Sistemi za obrazovanje smješe kod OTO motora-Seminarski rad

Maššinskii faku ultet Banja a Luk ka

SIST TEMI Z ZA OB BRAZO OVAN NJE SM MJEŠE KOD OTO MOTO ORA Sa possebnim o osvrtom na savreemene ssisteme d direktno og ubrizggavanja b benzina

N Nenad Rad dović,7894 4

Apriil 2011

SISTEMI ZA OBRAZOVANJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA

Sadržaj: 1) Uvod

3

3 4 5

6

6 7 8

3) Sistemi sa indirektnim ubrizgavanjem benzina

9

9 9 10 11 11 15 17 17 18 19

4) Sistemi za elektronsko paljenje i ubrizgavanje benzina (Motronic sistemi) 5) Sistemi sa direktnim ubrizgavanjem benzina u komoru za sagorjevanje

21 24

1.1) 1.2) 1.3)

Uloga i zadaci za pripremu smješe kod Oto motora Istorija i razvoj Podjela

2) Sistemi sa obrazovanjem smješe u karburatoru 2.1) 2.2) 2.3) 3.1)

3.2)

5.1) 5.2)

5.3) 5.4) 5.5)

Elementarni karburator Sistemi na karburatoru Prednosti i nedostaci sistema

Sistemi sa ubrizgavanjem benzina u usisnu cijev (SPI sistemi) 3.1.1) Bosch Mono‐Jetronic sistem 3.1.2) Bosch Mono‐Motronic sistem Sistemi sa ubrizgavanjem benzina u više tačaka (MPI sistemi) 3.2.1) Sistemi sa mehaničkom regulacijom (Bosch K‐Jetronic) 3.2.2) Sistemi sa elektro‐mehaničkom regulacijom (Bosch KE‐Jetronic) 3.2.3) Sistemi sa elektronskom regulacijom 3.2.3.1) Bosch D‐Jetronic 3.2.3.2) Bosch L‐Jetronic 3.2.3.3) Bosch LH‐Jetronic

Razvoj Sistem direktnog ubrizgavanja 5.2.1) Osnove 5.2.2) Verzije pojedinih proizvođača Bosch DI‐Motronic Osnovne prednosti i nedostaci sistema direktnog ubrizgavanja benzina Mogućnost kombinovanja sa drugim sistemima na vozilu i neki savremeni primjeri primjene sistema

6) Zaključak 7) Literatura Nenad Radović, 7894

2

24 25 25 30 34 37 38


1. Uvod 1.1)

Uloga i zadaci sistema za pripremu smješe kod oto motora

‐ Osnovna uloga sistema za obrazovanje smješe kod oto motora jeste da obezbjedi optimalan sastav smješe koja će sagorjeti u cilindru motora. Iako se kao gorivo u motorima mogu koristiti razni ugljovodonici, uzeviši u obzir najrasprostranjeniju primjenu benzina, ovaj rad će biti baziran na sistemima za motore pogonjene ovim gorivom. S obzirom na prirodu benziskog goriva, da bi smješa bila optimalna potrebno je da faze budu dobro izmješane, te da smješa bude što više homogena i sa što većim udjelom parne faze goriva. Takođe, s obzirom na usku granicu upaljivosti smješe, neophodno je da sastav iste bude precizno definisan, kako bi bilo obezbjeđeno sigurno upaljenje. Za potpuno sagorjevanje jednog kilograma benzina potrebno je 14,9 kilograma vazduha i taj omjer se naziva stehiometrijskim. Odstupanje stvarno usisane količine vazduha od potrebne za stehiometrijsko sagorjevanje izražava se koeficijentom viška vazduha – lambda (λ). Eksperimentalna ispitivanja na jednocilindričnom motoru su pokazala da su granice upaljivosti smješe benzina i vazduha definisane vrijednostima 0,40<λ<1,35. Kos višecilindričnih motora ovo područje je znatno uže zbog neravnomjerne raspodjele smješe po cilindrima. ‐ Ukoliko nakon završetka procesa sagorjevanja u produktima sagorjevanja ostane nesagorjelog goriva, onda se radi o bogatoj smješi tj. λ<1, a ukoliko se u produktima sagorjevanja dobije višak kiseonika, smješa je siromašna tj. λ>1. Upaljenje siromašne smješe nemoguće je zbog nedovoljne toplote razvijene na svjećici i nemogućnosti zagrijavanja velike mase vazduha, dok kod bogate smješe imamo slučaj da sav kiseonik sagori sa malom količinom goriva a ostatak goriva uguši proces sagorjevanja usled nedostatka kiseonika. ‐ Pored ovih osnovnih zahtjeva, sistem za obrazovanje smješe treba da ispuni još niz drugih, kao što su: o Razvijena efektivna snaga o Ekonomičnost rada motora (potrošnja goriva) o Toksičnost izduvnih gasova o Mogućnost prilagođavanja alternativnim gorivima o Pouzdanost o Uglađen rad o Niski troškovi proizvodnje i održavanja o Mogućnost povezivanja sa dijagnostičkim uređajima o Veliki opseg različitih uslova ekslopatacije o Mogućnost povećanja snage motora (tjuniranja) ‐ Očigledno je da su neki od ovih zahtjeva potpuno u suprotnosti, te tako ne postoji sistem koji može zadovoljiti sve navedeno. Zbog toga se izbor i podešavanje sistema vrši u skladu sa potrebama i namjenom motora na kojem se sistem primjenjuje. Savremeni elektronski kontrolisani sistemi nude više mogućnosti podešavanja i optimizacije rada, pa je tako moguće i istovremeno zadovoljenje više zahtjeva.

Nenad Radović, 7894

3

SIST TEMI ZA OB BRAZOVAN NJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA 1.2)

Istorija i razzvoj sistema a za priprem mu smješe

‐ Prvobitni oto P o motori bili su opremljeeni jako jednostavnim sisstemima za p pripremu sm mješe, koji su se uglavnom zasn nivali na usissavanju vazduha i goriva pod dejstvo om podpritiska iz cilindraa motora. Sistem koji k se do današnjih dana d zadržao o u primjen ni kod nekih h motora jee karburatorski. Prvi karburattori pojavili su se već krajem deveetnaestog vijeka i do današnjih d daana princip njihovog funkcion nisanja u sušštini je nepro omjenjen. Karburatori su tokom 80‐ih godina u uglavnom po otisnuti iz upotrebee i danas se nalaze samo o na motorim ma specijalne e namjene. ‐ Prvi P sistemi sa ubrizgavaanjem gorivaa pojavili su se već trideesetih godin na dvadeseto og vijeka. Prva zab bilježena upo otreba ubrizggavanja benzina bila je 1925. godinee kod Švedskog inženjerra Jonasa Haselmaana. Zbog mo ogućnosti funkcionisanjaa i pod uticaje em velikih G G‐sila ovi sisteemi su našli primjenu kod borb benih avionaa iz Drugog ssvjetskog ratta. Jedan od d prvih komeercijalnih sisttema ubrizgaavanja sa mehaniččkim upravljaanjem na trržište je izbaacila kompan nija Bosch 1952‐e 1 godin ne. Drugi sisstem iste kompanije koristio je Porše kraajem šezdessetih i poče etkom sedam mdesetih go odina. Kugelfischer‐ov delima 2000//2002 Tii, kao o i neki modeli Peugeotaa i Lancia‐ sistem ubrizgavanja koristio je BMW na mod e. Prvi komercijalni ssistem ubrizgavanja sa eelektronskim m upravljanjeem proizvela je kompanijja Bendix 1957‐e ggodine. Kom mpanija Bosch h je izbacila svoj sistem pod nazivom m D‐Jetronic 1967‐e godine. Ovaj sistem b bio je prilago ođen za upottrebu na vozilima Volksw wagen, Mercedes‐Benz, SSaab, Citroen n, Volvo i Porsche,, dok je kom mpanija Lucaas po licenci izrađivala opciju o za uggradnju u au utomobile ko ompanije Jaguar. Kompanija Bosch B tada postaje liderr u proizvod dnji sistema za napajanjje gorivom benziskih b motora, te izbacije n nove sistemee, L‐Jetronic 1974‐e godine, LH‐Jetronic 1982‐e ggodine, iz kojjih se se i razvili saavremeni sisttemi ubrizgavanja benzin na.

P ijalni sistem direktnog ub brizgavanja b benzina u komoru za saggorjevanje prredstavila ‐ Prvi komerci je komp panija Mitsu ubishi i na evropsko e tržžište je stiggao 1997‐e godine u m modelu Carissma GDI. Skraćeniica je nastalaa od sintagme na engleskkom jeziku G Gasoline Direcct Injection. Nakon Mistu ubishi‐ja i ostale ko ompanije kao o što su Volkkswagen (FSI), Renault (IDE), Alfa Romeo (JTS), M Mercedes‐Benz (CGI) i druge raazvijaju svojee verzije sistema direkttnog ubrizgavanja benzin na. Kompanija Hyndai je 2011‐e godine predstavila p dan od poslednjih pred dstavljenih m motora sa sistemom s motor Theta koji je jed direktno og ubrizgavan nja benzina.

Nenad Radovvić, 7894

4

SIST TEMI ZA OB BRAZOVAN NJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA

1.3)

Podjela

‐ Sistemi S za pripremu smješe kod oto motoraa mogu se podijeliti p prema više različitih kriterijum ma i na više načina. ‐ Osnovna O podjela je na sisteme s sa obrazovanjem o m smješe pu utem karburracije i na sissteme sa obrazovaanjem smjeeše putem ubrizgavanjaa goriva. Sistemi sa ubrizgavanjem m su uglavnom bili indirektn ni, a u posled dnjoj decenijji sve se više primjenjuju direktni sistemi ubrizgavvanja benzin na. ‐ Prema mjest P tu ubrizgavan nja benzina ssistemi mogu u biti: o Sisteemi sa ubrizggavanjem u u usisnu granu (SPI sistemi) o Sisteemi sa ubrizggavanjem u u usisni vod po osebno za svaaki cilindar (MPI sistemi)) o Sisteemi sa direkttnim ubrizgavvanjem u ciliindar motoraa. ‐ Budući B da su kod savvremenih au utomobilskih h motora uglavnom zaastupljeni sisstemi sa ubrizgavvanjem benzina, a u novvije vrijeme ssve više upraavo sistemi direktnog ub brizgavanja, njima će biti posvvećena i najvveća pažnja u u ovom radu u, dok će karrburatorski i sistemi indirektnog ubrizgavanja biti samo o opisani.


