja 6. smanjenje emisije toksičnosti ispusnih gasova, njihovim naknadnim tretiranjem Nedostaci sistema direktnog ubrizgavanja jeste složenost konstrukcije,veća cijena sistema i samog održavanja, precizniji konstruktivni oblici dijelova sistema ubrizgavanja, složenost izrade cilindarske glave, s obzirom da se sad pored svjećice u direktnoj okolini nalazi i brizgaljka,

neophodno je obezbijediti kvalitetno hlađenje, zatim mogućnost taloženja koksa na brizgaljki uslijed visokih temperatura, može se primjeniti samo kod većih cilindarskih zapremina zbog opasnosti od udaranja mlaza u suprotni zid cilindra, itd.

18


Mujkanović M.


19


Mujkanović M.


20


Mujkanović M.


Literatura: [1] Motori sa unutra šnjim sagorevanjem; Miroljub V. Tomić; Stojan V. Petrović, Mašinski fakultet, Beograd, 2004.

[2] Oprema motora; Miroljub V. Tomić; Mašinski fakultet, Beograd, 2005 [3] Pregled sistema za direktno ubrizgavanje lakih goriva u radni prostor motora SUS; Bibić,

Blažević, Filipović; Mašinski fakultet Sarajevo [4] Motorna vozila i motori, oprema; Radivoje Pešić, Snežana Petković, Stevan Veinović; Banja Luka – Kragujevac, Kragujevac, 2008

[5] Pogonski materijali, seminarski rad (Sistemi za obrazovanje smješe kod Otto motora s posebnim osvrtom na savremene sisteme direktnog ubrizgavanja benzina); Nenad Radović; Mašinski fakultet, Banja Luka, 2011. [6] Analiza sustava za napajanje gorivom kod Otto motora; Završni rad; Stjepan Merkaš; Fakultet prometnih znanosti; Zagreb, 2016. [7] http://images.hgmsites.net/med/gullwing-gmbh-mercedes-benz-300sl-gullwingreplica_100200458_m.jpg [8] https://www.alatperaga.web.id/wp-content/uploads/2015/12/K-JETRONIC.jpg [9]

http://userscontent2.emaze.com/images/21205e92-1739-4f6c-89a5-

13790457b7d5/a8c29308-fa58-4845-aa1c-b336e80159eaimage6.png

[10] http://www.indoproduk.com/images/big/raswosolo_wallchart-d---jetronic_d-jetronik.jpg [11] https://media.licdn.com/mpr/mpr/shrinknp_800_800/AAEAAQAAAAAAAANTAAAAJDgxM2 M0YThmLTgxMzktNDE1Yi04MzQzLTNlNjJiYzRhNzMzMw.jpg

[12], [13] Oprema motora; Miroljub V. Tomić; Mašinski fakultet, Beograd, 2005 [14] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/imgheat/diescyl.gif

[15], [16], [17] Pogonski materijali, seminarski rad (Sistemi za obrazovanje smješe kod Otto motora s posebnim osvrtom na savremene sisteme direktnog ubrizgavanja benzina); Nenad

Radović; Mašinski fakultet, Banja Luka, 2011. [18] http://s18.postimg.org/l040wx5bt/MOTRONIC.jpg

21


Mujkanović M.


22

Sistemi direktnog ubrizgavanja benzina (Oprema Motora)

Recommend Documents