5


2. Sistemi sa S a obrazovaanjem sm mješe u karrburatoru u ‐ Princip funkc P cionisanja kaarburatorskee pripreme smješe zasnivva se na Ven nturijevom efektu. To je fizičkaa pojava da p prilikom stru ujanja fluida kroz difuzorr (cijev prom mjenljivog poprečnog presjeka) na mjestima suženja do olazi do pad da pritiska na n osnovu čega se gorivvo usisava u u struju fluid da i tako raspršujee iznad usissne grane. Strujanje S vazduha (usisaavanje) uzro okovano je ttaktom usisavanja u motoru, tj. pomjeran njem klipa ka unutrašnjo oj mrtvoj taččki i stvaranjem podpritisska u cilindru u. Gorivo burator doprrema putem pumpe za gorivo, najčeššće membran nskog tipa. se u karb

2.1) 2

Elem mentarni karburator

‐ Elementarni E m karburato orom nazivaa se karburaatoor koji saadrži samo osnovne dijelove, tj. elementte nneophodne za obrazo ovanje smješše.

Sl. 1 1: Elementarnii karburator


6


‐ Pod P dejstvom m potpritiskka iz motora,, difuzor (De e Lavalov ko onvergentno‐‐divergentni mlaznik) usisava vazduh krozz prečistač i tako stvara Venturijev efekat e koji uvlači u gorivo o iz rezervoaara preko uha. Nivo mlaznicee (raspršivačča) postavljene u zoni naajmanjeg pritiska, tj. najvveće brzine struje vazdu goriva u rezervoaru karburatoraa je uvijeek sstalan i dozirra se preko p plovka da nee bi uticao nakoličinu usisanogg goriva. Otvvor leptira diktira d brzinu u vazduha u u difuzoru, time t veličinu u depresije i i količinu usisanogg goriva. Karrburator dakkle mora da izvršii mješaanje vazduhaa i goriva u omjeru zavisnom od režima rada r motoraa, ali i da zad drži ekonom mičnu potrošnju na niskim m i srednjim m obrtajima motora i pouzdan n rad.

Sl.2: Karakteeristika elemen ntarnog karbu uratora

2.2) 2

Sisteemi na karb buratoru

‐ S S obzirom da motori tokom eksp ploatacije ne rade sa konstanim brojem obrrtaja niti konstanttnim optereććenjima, a ni uslovi toko om eksploataacije su prom mjenjljivi, eleementarni kaarburator niej u sttaanju da isspuni zahtjeve motora za smješom m. To se vidii i upoređivvanjem karakkteristike elementtarnog karburatora (Sl.3 ii karakteristike idealnog karburatora (Sl2):

Sl. 3: Karakteeristika elementarnog karbu uratora


7


‐ S obzirom na gore navedeno i težnju da se karakteristika elementarnog karburatora približi idealnoj, na karburator se ugrađuju pomoćni uređaji kao što su: o Uređaj za osiromašenje smješe na maliim i srednjim opterećenjima o Uređaj za obogaćenje smješe na punom opterećenju o Uređaj za ubrzanje motora o Uređaj za hladan start o Uređaj za prazan hod

2.3)

Prednosti i nedostaci sistema sa karburatorom

‐ Osnovne prrednosti karburatorskog sistema pripreme smješe su dobro raspršivanje goriva, jeftina izrada, prosta konstrukcija i relativno jednostavno održavanje. Nedostaci su slaba mogućnost regulisanja sastava smješe u širem opsegu opterećenja i broja obrtaja, te nemogućnost nezavisne pripreme smješe po cilindrima. ‐ Sve strožiji ekološki propisi koji su postavljani pred savremene automobile iziskivali su komplikovanije a time i neisplative konstrukcije karburatora, koji su zbog toga danas potisnuti iz automobilskih motora i zamjenjeni savremenijim sistemima ubrizgavanja benzina.

Sl. 4: Pierburg 2E karburator


8


3. Sistemi sa indirektnim ubrizgavanjem benzina ‐ Kod sistema indirektnog ubrizgavanja benzina, gorivo se pod pritiskom ubrizgava u usisnu granu, u jednoj ili više tačaka. Ubrizgavanje u više tačaka može biti ubrizgavanje u vod ili ispred usisnog ventila. Ubrizgavanje takođe može biti periodično ili konstantno. Periodično opet može biti simultano (istovremeno za sve cilindre), grupno (istovremeno za grupu cilindara) i sekvencijalno (posebno za svaki cilindar).

3.1)

Sistemi sa ubrizgavanjem benzina u usisnu cijev (SPI sistemi)

‐ Iako su prvi sistemi ubrizgavanja benzina bili u više tačaka (Multipoint), rasprostranjavanjem ovih sistema, radi njihovog pojednostavljivanja i jeftinije konstrukcije, došlo se na ideju da se napravi sistem sa ubrizgavanjem benzina u jednoj tački u usisnu granu. Tako je faktički samo difuzor karburatora zamjenjen elektromagnetnom diznom koja je pružala veće mogućnosti u pogledu regulacije i praćenja rada sistema.Tako su ovi sistemi i dobili naziv Single Point Injection ili SPI sistemi. Sl. 5: Šema prostog SPI sistema

3.1.1) Bosch Mono‐Jetronic sistem ‐ Najpoznatiji sistem SPI tipa je svakako Bosch Mono‐Jetronic sistem. Kompanija Bosch je ovaj sistem za ubrizgavanje izbacila na tržište 1988‐e godine i zadržao se u upotrebi do polovine devedesetih godina. Radi se o indirektnom, elektronski kontrolisanom sistemu sa jednom diznom na usisnoj grani motora. Dizna ubacuje gorivo u struju vazduha prinudno pod pritiskom 0,75‐1 bar. Vrijeme ubrizgavanja i količina goriva definiše elektronska upravljačka jedinica pomoću podataka sa sledećih senzora: o Ugla otklona leptira o Broja obrtaja o Temperature motora i usisanog zraka o Lambda sonde o Senzora klima uređaja i automatske transmisije ‐ EUJ zatim šalje signal sa senzora u mikroprocesor koji ih obrađuje i vraća u EUJ koja izdaje naređenja aktuatorima koji upravljaju sistemom. Upravljačka jedinica sistema Mono‐Jetronic kontroliše samo proces ubrizgavanja goriva, ne i proces paljenja. Ovaj sistem nema protokomjera niti senzora vakuuma u usisnoj grani, pa njegovo ispravno funkcionisanje prvenstveno zavisi od povratne sprege sa lambda senzorom.


9


Sl. 6 6: Šema Bosch h Mono‐Jetron nic sistema ub brizgavanja beenzina: 1‐rezervoar za gorivvo; 2‐električn na pumpa; 3‐ffilter goriva; 4 4‐regulator priitiska goriva; 5 5‐Solenoidni b brizgač; 6‐senzor temperatu ure vazduha; 7‐EUJ; 8‐ akttuator leptira;; 9‐potenciometar leptira; 1 10‐ventil za čiššćenje; 12‐lam mbda senzor; 1 13‐senzor tem mperature motora; 14‐ razvvodnik paljenja a; 15‐akumula ator; 16‐prekiidač za startovvanje motora;; 17‐relej; 18‐p priključak za d dijagnostiku; 1 19‐centralna jedinica za ubrrizgavanje

3.1.2) Bosch Mono‐M Motronic sisstem ‐ Ovaj sistem O nastao je kao o naslednik M Mono‐Jetron nic sistema. P Predstavljen je 1990‐e go odine i zadržao se u upotreb bi do kraja deevedesetih ggodina i pojave novih sisttema. Ovo jee bio prvi pottpuno elektron nski sistem up pravljanja radom motoraa sa lambda kontrolom u u nižoj kompaaktnoj klasi vvozila. ‐ Glavna predn G nost u odnossu na Mono‐‐Jetronic je m mogućnost m mapiranja palljenja i postizzanja čistijih izzduvnih gaso ova. Hardversske izmjene u odnosu naa sistem Mon no‐Jetronic: o Integgrisan sistem m kontrole paaljenja o Distrributor bez ppodešavanja o Napredna dijagnnostika sa brzzim prenosom podataka o Deteektovanje promjenja u okkruženju i usslova eksploaatacije


1 10

SISTEMI ZA OBRAZOVANJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA ‐ Princip funkcionisanja zasnovan je na α/n kontroli. To znači da se vrijeme paljenja i količina

ubrizganog goriva definišu korekcijom podataka dobijenih sa senzora položaja leptira i senzora broja obrtaja, podacima dobijenim sa senzora temperature i lambda senzora.

Sl. 7: Šema Bosch Mono‐Motronic sistema: 1‐rezervoar; 2‐prečistač goriva; 3‐senzor položaja leprita; 3a‐ regulator pritiska; 3b‐dizna; 3c‐senzor temperature vazduha; 3d‐aktuator leptira; 4‐senzor temperature rashladne tečnosti; 5‐lambda senzor; 6‐EUJ; 7‐ventil za čišćenje kanistera; 8‐bobina; 9‐svjećica; 10‐senzor broja obrtaja; 11‐kanister. ‐ Glavni nedostak ovog sistema, zbog kojeg je i prestao da se primjenjuje jeste brizgač. Na unutrašnjim zidovima usisne grane formirao se tanki film goriva koji je prilikom zagrijavanja motora isparavao i tako je nastajao veliki procenat ugljovodonika u izduvnim gasovima.

Sl. 8: Bosch Mono‐Motronic sistem na motoru vozila VW sa motorom zapremine 1.8 litara


11

SIST TEMI ZA OB BRAZOVAN NJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA 3.2)

S Sistemi sa u ubrizgavanjjem benzina a u više tača aka

‐ Kod K ovih sisstema, benziin se ubrizgaava pomoću u više brizgača posebno u usisni vod svakog cilindra. Ubrizgavanje se obično vvrši ispred usisnog ventilla. ‐ Ovi sistemi p O pojavili su see već krajem XIX vijeka, aali ih je pronalazak karbu uratora stavio u drugi plan. Ko ompanija Bossch je radilaa na razvoju pumpe viso okog pritiskaa za benziskee sisteme od 1912‐e godine, da bi njihovv sistem kon načno bio seerijski ugrađe en u avionskki motor 1937‐e godine e. Upravo avio‐industrija davalla je poticaj za razvoj ovih sistema,, jer karburaatori nisu mogli ispuniti zahtjeve avionskih motora.

Sl. 9: šem ma prostog MP PI sistema

‐ Prva P uspješn na primjena Bosch‐ovih h sistema ovvo tipa uslijedila je 50‐‐ih godina. Jedan J od najslavnijih modela sa ovim sistemom svaakako je Me ercedesov 300SL 3 Gullwing. Razvoj je zatim uslijedio o vrlo brzo, pa p su se takko pojavili elektronski (D D‐Jetronic 19 967, L‐Jetron nic 1973) i mehanički m kontrolissani (K‐Jetro onic 1976) sistemi. s Poto om su se jaavljala nova unaprijeđen nja i kombinacije sa raznim ssistemima radi kvalitetnijjeg upravljan nja i regulacije, sve do m masovne pojaave sistema d direktnog ubrizgavvanja krajem devedesetih h godina.


1 12


3.2.1 1) Sistemi ssa mehaniččkom regula acijom (Boscch K‐Jetroniic) ‐ Sistem K‐Jeetronic komp panija Bosch predstavila je sedamdeesetih godinaa XX vijeka. R Radi se o č kontrolisaanom sistem mu indirektnog, kontinuaalnog ubrizggavanja benzzina. Naziv K‐Jetronic K mehanički upravo p potiče od ko ontinualni. Ko oličina ubrizganog goriva određuje sse prema ko oličini usisanog zraka. 1976‐e godine za američko a tržžište izrađivana je i varijanta KU‐Jetronic, sa lambda zatvorenom petljom. Sl.10: Šema siste 1 ema K‐Jetronicc: 1‐rezervoarr; 2‐električna pumpa; 3‐akumulator goriiva; 4‐prečista ač goriva; 5‐‐regulator hla adnog starta; 6‐brizgač; 7‐u usisna grana; 8 8‐ventil za hla adan start; 9‐d distributor goriva;10‐ senzzor protoka va azduha; 11‐veentil; 12‐lambda‐senzor; 13 3‐termodavač;; 14‐razvodnikk paljenja; 15‐‐uređaj za dovo od pomoćnog vazduha; 16‐p prekidač leptirra; 17‐EUJ; 18 8‐starter; 19‐a akumulator

‐ Gorivo G se doprema d do zajedničkogg voda pom moću električčne pumpe, a količina usisanog vazduha se mjeri senzorom s zaa protok vazduha. Ovajj senzor ukkomponovan je sa siste emom za doziranjee goriva i sku upa čine jediinicu za konttrolu smješe.. Sl.11: Uređaj za regulaciju sm mješe: 1‐proto okomjer; 2‐disstributor gorivva


1 13


‐ Gorivo se do G oprema iz reezervoara po omoću elektrrične pumpee do akumulatora gorivaa koji ima ulogu da zadrži od dređeni pritiisak u sistemu i nakon n a motora radi ponovnog startovaanja, a zatim m isključivanja preko vodova v do distributoraa. Regulatorr primarnogg pritiska održava prittisak u ovom m sistemu naa približno 5 5 š dovedenog goriva vrraća u rezerrvoar. Nakon n bar i višak doziranjaa u distributoru, gorivo o se dovodi do brizgačaa koji se otvaraju na određeenom pritisku i motor d vaju gorivom m. neprekidno snadbjev ‐ Dok je usisni D i ventil zatvo oren, dovedeeno gorivo se e skladišti do otvaranja ventila. Dodatno obogaćivanje o e v se priliko om hladnog starta pomoću brizgačaa smješe vrši za hladaan start koji ubrizgava dodatnu količčinu goriva u u usisnu granu g sve do ok termodavvač ne pokaaže dovoljno o visoku teemperaturu.. Obogaćivan nje smješe see takođe vrši prilikom punog opterećenja, ali a pomoću uređaja zaa zagrijavaanje koji preepoznaje veliiki pad pritisska u usisnoj grnai ussled većeg otvora lepttira i vrši obogaćivanje o e smješe. Sl.12: BBrizgač

mponenke K‐Jeetronic sistem ma: 1‐akumula ator za gorivo;; 2‐električna p pumpa za gorrivo; 3‐ Sl.13: Osnovne kom prečistačč goriva; 4‐reg gulator zagrija avanja; 5‐uređ đaj za regulaciiju smješe; 6‐vventil za hlada an start; 7‐terrmodavač; 8‐brizg gači; 9‐uređaj za dood pomo oćnog zraka; 10‐relej


1 14

SISTEMI ZA OBRAZOVANJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA 3.2.2) Uređaji sa elektro‐mehaničkom regulacijom (Bosch KE‐Jetronic)

‐ Budući da se čisto mehanička regulacija kod K‐Jetronic sistema nije pokazala kao dovoljna jer nije bilo moguće u obzir uzeti niz drugih parametara motora, koji su bili neophodni da bi se još više smanjila emisija izduvnih gasova. Stoga je kompanija Bosch nadogradila K‐Jetronic sistem i tako je osamdesetih godina nastao KE‐Jetronic. ‐ Ovo je vrsta elektronski kontrolisanog mehaničkog ubrizgavanja sistema. Budući da mu je osnova K‐jetronic, od njega je nasledio osnovu. Razlika je u tome što ovaj sistem, pored mjerenja količine vazduha koju motor usisava,u obzir uzima još mnoštvo podataka sa raznih senzora na motoru, koji se zatim obrađuju u EUJ koja dalje upravlja sistemom preko elektrohidrauličkih aktuatora. U slučaju elektronskog kvara, sistem i dalje funkcioniše mehanički.

Sl.14: Šema KE‐Jetronic sistema: 1‐rezervoar; 2‐električna pumpa; 3‐akumulator goriva; 4‐prečistač goriva; 5‐ regulator primarnog pritiska; 6‐protokomjer; 6a‐senzorska ploča; 6b‐potenciometar; 7‐distributor; 7a‐kontrolni klip; 7b‐kontrolna ivica; 7c‐gornja komora; 7d‐donja komora; 8‐brizgač; 9‐usisna grana; 10‐ventil za hladan start; 11‐termoprekidač; 12‐leptir; 13‐senzor položaja leptira; 14‐uređaj za pomoćni zrak; 15‐termodavač; 16‐ EUJ; 17‐elektrohidraulički aktuator; 18‐lambda senzor; 19‐razvodnik paljenja; 20‐relej; 21‐starter; 22‐ akumulator Nenad Radović, 7894

15


‐ Najveće prednosti ovog sistema ogledale su se u manjoj potrošnji goriva, manjoj emisiji štetnih izduvnih gasova i munjevitom prilagođavanju različitim uslovima rada. Ove prednosti pogotovo su dolazile do izražaja u krajnjim slučajevima eksploatacije, prilikom hladnog starta, opterećenja i sl. Takođe, ovaj sistem omogućio je postizanje veće snage po litru zapremine jer je obezbjeđivao bolje punjenje motora i kraći put ubrizgavanja. ‐ Što se tiče hardverske osnove, ovaj sistem je jako sličan K‐Jetronic sistemu. Gorivo se i ovde dobavlja preko električne pumpe i akumulatora do distributora kojim upravlja protokomjer, ali i elektrohidraulični aktuator u ovom slučaju. Razlika je kod distributora jer u ovom slučaju imamo diferencijalne ventile koji uvijek zadržavaju pritisak u sistemu. I kod ovog sistema se obavlja obogaćivanje smješe prilikom hladnog starta dodavanjem goriva u usisnu granu pomoću ventila za hladan start, a obogaćivanje smješe pri punom opterećenju obavlja se preko aktuatora. ‐ Ovaj sistem takođe posjeduje dodatne funkcije, kao što su prekid dovoda goriva prilikom preopterećenja, ograničenje broja obrtaja i prilagođavanje smješe na velikim nadmorskim visinama zbog rjeđeg vazduha. Takođe, EUJ koristi zatvorenu petlju sa lambda senzorom za upravljanje sistemom i procesom ubrizgavanja. Ovo je posebno važno jer je tada moguće držati vrijednost λ približno 1 tokom cijelog opsega rada motora, t eje moguće kvalitetnije izdvajanje štetnih materija iz izduvnih gasova pomoću katalizatora. Sl.15: Sistem KE‐Jetronic na motoru vozila marke Audi zapremine 2.3 litra


16


3.2.3) Sistemi sa elektronskom regulacijom ubrizgavanja ‐ Kao što smo već napisali u uvodu, prvi elektronski sistem ubrizgavanja benzina razvila je kompanija Bandix 1957‐e godine i bio je korišćen uglavnom na američkom tržištu. Bosch je svoj prvi komercijalni sistem ovog tipa na tržište izbacio 1967‐e godine pod nazivom D‐Jetronic gdje je slovo D poticalo od njemačke riječi druck što znači pritisak.

3.2.3.1) Bosch D‐Jetronic sistem ‐ Ovaj sistem prvi put je ugrađen u vozilo VW 1600 i predstavljen je na sajmu automobila u Frankfurtu 1967‐e godine. Iz zapremine 1600 kubnih centimetara izvučene su 54 konjske snage, što je u to vrijeme bio odličan rezultat. Ovaj sistem omogućio je drastično smanjenje štetne emisije i zadovoljavanje strogih propisa koji su nametnuti u to vrijeme. Zbog toga se za 5 godina ukupno 18 proizvođača odlučilo na ugrađivanje ovog sistema u svoja vozila. ‐ Princip funkcionisanja sistema se zasnivao na usisavanju vazduha pod dejstvom podpritiska usled pomjeranja klipa ka UMT i ubrizgavanja goriva ispred usisnog ventila pod pritiskom u struju vazduha, pojedinačno za svaki cilindar. Gorivo se dopremalo do solenoidnih brizgača pomoću električne pumpe pod određenim pritiskom. Ovo je periodični sistem ubrizgavanja i količinu ubrizganog goriva definisalo je vrijeme otvorenosti brizgača, kojim je oept upravljala EUJ. EUJ je vrijeme otvorenosti brizgača računala na osnovu: o Položaja leptira o Pritiska u usisnoj grani mjerenog pomoću senzora o Temperature rashladne tečnosti o Temperature okoline ‐ Takođe, bilo je neophodno EUJ‐i saopštiti i podatak o položaju klipa što se činilo preko senzora na razvodniku paljenja.

Sl.16: Šema sistema D‐Jetronic


17


3.2.3.2) Bosch L‐Jetronic sistem

‐ Ovaj sistem kompanija Bosch je predstavila 1974 na modelu Porsche 914, i vrlo brzo je ušao u upotrebu u dosta evropskih modela automobila, a zatim i nekoliko japanskih. Radi se o elektronskom sistemu ubrizgavanja, a naziv potiče od njemačke riječi luft što znači vazduh. Sistem je nastao usavršavanjem starijeg D‐Jetronic‐a. ‐ Princip funkcionisanja ovog sistem azasniva se na mehaničkom mjeraču protoka vazduha koji je davao signal proporcionalan zapremini vazduha, pa su bili neophodni i dodatni senzori atmosferskog pritiska i temperature da bi se izračunala masa vazduha. Osnovne varijable koje utiču na sistem su broj obrtaja motora i količina usisanog vazduha. Pored osnovnih, postoji još niz mjerenih vrijednosti koje se koriste za korekciju sastava smješe.

Sl.17: Šema sistema L‐Jetronic

‐ Najvažnija razlika između ovog i sistema D‐Jetronic je u načinu mjerenja količine usisanog vazduha. Kod ovog sistema princip se zasniva na mjerenju sile kojom struja zraka djeluje na pokretnu klapnu u protokomjeru i tako daje signal na senzoru položaja klapne koji se obrađuje logaritamski i šalje u EUJ. S Sl.18:protokomjer sistema L‐Jetronic


18


‐ EUJ zatim obrađuje ovaj, kao i signale sa ostalih senzora na motoru i upravlja vremenom otvorenosti brizgaljki. Pošto se radi o periodičnom sistemu ubrizgavanja, količinu goriva definiše vrijeme otvorenosti brizgača. ‐ Glavne prednosti ovog sistema su precizno upravljanje i brzo prilagođavanje operativnim uslovima. Takođe, izduvni gasovi su mnogo čistiji usled precizno definisane mješavine, kao i snaga po litri zapremine. Povećanje snage je moguće kreiranjem aerodinamičkih usisnih kanala jer se gorivo ubrizgava direktno na usisni ventil i ne zadržava se na zidovima usisne grane.

Sl.19: Primjer sistema L‐Jetronic u vozilu marke Alfa Romeo

3.2.3.4)

Bosch LH‐Jetronic

‐ Ovaj sistem je zasnovan na sistemu L‐Jetronic. Tačnije, ovaj sistem nastao je unapređenjem pomenutog L‐Jetronic‐a 1982‐e godine kada je Bosch predstavio prvi nezavisni maseni protokomjer. Upravo u tome i leži suštinska razlika između ovih sistema. Naziv potiče od njemačkih riječi Luftmasse-Hitzdraht koje znače masa vazduha i vrela žica. Osim protokomjera, ostatak sistema j identičan onom kod L‐Jetronic‐a. ‐ Ovaj sistem su uglavnom koristili skandinavski proizvođači vozila i neka rijetka evropska sportska vozila (Porsche 928). ‐ Princip rada protokomjera sa užarenom žicom zasniva se na promjenljivom otporu užarene žice prečnika 70 mikrometara. Žica se zagrijava električnim putem a usled strujanja zraka temperatura joj se mijenja. Provodljivost i temperatura usiisanog vazduha se uvode kao veliline u hibridno kolo koje šalje signal proporcionalan količini usisanog vazduha u EUJ. Za razliku od L‐Jetronic sistema, ovde EUJ smješu podešava prema parametrima opterećenja motora i broja obrtaja.


19


Sl.20: M Maseni protokkomjer na kod d sistemma LH H‐Jetronic: 1‐h hibridno kolo; 2‐Poklopac; 3 3‐metalni kontakt; 4‐ venturijeva cijev sa užareenom žicom; 5 5‐kućište; 6‐sitto; 7‐dihtung

‐ Ovim sistem O om završenaa je priča o ssistemima indirektnog ub brizgavanja b benzina. Kao o što smo mogli vid djeti, sve strožiji ekološkki zahtjevi su konstantno vršili pritisaak na inženjeere da se pro onađe što kvalitetn niji i precizn niji sistem fo ormiranja sm mješe u uprravljanja procesom saggorjevanja, jer je tu najveća mogućnost uticanja na kvalitet izd duvnih gasovva. Vidjeli smo da su kkarburatori već v 80‐ih godina sskoro sasvim potisnuti iz upotrebe, u unatoč nekim m svojim prednostima, upravo zbog e ekoloških propisa. Iako su konsstruisani sisttemi za ubrizzgavanje dalii dobre rezulltate u pogleedu potrošnje goriva i emisije štetnih š gaso ova, rigorozn niji ekološki zahtjevi i sve veći zahttjevi za boljim performaansama i ujedno m manjom potrrošnjom, dovveli su do razzvoja sistema direktnog ubrizgavanjaa benzina o kkojima će biti riječ u predstojeććem dijelu raada.


2 20


4) Sistemi za elektronsko paljenje i ubrizgavanje (Motronic sistemi) ‐ Prije nego što pređemo na sisteme direktnog ubrizgavanja benzina, daćemo kratki uvod u sisteme koji objedinjuju upravljanje urizgavanjem i paljenjem smješe, a kasnije i kompletnim procesom rada motora. Ovo je potrebno kako bismo stekli uvid u suštinu problema što efikasnijeg procesa sagorjevanja radi što manje emisije štetnih gasova i boljeg iskorištenja goriva. ‐ Kompanija Bosch svoje sisteme ovog tipa naziva Motronic. Oni su uglvnom izvedeni iz Jetronic sistema koji su upravljali samo ubrizgavanjem benzina. Skraćenica Motronic izvedena je iz Motorelektronik i ovi sistemi pojavili su se krajem osamdesetih godina. Uporedo sa sistemima ubrizgavanja, neprekidno su usavršavani i sistemi elektronskog upravljanja motorom. Tako je nakon 1995‐e godine i omasovljenja pojave elektronske komande gasa, upravljanje motorom postalo potpuno elektronsko.Ovi sistemi takođe imaju značajnu ulogu u praćenju cjelokupnog operativnog stanja automobila preko OBD dijagnostike na šta se troši gotovo polovina njihovih računarskih i memorijskih resursa. Nervni centar Motronic sistema je mikrokontroler sa programskom memorijom (EPROM ili Flash) u kojoj se skladište svi procesni algoritmi. Ulazne varijable utiču na rezultate algoritama i formiraju naredbe za aktuatore. ‐Motronic sistem se pojvaljuje u više varijanti: ‐M‐Motronic je sistem upravljanja koji objedinjuje elektronsko paljenje i ubrizgavanje. Cjelokupna elektronika kojom se reguliše rad motora, sa svim regulacionim i upravljačkim funkcijama, nalazi se u elektronskoj upravljačkoj jedinici (EUJ). Potrebi podaci i parametri koji karakterišu rad motora prikupljaju se pomoću raznih davača i senzora. Tako sistem stiče podatke o sistemu paljenja, položaju bregaste osovine, brzini vožnje, položaju mjenjača, klima uređaja itd. Posebnu grupu čine analogni ulazni signali: napon akumulatora, temperatura vazduha i motora, kolicina usisanog vazduha, ugao prigušnog leptira, lambda senzor, knock‐senzor, kao i broj obrtaja motora. Ovi signali se odmah na ulazu, preko ulaznih strujnih kola, pripremaju za mikroprocesor. Obrađujuci sve signale, mikroprocesor određuje radno stanje motora i prema tome izračunava vrijednosti upravljačkih signala. Zatim se upravljački signali pojačavaju u izlaznom stepenu i pomoću njih se preko izvršnih organa upravlja radom motora. ‐Ovaj način upravljanja motorom omogućuje da se u svim režimima rada motora ostvaruje optimalno ubrizgavanje kvalitetno propremljene radne smeše, uz najpovoljni trenutak paljenja. ‐ Osnovne funkcije sistema su paljenje i ubrizgavanje kao i prikupljanje i obrada osnovnih parametara o radu motora i različitih informacija i mjernih veličina. ‐Dodatne upravljačke i regulacione funkcije, vezane su za optimalizaciju potrošnje goriva i kvaliteta izduvnh gasova. To su, prije svega, broj obrtaja u praznom hodu, lambda regulacija, regeneracija isparenog goriva i recirkulacija izduvnih gasova, radi smanjenja emisije azotnih oksida. U zavisnosti od konstrukcije motora tu su još upravljanje radom turbo‐punjaca u cilju povecanja snage motora, podešavanje bregaste osovine radi smanjenja potrosnje goriva i emisije štetnih materija u izduvnim gasovima, kao i zaštita od detonantnog sagorjevanja, prekoračenje broja obrtaja motora i brzine kretanja vozila. ‐Povezivanjem centralne upravljačke jedinice sa upravljačkim jedinicama drugih sistema, M‐ Motronic potpomaže i usklađuje rad i tih sistema. Na primjer, povezivanje sa upravljačkom jedinicom automatskog mjenjača omogućava smanjenje potiska tokom prenosa, što štiti mehanizam menjača i povećava udobnost vožnje. Zajedno sa ABS I ASR sistemima povećava stabilnost vožnje i onemogućava proklizavanje točkova.


21


Sl.21: Šema M‐Motronic sistema za kontrolu rada motora na vozilu Opel Calibra Turbo: 1‐rezervoar;2‐ ventil;3‐rezervoar za aktivni ugljenik 4‐kontrola lera;5‐senzor temperature zraka;6‐senzor položaja radilice;8‐ Knock‐senzor;9‐razvodnik paljenja;10‐senzor temperature rashladne tečnosti;11‐Lambda senzor;12‐ turbopunjač;13‐kontroler pritiska punjenja;14‐MAF senzor;15‐starter;16‐kontrolna jedinica za pritisak punjenja;17‐filter goriva;18‐brizgač;19‐regulator pritiska;20‐ventil za hladan start;21‐interkuler;22‐ potenciometar leptira;23‐pumpa;24‐kontrola pritiska;25‐konektor za dijagnostiku;26‐senzor prve brzine;27‐ senzor rikverca

‐ME‐Motronic je M‐Motronic sistem unaprijeđen elektronskom komandom gasa i kontrolom svježeg punjenja, kao i nekim drugim dodatnim funkcijama. Glavni zadatak ME‐Motronic sistema je prvenstveno da podesi rad motora prema uslovima vožnje, odnosno zahtevima vozača. Zato se položaj pedale za gas u računaru uzima kao potrebna – zahtevna vrijednost za obrtni moment motora. Prema tome, računar izračunava i određuje čitav niz veličina kojima se upravlja radom a to su: ‐Punjenje cilindara vazduhom ‐Ubrizgana količina goriva ‐Ugao paljenja ‐Pored osnovnih, ME‐Metronic ostvaruje više dodatnih upravljačkih i regulacionih funkcija, a to su : ‐Regulisanje obrtaja u praznom hodu ‐lambda regulacija ‐Upravljanje radom EVAP ventila regeneracije ‐Recirkulacija izduvnh gasova za smanjenje emisije azotnih oksida


22


‐ ‐Upravljanje sistemom seekundarnog vazduha za ssmanjenje emisije nesaggorjelih ugljovvodonika ‐Ovve funkcije su u neophodne radi ispunjjenja zakonsskih normatiiva i propisa u vezi sa kvvalitetom izduvnih h gasova i pottrošnje gorivva, kao i sve vvecih zahtjevva za udobniiju i sigurniju u vožnju. ‐Do odatno, sistem m može vršitti i sledeće fu unkcije: ‐Up pravljanje rad dom turbopu unajča i prekopčavanje usisne cijevi rradi podešavanja snage m motora ‐Preekopčava bregastu osovvinu radi em misije u izduvvnim gasovima potrošnjje goriva i podešava p snagu m motora ‐Štitti od detonacije, ograničava broj obrtaja i maksim malnu brzinu u vozila, radi zaštite moto ora.

Sl.22: Šema sistem ma ME‐Motro onic verzija M ME7: 1‐rezervoa ar aktivnog ug gljenika;2‐kon ntrolni ventil;3 3‐ventil za nje;4‐senzor p pritiska u usisn noj grani;5‐vod d za gorivo i b brizgač;6‐svjeććica;7‐senzor takta;8‐elektrronska čišćen pumpa zza doziranje seekundarnog vvazduha;9‐ven ntil za doziranjje sekundarno og vazduha;10 0‐MAF senzor; r;11‐sklop leptira a;EGR ventil;1 13‐Knock senzzor;14‐senzor broja obrtaja;;15‐senzor tem mperature rasshladne tečno osti;16‐ lambda a senzor;17‐EU UJ;18‐dijagnosstički interfejs; s;19‐lampica zza upozorenje;;20‐imobilajzeer;21‐senzor p pritiska u rezzervoaru;22‐sklop pumpe u u rezervoaru;2 23‐pedala gasa a;24‐akumula ator

‐ c (u početkku MED‐Mo otronic) je sistem s koji posjeduje dodatne otvorene i ‐DI‐Motronic zatvoren ne petlje za kontrolu visokopritisno og sistema napajanja n go orivom kod m motora sa direktnim d ubrizgavvanjem benzzina. Budući da će u narednom n poglavlju biti govora o sistemima direktnog d ubrizgavvanja, i ovaj ssistem kontrole rada mottora će biti p pojašnjen u n narednom dijjelu rada.


2 23


5) Sistemi sa direktnim ubrizgavanjem benzina u komoru za sagorjevanje ‐ Sistemi sa direktnim ubrizgavanjem benzina u komoru za sagorjevanja (cilindar), kao što im i sam naziv kaže, vrše ubrizgavanje benzina direktno u cilindar, nakon što klip kretanjem ka UMT uvuče dovoljnu količinu vazduha. Princip funkcionisanja sličan je ubrizgavanju kod dizel motora, ali se radi o znatno manjim pritiscima pa se i konstrukcija sistema znatno razlikuje. Ovi sistemi omogućuju precizno definisanje sastava smješe u zavisnosti od raznih parametara, i to je njihova najveća prednost.

5.1) Razvoj ‐ Ovakvi sistemi prvi put su se pojavili sredinom XX vijeka. Prvi automobil u serijskoj proizvodnji sa Bosch‐ovim sistemom direktnog ubrizgavanja benzina bio je legendarni Mercedes‐Benz 300 SL. Pomoću ovog sistema, iz šestocilindričnog motora je izvučeno 215 konjskih snaga, skoro dvostruko više od karburatorske verzije. Ovaj automobil je bio u stanju da razvije brzinu i do 260 km/h u zavisnosti od finalnog prenosa, koji je birao sam kupac. U to vrijeme, ovo je bio najbrži serijski automobil. Najveći problem prvog sistema ubrizgavanja bio je taj što se gorivo nastavilo ubrizgavati i nakon prekida paljenja, jer je sistem bio mehanički, i sapiralo ulje sa zidova cilindra.

Sl.23: Mercedes‐Benz 300SL – prvi serijski automobil sa direktnim ubrizgavanjem

‐ Nakon ovog automobila, skoro 40 godina nijedan proizvođač nije ugrađivao sisteme direktnog ubrizgavanja u svoja serijska vozila. Razlog tome je znatno jeftiniji, a dovoljno efikasan sistem indirektnog ubrizgavanja, ali i i nedostatak dovoljno moćnog sistema za upravljanje. Sistem direktnog ubrizgavanja ponovo se pojavio na tržištu 1996‐e godine (Evropa 1997‐e), predstavljanjem motora sa oznakom GDI kompanije Mitsubishi. Ubrzo nakon toga, svi veći svjetski proizvođači su predstavili svoje sisteme direktnog ubrizgavanja. Neki od najpoznatijih sistema su Volkswagen‐ov FSI (Fuel Stratified Injection), Mercedes‐Benz‐ov CGI (Charge Gasoline Injection) i Alfa Romeo‐v JTS (Jet Thrust Stoichiometric) sistem.


24

SISTEMI ZA OBRAZOVANJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA 5.2) Sistem direktnog ubrizgavanja 5.2.1) Osnove ‐ Za razliku od indirektnog sistema ubrizgavanja, kod ovih sistema gorivo se direktno ubrizgava

u cilindar motora. Princip finkcionisanja samog sistema je sličan MPI sistemu, a glavna razlika je u povećanom pritisku pod kojim se gorivo dovodi do brizgača, što je rezultovalo i određenim promjenama u konstrukciji sistema. Iako se pokazalo da regulacija opterećenja motora ubrizganom količinom goriva ima znatne prednosti (manji pumpni gubici), kod oto motora primjenu ovog koncepta (osim pri punom opterećenju) otežava fiksna tačka izvora paljenja tj. svjećica. Ovo zahtjeva dodatni uslov da upravljanje formiranjem smješe mora biri prostorno i vremenski kontrolisano da bi se održalo stabilno sagorjevanje. Priprema odgovarajuće smješe na cijelom području rada motora je glavni problem jer je proces mješanja goriva i vazduha zavisan od mnogo vremenski promjenjljivih varijabli. Upravo zbog toga, kod ovih motora najodgovornija je uloga na sistemu pripreme smješe, tj. ubrizgavanja goriva. Tako prvi sistemi ubrizgavanja, zasnovani na rješenjima sa dizel motora, uglavnom nisu mogli zadovoljiti. U novije vrijeme došlo je do znatnog napretka u razvoju tehnologije upravljanja, što je omogućilo i dalja istraživanja na sistemima za direktno ubrizgavanje. Da bi bio efikasan, GDI sistem mora da zadovolji najmanje dva, a optimalno tri i više različita moda ubrizgavanja. ‐ Pri nižim opterećenjima motora, tj. prilikom kretanja konstantnom brzinom, bez potrebe za ubrzavanjem vozila i višim obrtnim momentom, sistem streba da obezbjedi takozvano slojevito punjenje. To praktično znači da se ubrizgava samo mala količina goriva u taktu sabijanja, samo u prostor oko svjećice kratak vremenski period prije paljenja. U vremenskom periodu od završetka ubrizgavanja do početka paljenja, tok vazduha u komori za sagorjevanje stvara smješu povoljnu za upaljenje u okolini svjećice, dok ostatak zapremine cilindra ispunjava vazduh ili izduvni gasovi, ukoliko motor posjeduje EGR sistem. Ovakav mod ubrizgavanja omogućava formiranje jako siromašne smješe koja se kod Bosch‐ovih sistema kreće od 22 do 44:1, a kod Mitsubishi‐jevog sistema čak i do 55:1, što omogućava znatnu ekonomičnost prilikom rada u ovom režimu (kod MPI sistema smješa je rijetko siromašnija od stehiometrijske). ‐ Pri višim opterećenjima i većim brzinama rada motora, koristi se homegoni mod punjenja. Kod ovod moda, ubrizgavanje počinje u taktu usisavanja, tako da gorivo ima dovoljno vremena da se dobro izmješa sa vazduhom i formira homogenu smješu u cilindru. Prilikom ovog moda, Bosc‐ovi sistemi koriste stehiometrijski omjer vazduha i goriva (14,7:1) dok Mitshubishi‐jevi sistemi koriste promjenjljiv omjer od 13 do 22:1. ‐ Na prelasku iz slojevitog u homogeno punjenje i obratno, sistem može koristiti i homogeno siromašno ubrizgavanje, tj. ubrizgavati manju količinu goriva od stehiometrijski potrebne ali u taktu usisavanja da bi se postigla homogena smješa. ‐ Na kraju, moguće je čak i homogeno‐slojevito punjenje. Ovaj način punjenja koristi se pri prelasku iz slojevitog u homogeno punjenje i funkcioniše tako što se ubrizgavanje vrši u dva navrata. Inicijalno ubrizgavanje vrši se u taktu usisavanja i daje gorvu dovoljno vremena da se pomješa sa vazduhom i stvori homogenu smješu. Zatim, u taktu sabijanja, ubrizgava se druga količina goriva koja stvara bogatiju smješu u okolini svjećice koja se lako pali i prenosi front plamena na siromašniju smješu u ostatku zapremine. Kod ovog načina ubrizgavanja, 75% goriva ubrizgava se inicijalno, dok se naknadno ubrizgava 25% goriva.


25

SISTEMI ZA OBRAZOVANJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA ‐ Postoje takođe i specijalni modovi, homogeno anti detonantno ubrizgavanje, slojevito

ubrizgavanje prilikom zagrijavanja katalizatora i bogato homogeno ubrizgavanje koje se koristi prilikom regeneracije NOx katalizatora. Svi ovi modovi imaju specifične omjere gorivo/vazduh koji omogućavaju postizanje određenih karakteristika izduvnih gasova, performansi motora i sl.

Sl.24: Dva osnovna načina ubrizgavanja goriva u cilindar

‐ A bi se odredio sastav potrebn sastav smješe, tj. količina goriva za ubrizgavanje, potebnoj je znati količinu usisanog vazduha. To je kod GD sistema znatno teže odrediti, jer ponekad recirkulisani izduvni gasovi mou da čine većinu zapremine u cilindru. Zbog toga se pored MAF senzora kod ovih sistema koristi i MAP senzor, tj. senzor pritiska u usisnoj grani (Manifold Air Pressure). Mjerenjem razlike između pritiska koji bi stvorila usisana količinaa zraka istvarnog pritiska u usisnoj grani, određuje se udio recirkulisani gasova. ‐ Takođe, za razliku od konvencionalnih MPI sistema, GDI sistem ne koristi standardni leptir gasa, tj. ne zatvara se uvijek klapnom usisni vod i tako se smanjuju pumpni gubici. Tako je kod ovog sistma veći dio vremena klapna konstantno otvorena a izlazni momenat se reguliše količinom goriva, kao kod dizel motora.

Sl.25: Položaj leptira u raznim modovima ubrizgavanja


26


‐ Prilikom niskog opterećenja i brja obrtaja motora, tokom slojevitog punjena, leptir gasa je potpuno otvoren nezavisno od položaja pedale gasa, a smješa j siromašna. U određenom momentu, kada zahtjevi za obrtnim momentom pstanu veći, dolazi do prebacivanja na homogeni mod punjenja i otvore leptira se određuje prema potrebnom obrtnom momentu a smješa se održava u granicama stehiometrijske do kraja. ‐ Izbor pritiska ubrizgavanja jako je značajan za sam proces formiranja smješe. Ukoliko je pritisak previsok, atomizacija goriva će biti bolja, ali će isto tako čestice goriva imati veću prodornu moć i dospjevaće na zidove cilindra, što nije povoljan slučaj. Ukoliko je pak pritisak mali, gorivo neće biti dovoljno raspršeno i neće imati dovoljno veliku moć prodiranja kroz struju vazduh, što će rezultovati težim paljenjem smješe. U praksi se pokazalo da su najoptimalniji pritisci za GDI sisteme između 4 i 13 MPa. S obzirom na pritiske ubrizgavanja kod savremenih dizel motora koji idu i preko 200 MPa, ovo su relativno mali pritisci, ali u poređenju sa pritiscima kod MPI sistema od 0.25 do 0.45 MPa oni su i dalje znatno viši. S obzirom da sistem ubrizgavanja mora biti u stanju da obezbjedi i kasno ubrizgavanje za slojeviti mod, i rano ubrizgavanje za homogeni mod, i da je potrebno u oba slučaja da gorivo bude dovoljno raspršeno, u praksi se kao najefikasniji pokazao common‐rail sistem sa elektromagnetnim brizgaljkama. Sl.25: Common‐rail sistem benziskog motora sa direktnim ubrizgavanjem

‐ Snadbjevanje gorivom sistema vrši se pomoću električne pumpe niskog pitiska, koja se obično nalazi u rezervoaru sa gorivom i doprema gorivo po pritiskom 0,5 MPa, i mehaničke pumpe visokog pritiska koja diže pritisak u sistemu do određene vrijednosti. Pumpaniskog pritiska neophodna je i prilikom startovanja hladnog mtora jer je potreban duži period da bi mehanička pumpa stvorila potreban pritisak ubrizgavanja, što bi znatno otežalo paljenje. Veliki problem kod ovihh pumpi, i uopšte GDI sistema je povećana buka i podmazivanje pumpe. Naime, da bi se izbjeglo razblaživnje goriva, pumpa visokog ritiska se podmazuje gorivom, koje nema oddgovarajuća maziva svojstva pa je habanje nešto izraženije. Ovo se donekle sprječava hidrodinamičkim načinom podmazivanja. Nenad Radović, 7894

27


‐ Jedna J od naajzahtjevnijih h komponenti GDI sistema su svaakako brizgaaljke. Ored osnovnih zahtjeva koje moraju da zadovo olje i brizgaljjke MPI siste ema,za brizggaljke GDI sisstema neophodno je još: o Spossobnost poveećane atomizacije gorivaa o Nepropusnost gaasova iz kom more za sagorrjevanje ušivanje osciillacija igle brizgača da bii se izbjeglo n neželjeno do odatno ubrizgavanje o Prigu o Man nja tolerancijja na promjeenjljiv protokk o Veći naglasak naa kontrli moćći prodiranja spreja gorivaa ornost ka taloženju naslaaga o Otpo o Nepromjenjljive karakteristikke protoka p pri većim tem mperaturnim gradijentima o Moggućnost proizzvodnje mlazza pod uglom m za različitee zahtjeve sisstema. B za GDI sistemee se projetkktuju tako da d obezbjed de što precizniju količin nu dobro ‐ Brizgači raspršen nog goriva saa Sauterovim m prečnikom kaplica man njim od 25 m mikrometara.. Iako su duggo godina razvijanee za dizel motore, m brizggaljke sa mlaaznicama nissu se pokazaale kao efikaasne za GDI sisteme. Mlaznicee saviše otvo ora stvara neestabilno jezggro plamena kada se upaali samo jedn nim fiksiranim m izborm paljenja.. Takođe, zo one sa bogattom smješom m su preblizu u zona sa siromašnom ssmješom, paa se front plamenaa ne prostirre jednako po cijeloj komori k za sagorjevanje s . Konstrukciija koja je trenutno najrašireenija u upotrrebi je brizgaljka zavojno a og tipa sa iglo om koja se o otvara ka unu utrašnjosti b brizgaljke, sa jedniim izlaznim otvorom i raspnom operativno o pritiskaizmeđ p đu 5 i 10 M MPa. Ove brizgaljke b konstruišu se tako d da pored akssijalnog, mlazu goriva daaju radijalni moment taako što gorivvo prolazi kroz niz tangencijaln nih otvora i u ulazi u zavojn nu komoru. G Gorivo se zattim po otvarranju igle brizgača širi po komori za sagorje o evnje u sprejju oblika šup plje kupe sa uglom koji m može varirati od 25 pa čaak do 180 stepeni. SMD kod ovvih brizgaljki se kreće od 14 do 25 mikrometara. Pored toga ššto efikasno pretvara energiju pritiska u obrtni o momeent i tako po ospješuje raaspršivanje goriva, g ovakaav način kon nstrukcije brizgaljkki poboljšavva i ostale karakteristtike mlaza (SMD, pro otok, učešćee velikih čestica...).

S Sl.26: Geomet trija mlaza briizgača zavojno og tipa


2 28


‐ Položaj i orjentacija brizgača u odnosu na izvor paljenja su najvažniji geometrijski parametri za dizajn i optimizaciju sagorjevanja kod GDI sistema. Tokom homogenom moda punjenja, brizgač mora obezbjediti što bolje mješanje sa vazduhom i njegovo najbolje moguće iskorištenje, a opet tokom slojevitog moda mora da omogući formiranje lako zapaljive smješe u okolini svjećice. Nemoguće je potpuno zadovoljiti oba zahtjeva, pa je izbor položaja brizgača i svjećice skoro uvijek kompromis. Da bi se smanjila dužina puta plamena, smanjila mogućnost detonacije i tendencija samozapaljenja i obezbjedilo simetrično širenje plamena, svjećica se gotovo bez izuzetka postavlja centralno. Postoji mogućnost ugradnje dvije svjećice, ali je ta mogućnost dodatno otežana ionako smanjenim prostorom. ‐ Budući da je za smještaj svjećice rezervisano centralno mjesto, brojni su faktori na osnovu kojih se proračunava položaj brizgača. Najvažniji su: o Prostorna ograničenja cilindarske glave, ventila i usisa o Karakteristika spreja koji brizgač proizvodi o Struktura i jačina kretanja vazdušne struje u cilindru o Geometrija komore za sagorjevanje o Geometrija čela klipa o Temperaturna ograničenja tijela i vrha brizgača o Dizajn svjećice i dozvoljeni zazor elektrode ‐ Generalno, izbjegava se postavljanje brizgaljki sa izduvne strane zbog povišene temperature. U pravilu, postoje dva načina postavljanja brizgača, centralno pored svjećice, i bočno. Prednosti i mane centralno postavljenog brizgača su: o Veća stabilnost paljenja na čitavom opsegu rada o Velika mogućnost slojevitog ubrizgavanja ali u kratkom vremenu o Omogućava dobro uniformisanu distribuciju goriva o Pogodna za homogeni mod punjenja o Nezavisna od geometrije čela klipa o Zahtjevna instalacija i uklanjanje o Smanjen promjer ventila o Viša temperaturai mogućnost stvaranja naslaga o Moguće da zahtjeva specijalne svjećica sa većim zazorom elektrode ‐ Prednosti i mane bočno postvljenih brizgača: o Mogućnost postavljanja većih ventila o Duže vrijeme pripreme smješe o Olakštana instalacija i uklanjanje o Vrh brizgača hlađen usisanim zrakom, manja tendencija stvaranju naslaga o Više odgovara za postavljanje voda za dovod goriva o Slabo funkcionisanje slojevitog moda i velike fluktuacije o Veća mogućnost dospjevanja goriva na zid cilindra o Veća mogućnost razblaživanja ulja za podmazivanje


29


‐ ‐

Danas je zastupljenije rješenje sa bočno postavljenim brizgačima. S obzirom na geometriju komere i poziciju svjećica, odnosno brizgaljki, razlikujemo tri slučaja vođenja smješe:

‐ Kod prvog slučaja, mlaz goriva se usmjerava pomoću geometrije čela klipa i glave motora, kod drugog slučaja mlaz se usmjerava pomoću vazdušnihstruja unutar cilindra koje izaziva kretanje klipa, a u trećem slučaju sprej goriva je taj koji diktira formiranje smješe u komori za sagorjevanje. U najnovije vrijeme pojavom piezo‐injektora poslednja varijanta je dosta zastuplejna, ali još uvijek je prilično skupa pa je zastupljena samo kod luksuznijih vozila.

5.2.2) Verzije pojedinih proizvođača ‐ Prvi motor kompanije Mitsubishi razvijen 1996‐e godine bio je zasnovan na standardnom 4G93 motoru. Ovaj motor je koncipiran kao redni četverocilindrični sa dvostukim bregasitm osovinama u glavi motora i šesnaest ventila po cilindru. Glavne izmjene u odnosu na već postojeći motor su napravljene na cilindarskoj glavi, čelu klipa i pumpi visokog pritiska, koji su prilagođeni GDI sistemu. Sistem koristi dvostruki katalizator za prečišćavanje izduvnih gasova. Prvi katalizator koristi čisti iridijum i prečišćava gasove nastale tokom sagorjevanja siromašne smješe, a drugi katalizator je klasični sa platinom i prečišćava gasove nastale sagorjevanjem stehiometrijske smješe. ‐ Osnovne karakteristike Mitsubishi‐jevog 4G93 GDI motora: o Promjer x hod klipa 81x89 mm o Zapremina 1864 cm3 o Kompresioni odnos 12:1 o Centralno pozicionirana svjećica o Sferni dizajn čela klipa koji služi za usmjeravanje smješe o Brizgač pozicioniran ispod usisnih portova i između usisnih ventila o Visokopritisni brizgač zavojnog tipa o Common rail sistem pritiska 5 MPa o Odnos gorivo/vazduh čak do 40:1 o EGR sistem o Snaga 112 kW pri 6500 min‐1 o Obrtni momenat 128 Nm pri 5000 min‐1


30


‐

Mitshubishi navodi da jee ovim rješeenjem ekono omičnost znaatno poboljšaanja, dok je ubrzanje d do 100 km/h h skraćeno zaa 5% i snaga povećana 10 0% usled povvećane komp presije.

a b Sl.27: M Mitsubishi 4G93 GDI motor ((a) i oblik čela klipa (b)

‐ Kompanija T K Toyota GDI ssistem prvi p put primjenju uje na serijskom 3S‐FSE motoru. Ovvaj sistem takođe kombinuje sa s varijabilnim upravljan njem vremenom otvaranja ventila (VVT‐i). Spe ecifičnosti na voda, jedan ravan i drugi d zavojnii, i čelo klipaa specifičnogg dizajna za što bolje sistema su dva usisn mješanjee smješe i formiranje što š povoljnijjeg odnosa gorivo/vazd duh u okolin ni svjećice. Osnovne karakterristike Toyotaa‐inog motora su: o Četirri cilindra u liniji o Preččnik x hod klipa 86x86 mm m 3 o Radn na zapremina 1998 cm o Kom mpresioni odn nos 10:1 o Svjećica blago po omjerena iz ccentra cilindra o Brizggač pozicioniran ispod ussisnog porta bez zavoja o Dovo od goriva varijabilnog protiska, izmeđ đu 8 i 13 MP Pa o Dvosstepeno ubrizgavanje i elektronska kkontrola gasaa o NOxx redukcija ‐‐ elektronski kontrolisan EGR, NOx katalizator i sstandardni trrostepeni kataalizator o Snagga 107 kW prri 6000 min‐11 o Obrttni momenatt 196 Nm prii 4400 min‐1


3 31

SIST TEMI ZA OB BRAZOVAN NJE SMJEŠE KOD OTO MOTORA a b Sl.2 28: Toyota D‐4 GDI motor ((a) i oblik čela a klipa (b)

‐ Toyota T navo odi da je ovvim sistemom m smanjenaa emisija azo otnih oksidaa čak za 95% % prema Japansko om voznom ciklusu. Takkođe, navod di se da je sa četverosteepenim auto omatskim mjjenjačem ostvaren na ušteda goriva od 30%,, a u isto vrijeeme ubrzanje do 100 km m/h skraćeno o za 10%. ‐ Sistem S kompanije Merccedes se zaasniva na centralno e po ozicioniranom m brizgaču, i bočno postavljeenoj svjećici. Ovaj pristu up omogućavva da čelo klipa k ostane ravno, ali jee zato kompllikovanija kontrukccija glave i teži pristup brizgačima. Mercedes je ovim sisstemu na svvom prototipu uspio ostvariti značajne ušštede u potro ošnji goriva uz smanjenje emisije azotnih oksidaa do 35%. Svoj sistem direktno og ubrizgavaanja Merced des naziva CGI C (Stratifieed Charge Gasoline Injjection)Karakkteristike Mercedees‐ovog prottotipa GDI motora su: o Jedn nocilindrični, četiri ventilaa po cilindru o Prom mjer x hod kllipa 89x86,6 mm o Radn na zapremina 585,6 cm3 o Kom mpresioni odn nos 10,5:1 o Svjećica lociranaa između usissnih ventila i u blizinu vrh ha bruzgača o Verttikalni centraalno postavljen brizgač o Varijjabilni pritisaak goriva od 4 do 12 MPaa o Spreej oblika kupee sa varijacijom ugla između 75 i 105 5 stepeni o Kasn no ubrizgavanje za slojevvito punjenje e o Rano o ubrizgavan nje za homeggno punjenje e ‐ Mercedes jee uspješno nastavio n sa istraživanjem m na ovom polju, pa je tako 2006‐e godine predstavljen na druga gen neracija CGI ssistema sa p piezo brizgaljjkama i pritissima ubrizgaavanja od 5 do 12 MP 5 Pa, a 2010‐ee godine je predstavljen na i treća geeneracija ko oja kombinujje sistem d direktnog ub brizgavanja,vvarijabilnog u upravljanja vventilima i viššestrukog paaljenja smješše (Multi‐ S Spark ignitio on).Kod ove generacije sistema pritissak ubrizgavaanja se penjee i do 20 MPaa.


3 32


S Sl.29: Šema fu unkcionisanja prototipa mo otora sa direkttnim ubrizgavvanjem kompa anije Mercedees‐benz

‐

VAG je svo oja istraživaanja na pollju direktno og ubrizgavaanja započeeo na proto otipskom A Audijevom t trocilindrično om motoru sa pet ventila po cilindru. Osnovnee karakteristtike ovog motora su: o Troccilindrični, po otpuno aluminijumski zap premina 1,2 litra o Pet vventila po cillindru tri usissna, dva izdu uvna o Verttikalni ravan usisni vod o Verttikalno postaavljena svjećiica o Brizggač smješten n između usissnih ventila, ispot usisno og porta o Pritisak ubrizgavvanja 10MPa o Snagga 55kW pri 550 min‐1 o Makksimalni obrttni momenatt 115 Nm pri 3000 min‐1 ‐ Volkswagen V grupacija jee takođe uspješno nastaavila razvijanje svog sisttema, koji je kasnije nazvan FSI (Fuel Strratified Injecction) i uspjješno ga ugrađuje u veeliki broj svo ojih vozila. Najnovija N tehnologija g ove kompanije kombinuje sisstem direktn nog ubrizgavanja i turbo punjenjaa u cilju postizan nja što bolje ekonomično osti i performansi a sve e to uz sman njenje zapremine motorra koja je danas akktuelna (dow wnsizing). Ovaj sistem nosi oznaku TSI.

Sl.30: VAG FSI sistem direk S ktnog ubrizgavanja


3 33


5.3)

Bosch DI‐Motronic

‐ Kao što smo već vidjeli, kompanija Bosch zauzima vodeće mjesto među proizvođačima što se tiče sistema za ubrizgavanje goriva i upravljanja radom motora. Tako je i sa sistemima direktnog ubrizgavanja, pa ćemo ovde detaljnije objasniti princip funkcionisanja sistema DI‐Motronic, u početku poznatog kao MED‐Motronic (Motronic Eletronic Throttle Direct Injection). ‐ Kao što sam naziv govori, ovaj sistem kombinuje direktno ubrizgavanje goriva sa Motronic sistemom za upravljanje radom motora. Ovaj sistem primjenjiv je sa različitim izvedbama sistema direktnog ubrizgavanja, a mi ćemo ovdje opisati princip funkcionisanja u vozilima kompanije Volkswagen.

Sl.31: Šema Bosch DI‐Motronic sistema

‐ Kao što smo vidjeli, FSI tehnologija podrazumjeva sistem direktnog ubrizgavanja goriva kod kojeg se gorivom upravlja geometrijom čela klipa, odnosno glave motora (wall guided). Brizgač je postavljen bočno pod uglom od 70 stepani, a mlaz goriva ulazi u komoru pod uglom 20 stepeni u odnosu na brizgač. Kompanija je počela sa primjenom ovog sistema 2000‐te godine i planirala je da do 2005‐e sve svoje oto motore prilagodi direktnom ubrizgavanju benzina, u čemu je i uspjela. Takođe, ovaj sistem ima tri moda operisanja:


34


Sl.32: Tri načina rada FFSI sistema

‐ Mod M slojevitog ubrizgaavanja se koristi do srednjih brrzinskih optterećenja i spoljnih opterećeenja motoraa. Gorivo se ubrizgava u u okolinu svvjećice i form mira zapaljivvu smješu, a a ostatak zapremine cilindra isspunjava svjež zrak i reccirkulisani izd duvni gasovi. U ovom modu lambda se kreće d 3. Da bii menadžmeent motora koristio ovaaj mod, porred niskog o opterećenja i brzine, od 1,6 do potrebno o je i da teemperatura rashladne tečnosti t bud de iznad 50 5 stepeni, NOx senzzor spreman za rad i da je izmeđ temperaatura NOx katalizatora k đu 250 i 50 00 stepeni C Celzijusa. ‐ U taktu usisa U avanja, kod slojevitog pu unjenja, lepttir je otvorren koliko jee moguće (n ne do kraja jer mora biti određen ni vakuum zbog recirkulacije gasovaa) a klapna u usisnoj grani g zatvaraa donji kanaal kako bi usisani vazdu uh kroz gorrnji kanal usttrujavao bržee u cilindar ii tako stvaraao aerodinaamičke uslovve pogodnee za smještaanje goriva u okolini svjećice i form miranje zapaaljive smješe.. ‐ Gorivo G se ubrizgava u u poslednjoj trećini taktta sabijanjaa. Počinje kod k 60 step peni prije spoljne mrtvve tačke i završava z se 45 stepeni prije SMT. Za Z formiranjje smješe na raspolagganju je saamo 40 do o 50 stepen ni koljenastog vratila, pa momenat ubrizgaavanja gorivva mora bitti jako precizzno definisan n. Smješa see transportujje u okolinu svjećice tu urbulencijom m usled specifičnog oblikka čela klipa i pod uticaajem vazduhaa koji ustrujaava u cilindar. Sagorjevvanje je povoljnije p z zbog manjih toplotniih gubitakaa.


3 35


‐ Mod M siiromašnog homogeenog ubrizgavvanja se korristi u prelaznom periodu i kod ovo og moda u čitavoj č zapreemini cilindrra se nalazi siromašna homogena smjješa kod kojje se lambda kreće oko 1,55. ‐ I kod ovog m I moda, leptir jje otvoren ko oliko jje moguće, a klap pna zatvoren na, kkako bi b se smanjili gubici i inteenziviralo kreetaanje vazd duha unutar komore. k Za razliku od slojevitog s moda, ovde se gorivo ubrizgava oko 300 stpeni prije SMT, daakle u taktu u usisavanja. Ovo daje više vremenaa za formirranje homogene smješše u čitavom cilindru, a količinu k gorivva određuje EUJ ome da lamb bda bude 1,5 55. prema to ‐ Kod K visokih h opterećeenja i brziina motora, koristi se ho omogeni mo od punjenja i u ovom slučaju smješa je sttehiometrijska, odnosno o lambda je 1.Kod ovogg moda, lep ptir može bitti otvoren ili zatvoren, u u zavisnosti od položajaa pedale gasa. Klapna naa usisnoj graani je pri maanjim brzinaamaa zatvoreena, dok se pri većim brrzinama i opterećenjima otvara kako o bi se usisala veća koliičina vazduh ha. Gorivo se ubrizgavva u taktu ussisavanja, okko 300 stepeeni prije SM MT. Energijaa za isparavvnje goriva se uzimma od vazduhaa iz cilindra,, čimme se on dodatno o hladi što om mogućava po odizanje step pena kompre esije. Vrijeme paljenja sm mješe je glavvni faktor koji odreeđuje momenat motora, potrošnju i eemisiju izduvvnih gasova. ‐ Rad R elektron nske upravljačke jedinicce je baziran n a potrebi motora za o obrtnim momentom. Unutrašn nji faktori ko oji utiču na raad UJ su: o Hlad dan start o Zagrrijavanje kataalizatora o Konttrola lera o Ograaničenje snagge o Ograaničenje brzine o Konttrola lambdaa sonde ‐ Spoljašnji fak S ktori su: o Kom mande vozačaa o Auto omatski mjen njač (momen nt izmjene sttepena preno osa) o Kočioni sistem (EESP, kočenje motorom) o Klim ma uređaj o Tem mpomat ‐ Nakon N što EUJ E izračuna potrebni obrtni mome enat, ostvaru uje ga na svva načina, ko ontrolom količine ubrizganog goriva u slo ojevitom mo odu, i kontro olom momen nta paljenja u usisanog vazduha ostala dvva moda.


3 36


‐ Sistem S za dovod d gorivaa sastoji se od dv podsistema, san niskim pritisskom (1‐5) i i visokim pritiskom m (6‐11).

Sl.3 33: Šema sistema za dobavu u goriva: 1‐Reezervoar; 2‐El.p pumpa; 3‐Filtter; 4‐Ventil za a količinu gorriva; 5‐ Regula ator pritiska; 6 6‐Pumpa visokkog pritiska; 7 7‐Vod visokog pritiska; 8‐Vo od goriva do brizzgača; 9‐Senzor pritiska gorriva; 10‐Regullator pritiska, 11‐Brizgači

5.4)

Osno ovne predn nosti i nedosstaci sistem ma direktnogg ubrizgavan nja

‐

Osnovne preednosti zbog kojih je sisteem direktnogg ubrizgavan O nja i zaživio, jjesu: o Smanjeni troško ovi eksploataacije vozila kroz smanjeenu potrošnjju i niže takkse usled man njeg zagađen nja o Smanjeno zagađ đenje okolinee o Očuvvanje prirodnih resursa ‐ U U poređenju u sa ostalim m mjerama za z smanjenje e potrošnje i emisije šteetnih gasovaa, sistem direktno og ubrizgavan nja (u kombinaciji sa jošš nekim siste emima) pokaazuje najveći potencijal. Problemi sa visokkom cijenom m izrade ussled nedostaatka određe enih materijjala i tehno ologija su uglavnom u prevaziđ đeni, tako daa su sada ovi sistemi širo oko dostupn ni i može se reći da su u potpunosti potisnuli starije siisteme indireektnog ubrizzgavanja. Osn novni proble em težeg preečišćavanja izzduvnih gaso ova uslad rada sa siromašnom m smješom se takođe prilično usp pješno rješavvaju skladišttenjem NOX X i zatim pretvaraanjem u azot, ili ugradnjo om trokompo onentnih kattalizatora.


3 37


5.5) Moggućnost kom mbinovanjaa sa drugim m sistemima na vozilu u i neki savremeni primjeri primjene sisteema ‐ S S obzirom na nagli razvoj sisteema upravvljanja, direektno ubrizzgavanje se e danas uspješno preko elektronske e upravljačkke jedinice automobila kombinu uje i usklaađuje sa m rješenjim ma i sistemima na vozilu. Prvi prim mjeri ove kkombinacije su bili ograničenje različitim maksim malne brzinee vozila, zatiim kontrolaa obrtnog m momenta u sslučaju aktiviranja ESP sistema i sl. Pokkazalo se daa direktno u ubrizgavanjee benzina d daje jako do obre rezultaate u kombiinaciji sa sistemim ma varijabilnog upraavljanja ven ntilima pa je tako ovaj o način primjene uveliko rasprosttranjen. Neke od naajnovijih in novacija su primjena dvostepen nog nadpunjenja i varijabilnog upravlljanja ventillima i korišttenje piezo o brizgaljki vvisoke preciznosti i priitiska do 200 barr. Takođe zaanimljiva je i mogućnosst korištenjaa sistema direktnog ub brizgavanja umjesto elektrop potretača kada k je vo ozilo zagrijaano. To om mogućava da d prilikom m npr. Stajjanja na semaforu ili u koloni vozilo zaustavi z rad motora, a zatim naa pritisak peedale gasa ponovo startujee motor bez asistencijje elektropokretača, čime č se osttvaruju dod datne ušted de. Ovaj sistem p poznat je po od nazivom Start stop sistem.

Sl.34 4: Start stop sis istem bez asistencije elektro opokretača


3 38


‐ Kao jedan o K od najboljih primjera ko ombinacije sistema na savremenim motorim ma, ovdje ćemo n nešto detaljjnije napisatti o VW‐ovo om TSI mottoru koji je d dvije godinee za redom osvajao titulu „IInternationa al Engine of of the Year““ kao i titulu u „Green En ngine of thee Year“. Skraćenica TSI (Turrbocharged d Stratified Injection) upućuje u na to da se radi r o moto oru koji kombinuje turbopu unjenje, u p prvom slučaaju dvostrukko, i direktn no ubrizgavvanje benzin na. Ova teh hnologija je prvob bitno primjeenjena na m motoru zaprremine 1,4 llitra o kojem m ćemo dettaljnije i pisaati, ali je kasnije prilagođenaa i ostalim m motorima V VW grupacije. ‐ Ovaj motor O r prvi put je predstavljeen 2005‐e ggodine na saajmu autom mobila u Fraankfurtu, a razvijaan je u VW W‐ovim pogo onima u Ch hemnitz‐u. Radi R se o motoru m radn ne zapremine 1390 cm3, mehaničkim kompresorom, turbop punjačem i direktnim u ubrizgavanjem goriva. Sve ovo doprinjeelo je da maksimalna m snaga bud de 125 kW W što je 14% % više od 2.0 FSI mo otora, uz potrošn nju smanjen nu za 5%. Pored P nabrrojanog, ovaj motor posjeduje p siistem kontiinualnog upravljaanje vremen nom otvaraanja usisnih ventila i pu umpu za go orivo koja ostvaruje pritisak do 150 barr. Radommo otora upravlja sistem B Bosch Motro onic MED 9.5.10. a Oznaka motora

BLG

Tip

Redni, čeetverocilindrični

Za apremina

1390 cm3

Pro omjer klipa

76,5 mm m

H Hod klipa

75,6 mm m

Broj ven ntila po cilin ndru

4

Komp presioni odn nos

10:1

Maksiimalna snag ga

125 kW

Makssimalni obrttni m momenat

240 Nm

Upravljjanje motorrom

Bosch Motronic MED 9.5.10

Gorivo

Super plus RO ON 98

Tretm man izduvniih gasova

Glavni katalizzator, laambda konttrola

S Standard

Euro 4

Sl.35: TTehničke karakkteristike i dija agram snage i obrtnog mom i menta VW TSII motora


3 39


‐ Sistem ubrizgavanja goriva je klasični FSI sistem kakav smo opisali u prdhodnom poglavlju, samo što je maksimalni pritisak sada 150 bar. Takođe i brizgaljke su prilagođene ovom motoru. Osnovna razlika između ovog i FSI motora predstavlja kompresor i turbopunjač.

Sl.36: VW TSI motor

‐ Mehanički kompresor je Roots‐ov zavojni kompresor koji se obrće brzinom 1.5 puta većom od brzine koljenastog vratila. Kompresor je u pogonu preko magnetnog kvačila i u funkciji je do maksimalno 3500 min‐1. Upotreba mehaničkog kompresora poboljšava karakteristike motora na nižim brzinskim režimima i omogućava brz porast pritiska. Ne zahtjeva dodatno podmazivanje niti hlađenje i radi samo kada je potrebno (na leru ne radi). Loša strana mehaničkog kompresora je u tome što za pogon koristi snagu motora i u tome što konstantno proizvodi pritisak nezavisno od broja obrtaja koji se mora kontrolisati i tako opet imamo gubitke. Kompresor radi konstantno sam do 2400 min‐1 kada se ukuljučuje i turbo punjač. Po potrebi kompresor može da nastavi rad do 3500 min‐1 ukoliko je potrebna dodatna snaga da bi se izbjegla turbo rupa. Nakon 3500 min‐1 nadpunjenje motora vrši isključivo turbo punjač. U slučaju kada je mala potreba za snagom, regulaciona klapna je potpuno otvorena i motor prkatično radi bez nadpunjenja jer se kompreso ne pokreće a snaga izduvnih gasova je mala da bi pokrenula turbo punjač dovoljno brzo.


40


Sl.36: Režim mi rada komprresora i turbo punjača

‐ Motor je ta M akođe oprem mljen interkkulerom ko oji temperatturu sabijen nog vazduha spušta sa oko 200 stepen ni Celzijusa na temperraturu nešto o višu od teemperaturee okoline. Hlađenje H ovano sa dvva odvojenaa toka, jedan n za blok motora a dru ugi za glavu.. Ovakva motora je organizo izvedba ima niz prrednosti, brrže zagrijavaanje bloka, bolje hlađeenje cilindaara, manja ttermička optereććenja i na krraju mogućn nost povećaanja stepena kompresijje. ‐ Ovaj motor O r je bio prvi u svijetu koji je komb binovao dvo ostruko nadpunjenje i direktno ubrizgavvanje benziina. VW je kasnije ovaaj koncept primjenio i i na drugim m svojim mo otorima. Takođe,, razvijen jee i sličan koncept ali samo sa tu urbo punjaččem promjeenjljive geo ometrije. Budući da je izvedb ba sa mehaničkim kom mpresorom ii turbo punjjačem priliččno skupa zaa izradu, etrije koji bi b mogao zzadovoljiti potrebe nastoji se razviti turbo punjjač varijabiilne geome motora na niskim obrtajima, kako bi se izbjegla uggradnja meh haničkog ko ompresora. Tako se predviđ đa da će uskoro u ovaaj koncept biti potissnut konceptom jedn nog turbo punjača promjen njljive geom metrije.


4 41


6) Zaključak ‐ Nakon sagledavanja cjelokupne istorije razvoja sistema zapripremu smješe, kao i uopšte oto motora, možemo zaključiti da je ona uvijek bila uslovljena sve strožijim zahtjevima za manjom potrošnjom i što manjom emisijom štetnih gasova. Naravno, pored toga tu je i stalni rast potreba za što boljim performansama motora. ‐ Takđe, da se primjetiti da je nagli razvoj i usavršavanje benziskih motora počeo krajem XX‐og i početkom ovog vijeka i da se danas jako mnogo ulaže u razvoj tehnologija za oto motore. Direktno ubrizgavanje benzina je jedna od tehnologija kojom se postižu najveće uštede u gorivu i znatno čistiji izduvni gasovi, ali koja još uvijek ima mnogo prostora za usavršavanje ove, prvenstveno na polju kontrole sagorjevanja i boljeg tretmana izduvnih gasova.


42


7) Literatura 1. Tomić M.; Petrović M. – Motori sa unutrašnjim sagorjevanjem, Mašinski fakultet Beograd 2004 2. Filipović I. – Motori i motorna vozila, Mašinski fakultet u tuzli 2006 3. Zhao F.; Lai M.C.; Harrington L.M. – Automotive spark‐ignited direct‐ injection gasoline engines, Elsevier Science Ltd. 1999 4. Gasoline Fuel Injection System K‐Jetronic – Technical instruction, Robert Bosch GmbH 2000 5. Gasoline Engine Menagament: Motronic Systems, Robert Bosch GmbH 2003 6. Electrically Controlled Gasoline Fuel‐injection System With Lambda‐ Closed Loop Control: KE‐Jetronic, Robert Bosch GmbH 7. Gasoline Fuel Injection System L‐Jetronic – Technical instruction, Robert Bosch GmbH 1995 8. Motronic MED 9.5.10, Seat SA 2004 9. Self Study Programme 359, Volkswagen AG 2006 10. Self Study Programme 377, Audi AG 2006 11. Self Study Programme 253, Volkswagen AG 2002 12. http://www.vwvortex.com 13. http://www.bosch‐motorsport.de 14. http://www.mitsubishi‐motors.com 15. http://www.autozine.org 16. http://www.volkswagen.com 17. http://www.emercedesbenz.com 18. http://www.volkspage.net 19. http://autospeed.com 20. http://www.caranddriver.com 21. http://www.wikipedia.org/


43

Sistemi za obrazovanje smješe kod OTO motora-Seminarski rad

Recommend Documents